Eternal engine of progress

Качество услуг водоснабжения и водоотведения за первые двадцать лет XXI века вывело на новый уровень развития ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга» благодаря внедрению инновационных технологий в системах водоснабжения и водоотведения. Использование технологий, таких как двухступенчатое обеззараживание питьевой воды, дезодорирование полигонов, геотубирование, применение центрифуг «Флоттвег», порошкообразного однокомпонентного флокулянта, порошкообразного активированного угля, внедрение системы измерения осадков, осуществлялись при активном участии Федора Ивановича Лобанова – помощника генерального директора ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга» по работе с промышленностью, которому в ноябре 2021 г. исполнилось 80 лет. The quality of water supply and wastewater disposal services over the first twenty years of the 21st century has brought SUE «Vodokanal of St. Petersburg» to a new level of development owing to the introduction of innovative technologies in water supply and wastewater disposal systems. The use of technologies, such as two-stage disinfection of drinking water, odor control of landfills, geotubing, the use of Flottweg centrifuges, powdered one-component flocculant, powdered activated carbon, the introduction of a precipitation measurement system, were carried out with the active participation of Fedor Ivanovich Lobanov, Assistant to the General Director of SUE «Vodokanal of St. Petersburg» on dealing with industries, who turned 80 in November 2021.

Specific features of the static calculation of underground pipelines of gravity wastewater disposal systems

Необходимым условием экологически безопасной и надежной эксплуатации подземных трубопроводов самотечных систем водоотведения является определение требований к прочностным характеристикам элементов строительной конструкции (труб, фасонных частей), которые формируются на основании статического расчета трубопровода. При статическом расчете определяются и анализируются прямые и косвенные нагрузки, действующие на трубопровод, и производится оценка их влияния на конструкцию. Рассматриваются существующие подходы к выполнению статического расчета. На основании результатов исследований российских и зарубежных авторов утверждается, что выбор параметров труб, используемых при строительстве подземных трубопроводов, зависит не только от свойств конструкционных материалов, но прежде всего от свойств грунта, условий укладки и монтажа, а также от действующих нагрузок и степени деформации трубопровода. An essential pre-requisite for environmentally safe and reliable operation of underground pipelines of gravity wastewater disposal systems is specifying the requirements for the structural behavior of building construction elements (pipes, fittings) that are determined on the basis of a static calculation of the pipeline. In the process of the static analysis, direct and indirect loadings acting on the pipeline are determined and analyzed, and their impact on the structure is estimated. Existing approaches to performing a static analysis are considered. Based on the results of the studies carried out by Russian and foreign authors, it has been argued that the choice of the pipe parameters used in the construction of underground pipelines depends not only on the properties of structural materials, but primarily on the soil properties, conditions of laying and installation, as well as on the existing loadings and degree of pipeline deformation.

Study of the current waveform effect on the formation of cathode deposits during direct electrolysis. Part 2. Electrolysis of sea water

Поваренная соль является сырьем для получения гипохлорита натрия, при этом затраты на ее приобретение и доставку составляют до 25–30% от общей стоимости произведенного дезинфектанта. Альтернативным сырьем для получения гипохлорита натрия могут быть хлориды, содержащиеся в природной минеральной воде, например подземной, морской и океанической. Минеральная вода будет сырьем для получения раствора гипохлорита натрия достаточно высокой концентрации, который можно затем добавлять в обрабатываемую воду. Опыт эксплуатации установок «ХЛОРЭФС» производства ООО НПП «ЭКОФЕС» показал, что основная проблема надежности работы электролизеров связана с образованием отложений солей жесткости: карбоната кальция на поверхности катодного электрода и гидроксида магния на поверхности катодов электролизера. Это приводит к негативному режиму электролиза, росту напряжения, перегреву и короблению электродной системы, разрушению оксидного покрытия анодов и т. д. Приведены результаты исследований прямого электролиза постоянным и реверсным током соленой воды Южно-Вьетнамского моря. В испытаниях оценивали влияние реверсного тока в сравнении с постоянным током на снижение образования нерастворимых веществ на катодах электролизера, а также определяли технологические параметры электролиза. Выход хлора по току для морской воды был выше 100% в реверсном режиме с плотностью тока 100 А/м2. Sodium chloride is a raw material for the production of sodium hypochlorite; however, the cost of its purchase and delivery is up to 25–30% of the total cost of the disinfectant produced. An alternative raw material for the production of sodium hypochlorite can be chlorides present in natural mineral water, e. g., underground, sea and oceanic water. Mineral water will be the raw material for obtaining sodium hypochlorite solution of a sufficiently high concentration that can then be added to the treated water. The experience of operating CHLOREFS units manufactured by EKOFES SPE LLC showed that the main problem related to the electrolyzer operation reliability is associated with the formation of deposits of hardness salts – calcium carbonate on the surface of the cathodic electrode, and magnesium hydroxide on the surface of the electrolyzer cathodes. This results in a negative electrolysis regime, an increase in voltage, overheating and warping of the electrode system, destruction of the oxide coating of the anodes, etc. The results of studies of direct electrolysis by direct and reverse current of salt water of the South Vietnam Sea are presented. During the tests the effect of reverse current in comparison with direct current on the reduction of the formation of insoluble substances on the cathodes of the electrolyzer was estimated, and besides, the electrolysis process parameters were determined. The current chlorine yield for seawater was above 100% in the reverse mode with a current density of 100 A/m2.

Problems of water and wastewater utilities with technological regulation and introduction of industrial environmental control

Приведены требования природоохранного законодательства при переходе к технологическому нормированию на основе технологических показателей наилучших доступных технологий, организации производственного экологического контроля, в том числе систем автоматического контроля сбросов и выбросов загрязняющих веществ. Представлен анализ нормативных правовых актов природоохранного законодательства, а также ряд проблем, возникающих при реализации требований этих актов при внедрении наилучших доступных технологий и организации производственного экологического контроля на объектах водоотведения предприятий водопроводно-канализационного хозяйства. Проблемы представлены в отношении следующих факторов: невозможности или избыточности проведения инвентаризации сбросов по ряду загрязняющих веществ; недостаточности предельного срока 7 лет для реализации программ повышения экологической эффективности и планов мероприятий по охране окружающей среды при наличии нескольких объектов I и II категорий негативного воздействия на окружающую среду; избыточности требований установления технологических нормативов сбросов на уровне «от достигнутого»; противоречий нормативных актов, затрудняющих внедрение систем автоматического контроля. В статье использованы: опыт строительства и реконструкции ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга» очистных сооружений централизованных систем водоотведения; практика производственного экологического контроля, а также результаты взаимодействия отраслевого сообщества организаций водопроводно-канализационного хозяйства; выводы, полученные при актуализации в 2021 г. ИТС 22.1-2016 «Общие принципы производственного экологического контроля и его метрологического обеспечения». Предлагаются пути решения проблем. The requirements of the environmental legislation in the process of transition to technological regulation based on the process parameters of the best available technologies, the introduction of the industrial environmental control including systems for automatic control of pollution discharges and emissions, are given. An analysis of the regulations of the environmental legislation is presented, as well as a number of problems arising in the implementation of the requirements of these regulations in the introduction of the best available technologies and industrial environmental control at the wastewater facilities of water and wastewater utilities are described. Problems are highlighted in relation to the following factors: impossibility or redundancy of conducting an inventory of discharges for a number of pollutants; inadequacy of the 7-year deadline for the implementation of the programs for improving the environmental efficiency and plans of action for environmental protection in presence of several objects of the I and II categories of the negative environmental impact; redundancy of the requirements for establishing technological regulations for discharges at the level «from the achieved»; contradictions in the regulations that complicate the introduction of automatic control systems. The paper describes the experience of the construction and upgrade of the public wastewater disposal facilities operated by SUE «Vodokanal of St. Petersburg»; the practice of industrial environmental control, as well as the results of the interaction between the sectoral community of the water supply and wastewater disposal utilities; the conclusions drawn during updating ITS 22.1-2016 «General principles of industrial environmental control and its metrological support» in 2021. The ways of addressing the problems are proposed.

Integrated approach to reducing drinking water losses in the distribution networks in the city of Sebastopol

Природный дефицит водных ресурсов в сочетании с высокой степенью износа систем водоснабжения обусловливает напряженную ситуацию с обеспечением питьевой водой в Крыму. За последние несколько лет для решения проблемы на региональном и федеральном уровне были разработаны и реализуются программы модернизации водного хозяйства полуострова. Одной из ключевых задач этих программ является снижение потерь воды, которые в настоящее время достигают 40–60%. Описан комплекс мероприятий, направленных на снижение потерь воды в г. Севастополе. Комплекс мер, разработанный в соответствии с международным опытом и российскими рекомендациями, учитывает существующее состояние системы водоснабжения Крыма. Мероприятия включают в себя создание современного комплекса управления сетями, зонирование водопроводной сети, регулирование давления, мониторинг и устранение утечек. По результатам анализа производственных показателей определено, что первоочередным мероприятием для Севастополя является внедрение современной системы акустического мониторинга на распределительных сетях, которая позволит эффективно обнаруживать скрытые утечки и сэкономить городу тысячи кубометров дефицитной питьевой воды. Описаны результаты пилотного проекта по обследованию 5 км водопроводных сетей системой акустического мониторинга. The natural scarcity of water resources coupled with a high degree of deterioration of water supply systems result in a tense situation with the drinking water supply in Crimea. Over the past few years, a number of programs of upgrading the peninsula's water industry have been developed and are being implemented in order to solve the problem at the regional and federal levels. One of the key objectives of these programs is to reduce water losses that currently reach 40–60%. A set of measures aimed at reducing water losses in Sebastopol is described. The set of measures developed in accordance with the international experience and Russian recommendations takes into account the current condition of the Crimean water supply system. The activities include designing an advanced network management complex, zoning of the water supply network, pressure regulation, monitoring and elimination of leaks. Based on the results of the analysis of the performance indicators, it was determined that the priority measure for Sebastopol was the introduction of an advanced acoustic monitoring system in the water distribution networks that would provide for detecting effectively latent leaks and saving the city thousands of cubic meters of scarce drinking water. The results of a pilot project on the inspection of 5 km of the water supply networks using the acoustic monitoring system are described.

Mechanical treatment of wastewater

Подбор оборудования для механической очистки сточных вод является важным этапом при реконструкции или новом строительстве очистных сооружений, который определяет их эффективность и надежность с точки зрения технологии и эксплуатации. Приведены примеры распространенных на данный момент технических решений по конструкции фильтрующего полотна решеток для механической очистки сточных вод. Дано сравнение эффективности данных решений. На основе исследования очистных сооружений в Германии представлено сравнение эффективности задержания отбросов в зависимости от применяемого ранга фильтрации: двумерной (перфорация) и одномерной (прозор). The selection of equipment for mechanical wastewater treatment is an important stage in the reconstruction or new construction of the treatment facilities that determines their efficiency and reliability in terms of the technology and operation. The examples of the currently widespread technical solutions for designing filtering cloth of the screens for mechanical wastewater treatment are given. The effectiveness of these solutions is compared. On the basis of studying wastewater treatment facilities in Germany, a comparison of the debris retention efficiency depending on the applied filtration grade, i. e., two-dimensional (perforation) and one-dimensional (bar spacing) is presented.

Efficiency of gas discharge methods for odor control in municipal wastewater transportation and treatment systems

В процессе транспортировки и очистки сточных вод в воздух выделяются дурнопахнущие вещества, среди которых одним из наиболее трудноудаляемых является сероводород. Для очистки воздуха от дурнопахнущих веществ используются различные методы, в том числе газоразрядные (плазменные, ионизационные), которые хорошо зарекомендовали себя в других областях промышленности. Вентиляционные выбросы, образующиеся при обработке и очистке сточных вод, имеют ряд особенностей: высокая влажность, высокая концентрация сероводорода, потенциальная взрывоопасность. Эти свойства ограничивают возможность использования газоразрядных методов для очистки данного типа вентиляционных выбросов. Описывается специфика применения газоразрядных методов при очистке воздуха на очистных сооружениях канализации и канализационных насосных станциях. Приведены возникающие при этом технические сложности. In the process of wastewater transportation and treatment malodorous substances are released into the air; among them hydrogen sulfide being one of the most difficult to remove. Various methods are used to remove malodorous substances from the air, including gas-discharge (plasma, ionization) methods that have proven remarkably effective in other industries. Vent emissions generated during wastewater treatment are specified by high humidity, high concentration of hydrogen sulfide, potential explosion hazard. These properties limit the possible use of gas discharge methods for the purification of this type of vent emissions. The specificity of applying gas discharge methods for air purification at the wastewater treatment facilities and wastewater pumping stations is described. The arising technical difficulties are presented.

What hides the German reference book of the Tsarist-era?

Дореволюционных изданий Хютте (Hütte) – немецкого справочника для инженеров, архитекторов, механиков и студентов, с профессиональным переводом на русский язык, сохранилось крайне мало. Один из раритетов находится в архиве компании Profactor Armaturen GmbH (Профактор Арматурен ГмбХ) и является ее интеллектуальной собственностью. Трехтомный справочник Хютте, выпущенный в Российской империи в 1916–1917 годах, позволяет аналитикам и инженерам предприятия находить и знакомиться с интересными научно-техническими достижениями начала ХХ века. Избранные сведения из справочника адаптируются для подготовки и выпуска серии обзорных исторических материалов с оригинальными иллюстрациями. Нижеприведенный обзор из этой серии адресован специалистам, которые интересуются историей и развитием системы отопления, газо-, паро- и водопроводной арматуры. There are very few pre-revolutionary editions of Hütte, a German reference book for engineers, architects, mechanical engineers and students, with a professional translation into Russian. One of the rarities is in the archives of Profactor Armaturen GmbH as its intellectual property. Hütte three-volume reference book, published in the Russian Empire in 1916–1917, allows analysts and engineers of the enterprise to find and get acquainted with interesting scientific and technical achievements of the early twentieth century. Selected information from the reference book is adapted for the preparation and publication of a series of review historical materials with original illustrations. The following overview from this series is addressed to specialists who are interested in the history and development of the heating system, gas, steam and water fittings.

In-process tests of river water conditioning for domestic and drinking water supply in the city of Kurgan

Рассматривается опыт применения озонирования речной воды в лабораторных и пилотных масштабах. Вода реки Тобол – жесткая минерализованная со средними значениями цветности 24 град, содержанием марганца в зимний период более 0,8 мг/дм3. После определения рабочих доз реагентов (коагулянт гидроксохлорид алюминия, флокулянт Praestol 650TR) проводилось пробное озонирование с последующей реагентной обработкой на лабораторном флокуляторе. Для достижения норматива по содержанию марганца в речной воде 0,1 мг/дм3 потребовались высокие дозы озона – от 35 мг/дм3. Подщелачивание исходной воды до рН 9 позволило снизить дозу озона до 23 мг/дм3. Снижение цветности до 15 град происходит при дозах озона 6–7 мг/дм3. Очистка речной воды на пилотной установке производительностью 50 л/ч проводилась по полной технологической схеме (озонирование, обработка коагулянтом и флокулянтом, отстаивание, фильтрование через песчаный фильтр, фильтрование через угольный фильтр, опреснение-умягчение обратным осмосом). Доза коагулянта составляла 5 мг/дм3, флокулянта – 0,3 мг/дм3. В стационарном режиме работы пилотной установки при дозе озона 25 мг/дм3 были достигнуты следующие показатели качества фильтрата песчаного фильтра: цветность 5–7 град; марганец 0,05–0,15 мг/дм3; железо общее 0,02–0,03 мг/дм3; алюминий 0,05–0,08 мг/дм3; перманганатная окисляемость 3–4 мг/дм3. Исходя из расчетных показателей состава воды р. Тобол, для концентрации марганца в воде 0,8 мг/дм3теоретическая доза озона составляет ≈ 8 мг/дм3, проектная доза озона может быть принята 10 мг/дм3 (г/м3). The experience of using ozonation of river water on a laboratory and pilot scale is considered. The water of the Tobol River is hard and mineralized with an average color value of 24 degrees, a manganese concentration in the winter period of more than 0.8 mg/dm3. After determining the operational doses of the chemicals (polyaluminum chloride coagulant, Praestol 650TR flocculant), test ozonation was carried out followed by the chemical treatment in a laboratory flocculator. To achieve the standard for manganese concentration in river water of 0.1 mg/dm3, high doses of ozone were required – from 35 mg/dm3. Alkalinization of the initial water to pH 9 provided for reducing the ozone dose to 23 mg/dm3. A decrease in color to 15 degrees occurred at ozone doses of 6–7 mg/dm3. River water purification at a pilot plant with a capacity of 50 l/h was carried out according to the complete process flow scheme (ozonation, treatment with coagulant and flocculant, sedimentation, filtration in a sand filter, filtration in a carbon filter, desalination-softening by reverse osmosis). The coagulant dose was 5 mg/dm3, and that of the flocculant – 0.3 mg/dm3. In the steady run of the pilot plant at an ozone dose of 25 mg/dm3, the following quality indicators of the sand filter filtrate were achieved: color 5–7 degrees; manganese 0.05–0.15 mg/dm3; total iron 0.02–0.03 mg/dm3; aluminum 0.05–0.08 mg/dm3; permanganate index 3–4 mg/dm3. Based on the estimate indicators of the Tobol River water composition related to the manganese concentration in water of 0.8 mg/dm3, the theoretic dose of ozone is ≈ 8 mg/dm3, the design dose of ozone can be assumed as 10 mg/dm3 (g/m3).

Best practice of using air-bubble curtains as part of complex fish protection structures

Приведены результаты исследований работы комплексных рыбозащитных сооружений с использованием воздушно-пузырьковых завес. Дано описание механизма работы комплексных рыбозащитных сооружений и принципа работы воздушно-пузырьковой завесы. На основе гидравлического расчета разработана методика проектирования и применения воздушно-пузырьковой завесы в составе комплексных рыбозащитных сооружений. Приведены результаты исследований по оценке функциональной эффективности построенных комплексных рыбозащитных сооружений. Комплексные рыбозащитные сооружения, имеющие в своем составе запани и воздушно-пузырьковые завесы и работающие в эрлифтном режиме, достаточно эффективно защищают молодь рыб. При правильно подобранных параметрах работы оборудования и выбранном створе размещения сооружений, с учетом гидравлических и технических особенностей водозабора, их эффективность гарантированно превышает нормативные значения. The results of studying the operation of complex fish protection structures with the use of air-bubble curtains are presented. A description of the operating mechanism of complex fish protection structures and the principle of operation of the air-bubble curtain is given. On the basis of a hydraulic calculation, a method for designing and using an air-bubble curtain as part of complex fish protection structures has been developed. The results of estimating the functional efficiency of the built complex fish protection structures are presented. The complex fish protection structures that include debris deflectors and air-bubble curtains and operate in an air-lift mode, effectively protect fish fry. Provided the operating parameters of the equipment and the selected alignment of the structures with account of the hydraulic and technical features of the water intake have been correctly chosen, their efficiency is guaranteed to exceed the standard values.