ДООЧИСТКА БИОЛОГИЧЕСКИ ОЧИЩЕННОЙ ВОДЫ ВТОРИЧНЫХ ОТСТОЙНИКОВ ОТ ВЗВЕШЕННЫХ ВЕЩЕСТВ ПАТРОННЫМИ ОБЪЁМНЫМИ ФИЛЬТРУЮЩИМИ ЭЛЕМЕНТАМИ

Полный текст

В современных условиях водные объекты подвержены значительному антропогенному воздействию, в результате которого происходит их загрязнение и последующее истощение. Основной причиной загрязнения воды в водоёмах является сброс неочищенных и недостаточно очищенных сточных вод промышленных предприятий, коммунального и сельского хозяйства [1-3]. Классическая обработка сточных вод включает в себя следующие этапы очистки [3]: • механический - для удаления грубодиспергированных примесей, песка и взвешенных веществ; • биологический - для извлечения минеральных и органических загрязняющих веществ; • обеззараживание болезнетворных бактерий и вирусов. В технологической схеме биологическая очистка реализуется в аэротенках или биофильтрах, а для отделения биологически очищенной воды от активного ила или задержания биологической пленки используются вторичные отстойники [3, 4]. В зависимости от типа аэротенков, режима эксплуатации вторичных отстойников и нагрузки на них, содержание взвешенных веществ в отстоявшейся сточной воде составляет до 10-25 мг/л, при этом содержание взвешенных веществ в исходной воде (на входе во вторичный отстойник) достигает 2,5-3,0 г/л [4, 5]. В зависимости от производительности очистных сооружений вторичные отстойники бывают вертикальными, горизонтальными и радиальными. Но независимо от конструкции и объёмов очищаемой воды основным назначением отстойников является разделение воды, поступающей из аэротенков, на два потока [5-7]: Градостроительство и архитектура | 2016 | № 4 (25) 50 ВОДОСНАБЖЕНИЕ, КАНАЛИЗАЦИЯ, СТРОИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ ОХРАНЫ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ • ил, подлежащий утилизации; • осветленная вода, очищенная в отстойниках (рис. 1). Рис. 1. Схема работы вторичного радиального отстойника Работа вторичных отстойников может быть оценена по следующим показателям [4, 5, 7]: • вынос взвешенных веществ; • концентрация возвратного ила; • влажность осадка. Наиболее распространённой проблемой вторичных отстойников является избыточный вынос взвешенных веществ, приводящий к нарушению процесса очистки воды, снижению качества очищаемой воды и утилизируемого осадка. Повышенному выносу взвешенных веществ из вторичных отстойников способствуют следующие факторы [4-6]: • гидравлические перегрузки; • неравномерность притока сточных вод (возникновение гидравлических пиковых нагрузок); • превышение удельных нагрузок на активный ил; • воздействие токсичных сбросов; • недостаток кислорода в аэротенках и вторичных отстойниках; • перегрузка по массе взвешенных веществ на вторичный отстойник; • образование залежей ила на дне вторичного отстойника, его стенах и конструкциях. Все перечисленные факторы создают угрозу развития вспухания активного ила, следовательно, нарушаются флокуляционные и седиментационные свойства активного ила [6-8]. Далее по технологической схеме после вторичных отстойников сточная вода, как правило, направляется на обеззараживание для удаления патогенных бактерий. В последнее время для этих целей используется ультрафиолетовое облучение, которое позволяет обезвредить не только бактерии, но и вирусы [9]. Повышенный вынос взвешенных веществ из вторичных отстойников приводит к уменьшению проницаемости воды, следовательно, уменьшается эффект обеззараживания воды, поэтому сточная вода должна соответствовать следующим требованиям (табл. 1) [10]. Из данных табл. 1 следует, что перед обеззараживанием необходимо предусмотреть доочистку биологически очищенной воды от взвешенных веществ, поскольку вынос взвешенных веществ из вторичных отстойников может составлять 10-25 мг/л [8]. Компания ООО «ТВЭЛЛ» разработала перспективную технологию доочистки сточной воды из вторичных отстойников от взвешенных веществ (рис. 2). Согласно этой технологии предполагается разделить воду, поступающую из аэротенка, на три потока: • ил; • отфильтрованная вода; • вода с загрязнениями, поступающими через перелив в сборный лоток, откуда поток направляется в голову очистного сооружения для очистки. Рис. 2. Схема работы радиального отстойника Конструктивно модернизация вторичного отстойника может быть реализована следующим образом (рис. 3). На рис. 3 представлены технологические узлы оборудования для модернизации вторичных Таблица 1 Требования к качеству сточных вод, поступающих на обеззараживание УФ-излучением Показатель Допустимые значения (не более) Взвешенные вещества, мг/л 10,0 БПК5, мгО2/л 10,0 ХПК, мгО2/л 50,0 Число термотолерантных коли формных бактерий в 1 л 5 . 106 Колифаги БОЕ/л 5 . 104 51 Градостроительство и архитектура | 2016 | № 4 (25) А.Н. Ким, А.Ю. Романова отстойников, которые предназначены для разъяснения концепции и не представляют собой законченные технические решения. Рис. 3. Система доочистки воды вторичных отстойников от взвешенных веществ: 1- отстойник; 2 - зубчатый перелив; 3 - переливные ёмкости; 4 - сборный коллектор; 5 - сменный патронный фильтр; 6 - зубчатый перелив переливной ёмкости; 7 - приёмный коллектор На вторичном отстойнике 1 часть зубчатого перелива 2 заменяется на переливные ёмкости 3, к которым со стороны отстойника присоединены сборные коллекторы 4. Коллекторы 4 оборудованы сменными патронными фильтрами 5. Внутри переливных ёмкостей находится зубчатый перелив 6 переливной ёмкости 3, выполняющий свои обычные функции. Со стороны сборного лотка переливные ёмкости 6 оборудованы патрубками (на рисунке не показаны). При нормальной работе секции вода в отстойнике находится на уровне наружного перелива 2. Вода снаружи внутрь попадает в полости патронных фильтров 5, оттуда в сборный коллектор 4 и в переливную ёмкость 3, затем через перелив 6 по патрубку поступает в приёмный коллектор 7. Далее очищенная вода подаётся на обеззараживание. По мере оседания на поверхности фильтров 5 ила, производительность их будет снижаться, уровень в приёмной части переливных емкостей 3 падать и вода перестанет поступать в патрубок, после чего происходит регенерация патронного фильтра. Для проверки возможности использования предлагаемой технологии была разработана и сконструирована пилотная установка доочистки воды из вторичных отстойников от взвешенных веществ, которая была смонтирована на вторичном отстойнике № 7 Центральной станции аэрации (ЦСА) ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга» в апреле 2015 г. [11]. Конструктивно пилотная установка была выполнена в следующем виде (рис. 4). Опытный образец состоит из внутреннего 1 и внешнего 2 коллекторов, прикрепленных друг к другу, впадина зубчатого перелива находится между ними. К внутреннему коллектору 1, обращенному в чашу отстойника, прикреплен фильтрующий элемент 3, который представляет собой цилиндр с заглушенным торцом. Фильтроэлемент изготовлен из полимерного материала и имеет следующие размеры: длина рабочей поверхности - 600 мм, внутренний диаметр - 100 мм, наружный диаметр - 120 мм. На внешнем коллекторе 2 закреплены датчики верхнего 4 и нижнего 5 уровня жидкости во внешнем коллекторе. В нижней части внешнего коллектора имеется отверстие с вмонтированной в него трубой, на которой последовательно установлены электромагнитный запорный клапан 6, насос 7 и измеритель расхода воды 8. На конце трубы закреплен гидрозатвор 9, открытый конец которого используется для отбора проб. В верхней части к внешнему коллектору 2 присоединены электромагнитные запорные клапаны 10 и 11. Запорный клапан 10 (нормально закрытый) предназначен для подачи в коллектор воздуха для продувания фильтра, а запорный клапан 11 (нормально открытый) служит для сообщения полости коллекторов с атмосферой. Работа пилотной установки полностью автоматизирована (фильтрование, промывка (регенерация). Регенерация фильтрующего элемента запускается автоматически при достижении предельной потери напора или при ухудшении качества фильтрата. Для обеспечения равномерности регенерации стенок фильтра применяются дополнительные элементы - вставки в фильтр (рассекатель), который состоит из каркаса с приваренными к нему на одинаковом расстоянии колец разного диаметра. Диаметр колец увеличивается по мере прохождения потока промывной воды в фильтрующем элементе, такое техническое решение позволяет сохранить энергию потока. Объём воды, необходимый для промывки фильтрующего элемента, составляет 10 л, за одну промывку в нем происходит десятикратная смена воды. В связи с соотношением пор фильтрующего элемента (размер пор - 3-5 мкм) и размера хлопьев активного ила, размер которых может варьироваться от 20 до 300 мкм, попадания взвешенных веществ внутрь не происходит и активный ил налипает на внешнюю поверхность фильтроэлемента, в результате происходит мембранное фильтрование [12]. В процессе испытаний Дирекцией водоотведения ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга» был организован ежедневный лабораторный контроль качества воды до и после доочистки. Результаты анализа химико-биологической лаборатории Дирекции водоотведения представлены в табл. 2. Работа пилотной установки может быть оценена по следующим показателям [12, 13]: Градостроительство и архитектура | 2016 | № 4 (25) 52 ВОДОСНАБЖЕНИЕ, КАНАЛИЗАЦИЯ, СТРОИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ ОХРАНЫ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ 1) степень очистки: (1) где Сисх - концентрация твердой фазы в исходной воде, мг/л; Сф-та - концентрация твердой фазы в фильтрате, мг/л. Из данных табл. 2 видно, что степень очистки в зависимости от исходной концентрации по взвешенным веществам составляет до 75 %, по БПК5 - до 30 %, по ХПК - до 10 %; 2) скорость фильтрования (интенсивность разделения жидкости)[12, 13]: , м3/м2 ⋅ ч , (2) где V - объём фильтрата, м3, прошедшего через единицу площади фильтрующего элемента S, м2, за единицу времени τ, ч. Производительность фильтрующей установки составляет 1,5 м3/ч с площадью фильтрования 0,226 м2. Используя формулу (2), вычисляют скорость фильтрования для установки - 6,65 м3/м2 ⋅ ч; 3) объемная гидравлическая нагрузка на фильтрующий элемент - 2,00 м3/ч на 0,5 м длины фильтра; 4) интенсивность промывки - 35,5 м3/м2 ⋅ ч. В результате натурных испытаний установлено, что опытный образец: • стабильно работал в течение отчётного периода, не снижая при этом своего рабочего ресурса; • осуществлял устойчивую доочистку воды от взвешенных веществ на 75 %, в том числе по БПК5 - до 30 % и ХПК - до 10 %; • значения показателей удовлетворяют требованиям, предъявляемым к сточной воде перед ультрафиолетовой обработкой Методическими указаниями 2.1.5.732-99 «Санитарно-эпидимиологический надзор за обеззараживанием сточных вод ультрафиолетовым излучением» (взвешенные вещества менее 5 мг/дм3, БПК5=2,0 мгО2/дм, ХПК= 30,0 мгО2/дм). Вывод. Внедрение предлагаемой технологии позволит: избежать аварийных выбросов активного ила; обеспечить стабильную работу и эффективность УФ-обеззараживания; исключить строительство капитальных дорогостоящих сооружений для доочистки сточных вод после вторичных отстойников (например, фильтров с зернистой загрузкой). Данная разработка защищена патентами Российской Федерации [14, 15].

Об авторах

Аркадий Николаевич КИМ

Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет

Email: vestniksgasu@yandex.ru

Александра Юрьевна РОМАНОВА

Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова

Email: vestniksgasu@yandex.ru

Список литературы

Дополнительные файлы