Оценка эффективности работы водоочистного оборудования

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации 
Казанский национальный исследовательский 
технологический университет 
ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ 
РАБОТЫ ВОДООЧИСТНОГО 
ОБОРУДОВАНИЯ
Учебное пособие 
Казань 
Издательство КНИТУ 
2022 

УДК 628.3(075) 
ББК  38.761.2я7 
О-93 
Печатается по решению редакционно-издательского совета  
Казанского национального исследовательского технологического университета 
Рецензенты: 
канд. техн. наук. И. Р. Субханкулов 
канд. хим. наук А. З. Миндубаев 
О-93 
Авторы: Ф. Ю. Ахмадуллина, А. С. Волков, Р. К. Закиров,  
Е. С. Балымова  
Оценка эффективности работы водоочистного оборудования : учебное пособие / Ф. Ю. Ахмадуллина, А. С. Волков, Р. К. Закиров, 
Е. С. Балымова; Минобрнауки России, Казан. нац. исслед. технол. 
ун-т. – Казань : Изд-во КНИТУ, 2022. – 124 с. 
ISBN 978-5-7882-3191-4 
Рассмотрены конструктивные особенности и принципы работы водоочистного оборудования биологических очистных сооружений, систематизирована научно-техническая информация по показателям эффективности их работы с указанием причин нарушения стабильного функционирования. Описан 
алгоритм исполнения программного модуля для оценки эффективности работы водоочистного оборудования. 
Предназначено для обучающихся направления подготовки 19.03.01 
(19.04.01) «Биотехнология».  
Подготовлено на кафедре промышленной биотехнологии. 
УДК 628.3(075) 
ББК  38.761.2я7 
ISBN 978-5-7882-3191-4 
© Ахмадуллина Ф. Ю., Волков А. С., 
Закиров Р. К., Балымова Е. С., 2022 
© Казанский национальный исследовательский 
технологический университет, 2022 
2

С О Д Е Р Ж А Н И Е
Введение.................................................................................................................. 4 
1. СООРУЖЕНИЯ ПРОЦЕССОВ БИОЛОГИЧЕСКОЙ
И МЕХАНИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД, ПОКАЗАТЕЛИ
ИХ РАБОТЫ: СИСТЕМАТИЗАЦИЯ, АНАЛИЗ 
................................................. 6 
1.1. Сооружения узла механической очистки сточных вод и оценка 
эффективности их работы 
................................................................................. 6 
1.1.1. Решетки 
................................................................................................ 7 
1.1.2. Песколовки ........................................................................................ 13 
1.1.3. Отстойное оборудование ................................................................. 21 
1.1.4. Двухъярусные отстойники 
............................................................... 33 
1.1.5. Преаэратор. Биокоагулятор ............................................................. 37 
1.2. Аппаратурное оформление узла биологической очистки сточных вод 
.... 40 
1.2.1. Аэротенки .......................................................................................... 42 
1.2.2. Биофильтры 
....................................................................................... 51 
2. ПРОГРАММНЫЙ МОДУЛЬ ДЛЯ ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ
РАБОТЫ ВОДООЧИСТНОГО ОБОРУДОВАНИЯ 
.......................................... 62 
2.1. Схематичное описание алгоритмов оценки эффективности работы 
водоочистного оборудования ......................................................................... 62 
2.1.1. Решетки 
.............................................................................................. 63 
2.1.2. Песколовки ........................................................................................ 64 
2.1.3. Отстойники 
........................................................................................ 65 
2.1.4. Двухъярусные отстойники 
............................................................... 66 
2.1.5. Биокоагулятор ................................................................................... 67 
2.1.6. Аэротенк ............................................................................................ 68 
2.1.7. Биофильтр 
.......................................................................................... 69 
2.2. Инструкция по использованию программного продукта ..................... 70 
2.2.1. Решетки, первичные и вторичные отстойники .............................. 70 
2.2.1.1. Решетки 
...................................................................................... 71 
2.2.1.2. Первичные отстойники 
............................................................. 77 
2.2.1.3. Вторичные отстойники 
............................................................. 80 
2.2.2. Песколовки ........................................................................................ 83 
2.2.3. Биокоагуляторы и двухъярусные отстойники 
................................ 92 
2.2.4. Биофильтры 
..................................................................................... 100 
2.2.5. Аэротенки ........................................................................................ 108 
Список литературы ............................................................................................ 116 
3 

В В Е Д Е Н И Е
Важнейшая задача сегодняшнего дня – обеспечение стабильной 
и эффективной деятельности очистных сооружений. Их работу оценивают по результатам технохимического контроля очищенных вод, качество которых на практике не всегда отвечает нормативным требованиям. Возможные причины наблюдаемого явления: 
1. Сочетанное негативное действие компонентов сточных вод
на биом смешанной популяции микроорганизмов, осуществляющих 
процесс очистки. 
2. Нарушение технологического режима функционирования биостанции, обусловленное неэффективностью работы водоочистного оборудования. Данный фактор играет решающую роль, так как возможность 
ингибирования активной биомассы поступающими на очистку промстоками прогнозируется в результате их аналитического и гидробиологического контроля. Это позволяет персоналу очистных сооружений осуществлять превентивные мероприятия по нивелированию неблагоприятного воздействия химзагрязненных сточных вод. Поэтому возрастает 
важность систематического технологического контроля эффективности 
работы водоочистного оборудования с целью предотвращения причин, 
вызывающих нарушение их функционирования. 
Согласно имеющейся научно-технической информации, оценка 
эффективности водоочистного оборудования осуществляется по ряду 
гидравлических, технологических и аналитических показателей (специфичных для каждого сооружения), которые должны соответствовать 
определенным требованиям и рекомендациям, приведенным в нормативной документации и научно-технических источниках, основанных 
на опыте эксплуатации очистных сооружений. Разбросанность данной 
информации по многочисленным источникам лимитирует возможность ее использования на практике, и требуется систематизация данных по оценке эффективности работы водоочистного оборудования 
с указанием возможных причин нарушения его работы и мероприятий 
по устранению этих нарушений с последующей разработкой соответствующей компьютерной информационной системы. Использование 
данной системы персоналом очистных сооружений позволит своевременно выявлять причины нестабильной работы биостанции, оперативно их устранять и тем самым управлять работой очистных сооружений, обеспечивая требуемое качество очищенных вод. С этой целью авторами были выполнены: 
4 

1) анализ научно-технической и нормативной документации для
выявления и формирования комплекса управляющих показателей эффективности работы водоочистного оборудования типовой биостанции; 
2) обобщение и систематизация выбранных показателей с учетом специфики водоочистного оборудования, соотнесение возможных 
причин его неудовлетворительной работы с указанием мероприятий по 
их устранению, что легло в основу оценки эффективности работы водоочистного оборудования биостанций в программном продукте. 
Авторы предлагаемого пособия надеются, что оно окажется полезным не только для бакалавров и магистров, обучающихся по образовательным программам по направлению «Биотехнология», по смежным специальностям и направлениям, но и для персонала очистных сооружений.  
5

.  С О О Р У Ж Е Н И Я  П Р О Ц Е С С О В  Б И О Л О Г И Ч Е С К О Й
И  М Е Х А Н И Ч Е С К О Й  О Ч И С Т К И  С Т О Ч Н Ы Х  В О Д ,  
П О К А З А Т Е Л И  И Х  Р А Б О Т Ы :  С И С Т Е М А Т И З А Ц И Я ,
А Н А Л И З  
Традиционная схема аэробных очистных сооружений обязательно включает предварительную механическую очистку сточной воды 
от взвешенных веществ и коллоидных примесей с последующим биоокислением растворенных компонентов в узле биологической очистки. 
Это связано с сапрозойным типом питания микрофлоры активного ила, 
которое предусматривает поступление растворенных органических веществ (субстрата) в клетку через всю ее поверхность осмотическим путем, что характерно для бактерий, микроскопических грибов, дрожжей. 
1 . 1 .  С о о р у ж е н и я  у з л а  м е х а н и ч е с к о й  о ч и с т к и
с т о ч н ы х  в о д  и  о ц е н к а  э ф ф е к т и в н о с т и  
и х  р а б о т ы  
В технологии механической очистки сточных вод может быть 
задействовано следующее водоочистное оборудование: решетки, песколовки, усреднители, отстойники различного типа, гидроциклоны, 
нефтеловушки, жироловки, смолоулавливатели, фильтры разнообразных конструкций, центрифуги, жидкостные сепараторы. Типичная 
схема узла механической очистки сточных вод, характерная для классических очистных сооружений, представлена на рис. 1.1. 
Рис. 1.1. Схема механической очистки производственных сточных 
вод: 1 – приемная камера; 2 – решетки; 3 – песколовки;  
4 – усреднители; 5 – первичные отстойники; 6 – сооружения 
доочистки 
6 

При условии только механической очистки промстоков обязательно предусматривается их более глубокая доочистка от взвешенных 
веществ. 
1 . 1 . 1 .  Р е ш е т к и
Назначение. Решетки устанавливают на очистных станциях при 
поступлении на них сточных вод самотеком, и служат они для задержания 
крупных загрязнителей органического и минерального происхождения. Эффективное удаление крупноразмерных отбросов из сточных вод при их прохождении через решетки позволит обеспечить нормальную эксплуатацию 
песколовок, первичных отстойников, метантенков и трубопроводов подачи 
осадков на метантенки, а также повысить качество очистки вод. 
В большинстве конструкций решетки выполняют из расположенных параллельно друг другу стальных стержней различного сечения, закрепленных в раме для обеспечения их жесткости. Загрязняющие вещества, задерживаемые на стержнях при процеживании сточной 
воды, снимают механическими граблями, которые могут быть расположены перед или после стержней. 
Классификация. По конструктивному решению различают: 
1) неподвижные решетки;
2) решетки-дробилки;
3) ступенчатые самоочищающиеся решетки;
4) шнековые решетки.
Неподвижные решетки представляют собой ряд параллельных
металлических стержней прямоугольной формы, закрепленных в раме 
(рис. 1.2). 
Рис. 1.2. Схема решетки простейшего типа: 1 – решетка; 
2 – настил (дырчатое корыто) 
7 

Очистка решетки при количестве отбросов 0,1 м3/сут и более 
должна быть механизирована. Ручная очистка решетки производится 
с помощью граблей, механизированная – с помощью механических 
грабель или самоочисткой, что характерно для ступенчатых и шнековых решеток (рис. 1.3). 
Рис. 1.3. Схемы решеток с механизированной очисткой:  
а – неподвижная решетка московского типа, устанавливаемая 
под углом 60º к горизонту и очищаемая граблями, которые движутся 
перед решеткой по течению сточной воды; б – решетка ленинградского 
типа, устанавливаемая также под углом 60º к горизонту, но очищаемая 
граблями, которые движутся за решеткой по течению сточной воды; 
в – вертикальная решетка, очищаемая граблями, которые движутся 
за решеткой по течению воды; 1 – решетка; 2 – бесконечная цепь; 
3 – грабли 
Наиболее эффективны в технологическом отношении конструкции решеток двух последних типов. Благодаря их очистке граблями, движущимися за решеткой по течению воды, исключаются продавливание и проскок загрязняющих веществ через решетки при снятии и извлечении их из сточной воды. 
В составе очистных сооружений после канализационной насосной станции (КНС) должны предусматриваться решетки с прозорами 
не более 16 мм и скоростью движения сточных вод в прозорах не более 
1 м/с. Из-за изменения со временем состава отбросов в конструкциях 
решеток стали часто применяться тонкие прозоры (от 2 до 6–8 мм), 
вследствие чего вместо круглых и прямоугольных стержней устанавливаются тонкие (шириной 3–4 мм) пластины. Уменьшение прозоров позволило использовать намывные экраны, образующиеся на решетках 
с тонкими прозорами, в качестве дополнительной меры по повышению 
8 

эффективности задержания отбросов. Наличие экрана благоприятно отражается на эффективности задержания отбросов, плавающих примесей 
(жиров, нефтепродуктов), мелких волокон, а также песка (частично); 
кроме того, резко уменьшается количество плавающих веществ на поверхности отстойников. 
В процессе эксплуатации были выявлены следующие недостатки, присущие механическим решеткам: 
– недостаточная продольная и поперечная жесткость фильтровальных пластин; 
– непродолжительный ресурс работы подшипниковых узлов
механизма; 
– непродолжительный ресурс работы пластмассовых накладок.
Решетки-дробилки устанавливают на станциях, если количество отбросов, снимаемых с решеток, превышает 0,1 м3/сут. Обычно 
используют дробилки молоткового типа, в которых измельчение 
происходит с добавлением воды. Расход воды на дробилку определяют из расчета 40 м3 на 1 т отбросов. Молотковые дробилки обеспечивают эффективное измельчение отбросов до фракций наибольшей крупностью 7–8 мм. Крупность измельчения отбросов определяется с помощью калиброванных сит. Определяют всего две фракции – 
крупностью менее и более 1 мм. Для удовлетворительно работающих 
дробилок количество крупных и мелких фракций примерно одинаково, 
но со значительными колебаниями в отдельных пробах – от 30 до 70 %. 
При резком возрастании удельной доли крупной фракции дробилку 
останавливают на ремонт. 
Решетки-дробилки измельчают отбросы, задерживаемые на решетке барабана, по принципу резания без извлечения их из воды. Примеси, не поддающиеся измельчению, скапливаются в приямке перед решеткой, откуда периодически удаляются.  
На рис. 1.4 показана решетка-дробилка марки РД-600. Цифра 
600 – диаметр барабана решетки в мм. Прозоры решетки расположены 
горизонтально, но не замкнуты по периметру (в противном случае 
нарушилась бы целостность барабана). Режущие элементы решеткидробилки состоят из трепального гребня, закрепленного стационарно 
на стенке канала, и режущих пластин и резцов, закрепленных на вращающемся барабане-решетке. Очищаемая вода проходит через прозоры в вертикальных стенках барабана, очищается и затем отводится 
через открытое днище и дюкер в лоток. Отбросы перемещаются самой 
вращающейся решеткой к трепальному гребню и дробятся при 
9 

взаимодействии его с режущими пластинами и резцами. Режущие пластины и резцы расположены на различных образующих по периметру 
барабана-решетки и вступают во взаимодействие с трепальным гребнем поочередно, поэтому требующаяся мощность электродвигателя 
сравнительно мала. В процессе эксплуатации этих механизмов фиксируют перепад уровней воды до и после решетки-дробилки. Чрезмерное 
повышение перепада сигнализирует о засорении барабана решетки. 
а
 б 
Рис. 1.4. Вращающаяся решетка-дробилка РД-600:  
а – общая схема устройства; б – схема установки; 1 – барабан; 
2 – трепальный гребень; 3 – электродвигатель; 4 – редуктор;  
5 – режущая пластина; 6 – резец 
Для повышения эффективности улавливания крупных органических примесей возможно применение следующих приемов: 
1. Пропуск сточной воды через две последовательно установленные решетки. 
10