🚱 Городские ОСК MSBR + удаление N/P

Модуль #295. Алматинские ОСК «Кенасары» (450 тыс. м³/сут), Астанинские ОСК «Қарашоқы» (220 тыс. м³/сут), Шымкентские «Сайрам» (180 тыс. м³/сут). MSBR (Modified Sequencing Batch Reactor) — современная биотехнология удаления N+P+BOD: один тенк работает в циклах fill→aerate→anoxic→settle→decant (4-6 часов цикл). Удалено BOD5 95-98% (3000 → 5-10 мг/л), TN 80-90% (50 → 5-8 мг/л) через nitrification-denitrification + biological P-removal EBPR (Enhanced Biological Phosphorus Removal). Сжигание ила thermal (Andritz Bertrams BFB) или anaerobic digestion → biogas + cogeneration. EU 91/271/EEC + EU 2020/741 + СНиП 2.04.03 + СН РК 4.01-03 + ISO 24513.

1. Состав ОСК 450 тыс м³/сут MSBR

Главный канализационный коллектор: Ø2000 мм самотёчная + Ø1000 мм напорная (от насосных подстанций), приёмная камера ОСК на dummy-площадке;
Прёт-treatment (mechanical): coarse screen Hydrasieve 50 мм + fine 6 мм + grit chamber Mecana aerated 200 м³, удаление песка + sand (0.2 мм) + плавающего жира FOG;
Primary sedimentation: 4 круглых ж/б tanks Ø40 м H=4 м (8 000 м³ каждый) с center-fed scraper, BOD removal 30-40%, retention time 2-4 ч;
MSBR reactors: 6 ж/б tanks 50×30×6 м (9000 м³ каждый), цикл fill 1 ч → aerate 2 ч → anoxic 0.5 ч → settle 0.5 ч → decant 0.5 ч + sludge wasting; общий цикл 4-6 ч;
Aeration system: EDI fine-bubble diffuser 9-mil pores ROEFLEX × 5000 на пол tanks, blower Kaeser CB 250 КВт × 6 шт (5 раб + 1 рез), O2 demand 80-120 g/m³ wastewater;
Decant mechanism: automated floating decanter Aqua-Aerobic AquaDDM ±25 мм точность, separates clarified effluent (TSS <10 мг/л) после settle phase;
Activated sludge management: RAS Recycle Activated Sludge 50-80% от inflow + WAS Waste Activated Sludge 1-2% к dewatering, SRT (Sludge Retention Time) 10-15 days для nitrification optimum;
Tertiary filtration: Mecana Pile Cloth Filter или sand filter для polishing TSS до <5 мг/л + BOD до <3 мг/л (для discharge в reuse / sensitive water body);
UV disinfection: Wedeco TAK 55 medium-pressure 100 кВт × 4 модуля, дозa 30-40 mJ/cm² для elimination E.coli + viruses 99.9999%; альтернатива — ozone Wedeco OZW;
Sludge dewatering: Andritz belt filter press 2 м × 4 шт или centrifuge ANDRITZ D6L, output 22-28% dry solids cake;
Anaerobic digestion: 2 ж/б mesophilic digesters Ø35 м H=20 м (объём 18 000 м³ каждый), T=35 °C, retention 20-25 days, biogas output 0.3-0.4 м³/кг VS reduced, CH4 60-65%;
Biogas cogeneration: GE Jenbacher J420 1.4 МВт × 2 engines = 2.8 МВт electricity + heat для digester heating + plant operations (energy self-sufficient ~70%);
Final sludge handling: dry sludge cake 25% DS → composting (для landscape mulch) или incineration Andritz Bertrams BFB + ash to landfill class III;
Effluent reuse (опц.): tertiary-treated water используется для индустриальных целей (city CHP cooling) или для irrigation green spaces (compliance EU 2020/741 standards);
SCADA + DCS Schneider EcoStruxure + DCS: 24/7 monitoring 2000+ tag points (DO + pH + ORP + level + flow + sludge density), automatic phasing MSBR cycle оптимизация.

Упражнение 1 — Технология MSBR vs CAS

Кенасары ОСК Алматы — какая технология по EU 91/271/EEC + WEF + СН РК 4.01-03?

Только septic tanks (для частного дома)Простой stream без обработкиТолько chlorination перед сбросомMSBR Modified Sequencing Batch Reactor с biological N+P removal по EU 91/271/EEC + WEF Operations Manual + Cornell Wastewater: 1) Преимущества MSBR над CAS (Continuous Activated Sludge): один тенк выполняет несколько функций (fill+aerate+settle+decant) → footprint 30-40% меньше; 2) Cycle phases: Fill 1 час (с stop-aeration для anaerobic phase EBPR), Aerate 2 часа DO=2.0 mg/L для nitrification NH4+ → NO3-, Anoxic 0.5 ч DO=0 для denitrification NO3- → N2 gas, Settle 0.5 ч quiescent (TSS settles из mixed liquor), Decant 0.5 ч floating decanter; 3) BOD removal 95-98% — мобилизация organic carbon в активный ил MLSS 3000-4500 mg/L; 4) Nitrification — autotrophic bacteria Nitrosomonas + Nitrobacter оксидируют NH4+ → NO2- → NO3- (требует SRT 10-15 days + DO 2+); 5) Denitrification — heterotrophic bacteria reduce NO3- → N2 в anoxic phase + organic carbon из raw wastewater (BOD source); TN removal 80-90%; 6) EBPR Enhanced Biological Phosphorus Removal — anaerobic phase PHA Poly-HydroxyAlkanoate accumulation в PAOs Phosphorus-Accumulating Organisms → aerobic phase poly-P storage → P removed via WAS sludge; TP removal 80-90% без chemical (ferric chloride backup); 7) Footprint vs CAS — MSBR 30% меньше (один тенк vs 3-tank serial CAS), но peak flow demand больше; 8) Automation — automatic phase switching + flow equalisation buffer перед MSBR (для smooth diurnal peak); 9) Operational expertise — MSBR требует skilled operators (vs CAS simpler), но cost savings из smaller footprint + reduced chemical use; 10) Discharge limits EU 91/271/EEC sensitive areas: TN <10 mg/L, TP <1 mg/L, BOD5 <25 mg/L, TSS <35 mg/L — MSBR с tertiary полишинг достигает; EU 91/271/EEC + WEF Operations Manual + Cornell Wastewater Best Practices + СН РК 4.01-03 + ISO 24513

Упражнение 2 — Объём MSBR reactors

ОСК 450 тыс м³/сут = 5.21 м³/с. MSBR cycle 6 ч (fill+aerate+anoxic+settle+decant). HRT (Hydraulic Retention Time) = 12-18 ч. Используется 6 параллельных tanks (3 в active cycle, 3 в other phases). Какой объём ОДНОГО tank (тыс. м³)?

Упражнение 3 — Капекс ОСК 450 тыс м³/сут

Земляные + коллектор Ø2000 мм 5 км до ОСК = 8.5 млрд тг
Pre-treatment Hydrasieve 50+6 мм + grit chamber Mecana = 2.8 млрд тг
Primary sedimentation 4×Ø40 м H=4 м ж/б + scraper = 6.8 млрд тг
MSBR reactors 6×50×30×6 м ж/б B40 + EPDM lining = 18 млрд тг
Aeration EDI fine-bubble diffuser 30 000 шт + blowers Kaeser CB 250 кВт × 6 = 6.5 млрд тг
Decanter Aqua-Aerobic AquaDDM × 6 + automation = 1.5 млрд тг
Tertiary filter Mecana Pile Cloth + sand filter polishing = 3.2 млрд тг
UV disinfection Wedeco TAK 55 × 4 modules 100 кВт + tube replacement = 1.8 млрд тг
Sludge dewatering Andritz belt 2 м × 4 + centrifuge backup = 4.5 млрд тг
Anaerobic digesters 2×Ø35 H=20 м ж/б heated + mixing = 12 млрд тг
Biogas cogeneration GE Jenbacher J420 × 2 × 1.4 МВт + heat exchanger = 7.5 млрд тг
Sludge incineration Andritz Bertrams BFB + ash handling = 5.8 млрд тг
Pump stations RAS+WAS+effluent + насосы Sulzer NPS Flygt = 2.2 млрд тг
SCADA Schneider EcoStruxure 2000+ tags + DCS + control room 24/7 = 2.5 млрд тг
Лаборатория QA BOD/COD/TSS/N/P + ICP-MS + GC-MS + microbiology = 1.6 млрд тг
ТП 35 кВ 16 МВА + UPS 1 МВА + DG 5 МВт + связь = 3.5 млрд тг
Адм. блок 2000 м² + рабочие 200 чел + maintenance shop = 2.8 млрд тг
Effluent reuse pipeline (опц для irrigation 50 км) + treatment + ECC certification + проектирование 5% + ПИР + НР + СП + PNR + insurance = 3.5 млрд тг

Итого capex (тг, округл. до млрд):

Упражнение 4 — Sludge management

ОСК 450 тыс м³/сут производит ~70 т сухого ила/сут. Что делать по EU 86/278/EEC?

Просто сбросить в рекуCaptured Pondage без обработкиAnaerobic digestion + cogeneration biogas + thermal incineration или landspread + ash to landfill class III по EU 86/278/EEC + EU 2018/851 + ISO 24510: 1) Stage 1 — gravity thickening primary sludge (5-8% DS) + secondary sludge waste activated (0.8-1% DS) в DAF/gravity belt thickener → 4-6% DS; 2) Stage 2 — Anaerobic Digestion (AD) — mesophilic 35 °C × 20-25 days SRT в 2 closed digesters 18 000 м³ each (covered top для prevent odor + biogas capture), HRT 20 days, organic loading rate 1.5-2.5 кг VS/m³/day; 3) Biogas production 0.3-0.4 м³/кг VS reduced, output 5000-8000 м³/сут @ 60-65% CH4; cogeneration GE Jenbacher J420 1.4 МВт electrical × 2 + 1.4 МВт heat (для digester heating + plant operations); 4) Energy self-sufficiency — 70-80% от plant energy demand покрывается biogas (rest из grid); 5) Stage 3 — dewatering Andritz belt filter press 2-м wide × 4 шт, output 22-28% DS cake; alternative centrifuge ANDRITZ D6L (deeper dewatering 30% DS но higher polymer consumption); 6) Disposal options: (a) Composting с wood chips bulking agent → biosolids landscape mulch (но heavy metal limits Cd<10 mg/kg, Pb<300 mg/kg per EU 86/278), (b) Thermal incineration Andritz Bertrams BFB Bubbling Fluidized Bed 850 °C × 2 sec residence для destruction pathogens + organics, ash 5-10% original mass to landfill class III, (c) Landspread агропромышленным (только если соответствует EU 86/278 limits); 7) Heavy metals concern — особенно для ОСК с industrial wastewater inflow (Pb/Cd/Cu/Zn/Cr/Ni) — quarterly analysis ICP-MS; 8) Pathogen reduction — anaerobic digestion + 30 day storage обеспечивает 6-log reduction E.coli + Salmonella per EU PAD Standard A; 9) Odor management — закрытые digesters + biofilter Biotage 5000 м³/ч на edge tanks + carbon adsorption emergency; 10) Regulatory — quarterly reporting Минэкологии РК + ESG ESCAP score; EU 86/278/EEC + EU 2018/851 Circular Economy + ISO 24510 + WEF Sludge Manual + СН РК 4.01-03 + Закон РК Об охране окруж. средыТолько закопать без обработки

Нормативная база

EU 91/271/EEC — Urban Waste Water Treatment Directive
EU 86/278/EEC — Sewage sludge in agriculture
EU 2020/741 — Water Reuse Regulation
EU 2018/851 — Circular Economy Action Plan
СН РК 4.01-03 — Канализационные очистные сооружения
СНиП 2.04.03-85 — Канализация наружные сети и сооружения
WEF Operations Manual — Water Environment Federation
ISO 24510 / 24512 — Drinking water + Wastewater services
WHO Guidelines Sanitation
USEPA Method 1664B — Oil and grease measurement
EN 12255 — Wastewater treatment plants
Cornell Wastewater Best Practices
WEF MOP 11/30 — Manuals of Practice