Введение к работе
Актуальность темы
Санитарно-экологическая обстановка крупных городов во многом определяется надежной и эффективной работой системы водоотведения (канализации), обеспечивающей отведение всех категорий сточных вод, их очистку, а также обработку и использование осадков, образующихся в процессе очистки.
Система водоотведения крупного города (СВКГ) имеет ряд особенностей:
большая протяженность сетей, наличие большого количества насосных станций (НС) и коллекторов глубокого заложения;
как правило, децентрализованная схема водоотведения (наличие нескольких очистных станций и выпусков сточных вод);
различная продолжительность функционирования отдельных объектов СВКГ или участков сети и разное их техническое состояние;
большой объем производственных сточных вод, отводимых на городские канализационные очистные станции (КОС), как при их предварительной обработке на локальных очистных сооружениях (ЛОС), так и без них;
использование системы водоотведения для приема снега, при уборке его с городских территорий;
значительное увеличение расходов сточных вод во время дождей и в период снеготаяния - это увеличение особенно велико при наличии в СВКГ общесплавных сетей.
Кроме того, очистные сооружения в СВКГ, как правило, требуют расширения или реконструкции из-за дефицита пропускной способности или несоответствия современным требованиям к качеству очистки; а большие объемы и особенности состава осадков на КОС требуют специальных решений по их обработке, хранению и использованию (утилизации).
Основные фонды СВКГ оцениваются в триллионы рублей. Ежегодные эксплуатационные расходы, например, для системы канализации С- Петербурга, составляют около 760 млрд. руб. (в ценах 1997 г), поэтому даже незначительное сокращение расходов дает ощутимый экономический эффект.
Эффективность СВКГ в итоге определяется обобщенными санитарно-экологическими или технико-экономическими показателями.
Санитарные показатели могут входить составной частью в экологические, имеющие более широкое значение или оцениваться отдельно.
Санитарно-экологические показатели СВКГ можно оценить по количеству загрязнений (общих, включая бактериальные, или по отдельным наиболее характерным ингредиентам), поступающих в природную среду при
функционировании СВКГ, и их относительным величинам по сравнению с предельно допустимыми сбросами (ПДС).
Следует отметить, что ПДС, определяемые исходя из предельно допустимых концентраций (ПДК) веществ, установленных для водоемов той или иной категории и вида водопользования, могут отличаться от допустимых сбросов, найденных исходя из экологически допустимых концентраций (ЭДК), которые должны быть региональными, комплексно учитывающими абиотические, биотические, антропогенные факторы и резервы экосистем.
Технические показатели СВКГ характеризуют энергоемкость, потребление реагентов, характеристики оборудования, пропускная способность и надежность элементов СВКГ, методы строительства и эксплуатации и др.; экономические показатели - строительная стоимость объектов СВКГ, приведенные затраты, себестоимость услуг по отведению и очистке стоков, компенсации за ущерб, наносимый окружающей среде и др.
Технические характеристики СВКГ влияют на экологические и экономические показатели, затрагивают социальные вопросы, связанные с условиями труда, возможностью автоматизации процессов, численностью обслуживающегс персонала. Причем в ряде случаев при разных инженерно-технических регаешш можно получить близкие по значениям экологические и экономические характеристики СВКГ.
На эффективность работы СВКГ, кроме того, оказывают влияние существующая нормативно-правовая база и организация эксплуатации СВКГ.
Взаимосвязанность экологических, инженерно-технических, экономических организационно-управленческих вопросов требует системного анализа \ комплексного подхода при решении задачи повышения эффективности СВКГ.
Возможности совершенствования функционирования СВКГ, основанные н; опыте обслуживающего персонал, оказываются практически исчерпанными Отдельные научно-обоснованные решения по СВКГ должны приниматься на ста дш проектирования или учитываться при реконструкции отдельных элементов СВКГ
Целью данной работы является научное обоснование и определение основны: направлений совершенствования инженерно-техшгческих решений, нормативны: показателей и организации эксплуатации СВКГ, обеспечивающих повышение а эффективности.
В соответствии с целью работы были поставлены и решались следующи задачи:
на основе системного анализа выявить основные факторы, влияющие н эффективность СВКГ, и оценить их значимость;
разработать принципы математического моделирования СВКГ, позволяющи
оцеїшвать эффективность функционирования СВКГ на стадии проектирования и эксплуатации;
выполнить исследования и дать предложения по совершенствованию отдельных элементов СВКГ, направленные на повышение эффективности всей системы водоотведения;
провести регрессионный анализ атияния на водоем - приемник сточных вод, отдельных ингредиентов для интегральной оценки экологического воздействия выпусков сточных вод;
разработать основные подходы поэтапного повышения эффективности СВКГ.
На защиту выносятся: ~ Результаты системного анализа факторов, влияющих на эффективность СВКГ;
Математическая модель и принципы управления СВКГ на стадии эксплуатации и поиска наилучших решений на стадии проектирования;
Результаты регрессионного анализа влияния на водоем ряда ингредиентов, содержащихся в сточных водах;
Теоретические зависимости и положения по особенностям безнапорного движения сточной жидкости в сетях водоотведения;
Технические решения по совершенствованию элементов СВКГ.
Научная новизна работы заключается в следующем:
определена степень влияния отдельных факторов на эффективность функционирования системы водоотведения, являющаяся основой для выбора научно-обоснованной стратегии развития и управлешія СВКГ;
сформулированы принципы структурного построения и разработана математическая модель СВКГ, позволяющие обеспечить рациональную работу системы водоотведения в период эксплуатащш и выбор наиболее экономичного варианта на стадии проектирования;
выявлена динамика изменения расходов и концентраций загрязнений стоков в общесплавных коллекторах СВКГ, что позволяет обоснованно регулировать режим водоотведения и очистки сточных вод с учетом пропускной способности сооружений (элементов СВКГ) и экологических факторов;
на основе интегрального показателя получены ЭДК отдельных ингредиентов при сбросе сточных вод в акваторию Невской Губы;
даны теоретические обоснования и уточнения закономерностей безнапорного течения сточных вод в сетях водоотведения.
Практическая значимость и внедрение результатов исследований
На основе математической модели СВКГ составлена программа расчета на ЭВМ, позволяющая пригашать обоснованные решения на стадии проектирования (развития) СВКГ и оптимизировать потокораспределение при эксплуатации системы водоотведения. Результаты работы были использованы при корректировке
Генеральной схемы канализации С- Петербурга.
Выявленная методом экспертных оценок значимость факторов, влияющих на эффективность СВКГ, позволяет определять стратегические направления развития системы водоотведения, совершенствования организационной структуры управления и технического оснащения СВКГ. Эти результаты были использованы при составлении и реализации плана НТП, а также при совершенствовании организационной структуры ГУЛ "Водоканал Санкт-Петербурга".
Состаачены таблицы гидравлического расчета безнапорных трубопроводов, более точно учитывающие гидравлические закономерности движения сточных вод и согласующиеся с натурными измерениями скоростей и расходов.
На базе ЭДК по отдельным ингредиентам рассчитаны допустимые концентрации этих загрязняющих веществ в сточных водах, при сбросе их в водоем; в частности, установлена разная необходимая степень очистки сточных вод по фосфору для ЦСА и ССА.
Апробация работы
Основные положения и результаты исследований докладывались на международных конгрессах, конференциях, симпозиумах: "Сточные воды большого города" - Ленинград, 1989; "Водныйсимпозиум"-Стокгольм, 1993,1997; конгрессе "Вода: экология и технология" - Москва, 1994,1996; "Проблемы обработки осадков сточных вод" - Ченстохов, Польша, 1995; "Реконструкция С- Петербурга", 1995; "Актуальные проблемы коммунального водоснабжения и водоотведения" -Кошалин, Польша, 1997; "Финский залив" - С- Петербург, 1996, на съезде Союза НПО "Концепция развития С- Петербурга" - 1995; на научных конференциях СПбГАСУ - 1992-1997; на конференциях Ассоциации Водоканалов России -1993-1996.
Личный вклад соискателя
Соискатель являлся руководителем, оргаїшзатором, а также принимал участие во всем комплексе научно-исследовательских работ, представленных в настоящем докладе.
Лично автором проведен анализ состояния проблемы на основе литературных источников и материалов предыдущих исследований, выполнено их теоретическое обобщение, сформулированы цели и задачи исследований, разработана математическая модель для управления и развития СВКГ, даны теоретические обоснования и уточнения закономерностей безнапорного течения сточных вод по трубам. Определены степень влшпшя различных факторов и пути повышения эффективности СВКГ.
Публикации
Основные результаты исследований опубликованы в 31 работе, включа5 нормативно-справочную литературу , два патента и авторское свидетельство ш изобретение.