METHODOLOGY OF CHOOSING THE TECHNOLOGY FOR THE TREATMENT OF PERIODIC SEWAGE WATER DISCHAGES

Full Text

В настоящее время в нормированной технической литературе [1] отсутствует понятие периодических сбросов сточных вод. Однако в практике водоотведения они наблюдаются достаточно часто: от населения (например, базы выходного дня, работающие одни-двое суток в неделю), от промышленности (например, производство комплексных и индивидуальных удобрений: 5-6 суток в месяц), в сельском хозяйстве (например, получение посевного материала для овощей: 7-10 суток в год) и т. п. В связи с диверсификацией экономики происходит переориентация выпуска продукции промпредприятиями на конкретные заказы, поэтому на неопределенное время приостанавливается производство и, соответственно, образование сточных вод или изменяется номенклатура выпуска, что, в свою очередь, вызывает изменение состава сточных вод. При этом на очистные сооружения такие типы сточных вод могут поступать по трубопроводам при достаточно стабильной климатической и сезонной температуре или доставляться автотранспортом при температуре около нуля в холодный период года. Сточные воды с параметрически нестационарными характеристиками (по расходу и концентрации) по [2] предполагают временную прогнозируемую неравномерность поступления, не могут быть отнесены к периодическим сбросам, а следовательно, принципы выбора технологии их обработки также не могут быть применены без корректировки. Для очистки периодических сбросов сточных вод в России и за рубежом преимущественно используются модульные стационарные и передвижные очистные сооружения различного типа, в которых сочетаются узлы механической, биохимической и физико-химической обработки, отличающиеся особенностями аппаратурного и конструктивного оформления, применяемыми материалами, энергоемкостью, степенью автоматизации [3, 4]. Выбор технологии ведется, чаще всего, исходя из экологоэкономических принципов: применение технических решений и технологий, адекватных климатическим условиям, составу и режиму поступления вод; гибкость управления процессом очистки при изменении состава сточных вод; применение технологий в блочно-модульном исполнении, позволяющем в широком диапазоне регулировать технологические параметры процесса очистки и выбирать оптимальную схему в соответствии с исходным составом вод; высокий уровень автоматизации систем очистки с учетом отсутствия квалифицированного персонала для обслуживания таких очистных сооружений; обеспечение требований к качеству очищенных вод, предъявляемых к сбросу в открытый водоем; использование малоотходных технологий очистки (безреагентных методов). При этом, чаще всего, при традиционном выборе технологии технико-экономическим сравнением не учитывается период вывода на рабочий режим очистных сооружений, что является одним из основных требований для режимов периодических сбросов сточных вод. В системах водоотведения с периодическим сбросом сточных вод определяющим становится пусконаладочный режим эксплуатации очистных сооружений: работа одни-двое суток, режим ожидания от часов до месяцев. Для периодических режимов сброса принятые в практике проектирования принципы выбора технологий очистки сточных вод нуждаются в корректировке и дополнении. При сохранении основного требования к минимальному воздействию на окружающую среду определяющей оценкой выбора при этом становится готовность очистной установки к выполнению функций нормативной очистки в часы (сутки) водоотведения. Наименьшую продолжительность пусконаладочных работ имеют физико-химические технологии [4], которые для условий периодического сброса сточных вод становятся предпочтительными. В то же время отсутствуют рекомендации по обоснованию технологических схем очистки периодических сбросов сточных вод, а принципы выбора оптимальной технологии должны быть дополнены интегральной характеристикой, учитывающей время безотказной работы, время запуска и вывода на режим сооружений, платой за сброс недостаточно очищенных сточных вод в пусковой период [5]. Учитывая стохастический генезис и неравномерность водоотведения, в качестве критерия выбора предлагается модифицированный коэффициент готовности как результирующая оценка надежности технологии очистки периодических сбросов сточных вод по техническим, экономическим и экологическим критериям. Модифицированный коэффициент готовности включает в себя вероятностные технические, экономические и экологические составляющие (табл. 1). Комплексные показатели надежности очистной установки (ОУ) Таблица 1 Ha3BaHMe M cpopMyAa XapaKTepMcTMKa Ko3cpcpMu;MeHT TeXHoAorMqecKoM roToBHocTM:KTr = To / To + TrrKo3cpcpMu;MeHT TeXHMqecKoro McrroAh3oBaHM5I:KTM = To / (To + Trr + Tp) Ko3cpcpMu;MeHT coXpaHeHM5I 3cpcpeKTMBHocTM oqMcTKM:K  QQ Ko3cpcpMu;MeHT rroAe3HoM pa6oTI:KITP = Tp6 – TB / Tp6 Ko3cpcpMu;MeHT 3KoAorMqecKoM 3cpcpeKTMBHocTM OY:K3A = ITH/ ITH + ITA Bepo5ITHocTh Toro, qTo OY oKa)KeTc5I pa6oTocrroco6HoM B rrpoM3BoAhHIM MoMeHT BpeMeHM To, BKAroqa5I rrepMo4 Trr, B TeqeHMe KoToporo Be4eTc5I rrycK OY rrpM rrocTyrrAeHMM cToqHIX Bo4.OTHoIIIeHMe MaTeMaTMqecKoro o)KM4aHM5I BpeMeHM o6ecrreqeHM5I HopMaTMBHoM oqMcTKM cToqHIX Bo4 OY 3a HeKoTopIM rrepMo4 3KcrrAyaTau;MM To K cyMMe MaTeMaTMqecKMX o)KM4aHMM To, BpeMeHM rrycKa Trr M BpeMeHM peMoHToB Tp 3a ToT )Ke rrepMo4 3KcrrAyaTau;MM.XapaKTepM3yeT cTerreHh BAM5IHM5I oTKa3oB 3AeMeHToB OY Ha 3cpcpeKTMBHocTh oqMcTKM cToqHIX Bo4. Orrpe4eA5IeTc5I oTHoIIIeHMeM o6'beMa HopMaTMBHo oqM�eHHIX cToqHIX Bo4 Q K o6�eMy o6'be-My Q  o6pa6oTaHHIX cToqHIX Bo4.OTHoIIIeHMe pa3HocTM BpeMeHM pa6oTI Tp6 M BIBo4a Ha pe)KMM TB OY Ko BpeMeHM oqMcTKM cToqHIX Bo4 Tp 3a o4MH M ToT )Ke rrepMo4. OTHoIIIeHMe rrAaTI 3a c6poc HopMaTMBHo oqM�eHHoM cToqHoM Bo4I ITH K cyMMe ITH M 4orroAHMTeAhHoM rrAaTI 3a cBepXHopMaTMBHIM c6poc He4ocTaToqHo oqM�eHHIX cToqHIX Bo4 ITA. Тогда обобщенный коэффициент готовности будет определен как среднегеометрическое значение из частных коэффициентов (табл. 1) [6]: К = √ К х К х К х К х К 5 МГ ТГ ТИ Э ПР ЭЛ. Значения составляющих модифицированного коэффициента готовности могут быть получены экспериментально-теоретическими исследованиями. Из анализа теоретических положений физикохимической очистки периодических сбросов сточных вод, как для стационарных, так и передвижных установок, оптимальными на настоящем этапе знаний являются следующие конструктивные решения технологических схем. Узел механической очистки рекомендуется принимать в виде сетчатых устройств с прозорами 1,5-2,0 мм вследствие высокого значения коэффициента готовности 0.95 (по литературным данным). При этом из хозбытовых сточных вод можно обеспечить выделение до 30 % механических примесей, а из промышленных, в зависимости от типа загрязнений, – до 80 %. Узел выделения белков, жиров, углеводов, ПАВ и других высокомолекулярных соединений введением коагулянтов и флокулянтов, который обеспечивает эффект очистки сточных вод до 60-85 % при коэффициенте оперативной готовности не менее 0.9. Узел фильтрования через волокнистую загрузку, например, из полимерных ершей, повышающих ремонтнопригодность фильтра и регенерируемость загрузки, с извлечением остаточных количеств различных примесей из сточных вод, прошедших коагуляцию, флокуляцию и отстаивание, до 85-95 %. Коэффициент сохранения эффективности очистки при этом достигает 0,93-0,95. Узел глубокой доочистки сточных вод от органических и минеральных примесей фильтрованием осветлённых сточных вод через загрузку различных видов адсорбентов-катализаторов. Однако для определения коэффициента технического использования и эффективности очистки хозбытовых и промышленных сточных вод в зависимости от типа, фракционности, высоты слоя катализатора, регенерационных режимов и т. п. имеется недостаточно данных. Поэтому их значения определялись экспериментально [8]. Исследования выполнялись на лабораторных стендах, на пилотных установках в полупроизводственных и производственных условиях на мобильной очистной станции. Для осаждения части загрязнений использовались коагулянты «СКИФ» и «Аква-Аураттм 30» ОАО «Аурат» и флокулянт ПАА. Тонкую взвесь выделяли на ершовом фильтре. Промышленное апробирование разработанной технологии осуществлялось на реальных периодических сбросах сточных вод производства минеральных удобрений (ОАО «ЕвроХим-БМУ», г. Белореченск Краснодарского края) с помощью передвижной мобильной установки, обеспечивающей собственные потребности в электроэнергии и воздухе. Очищенная вода использовалась для технических нужд – промывок и регенераций фильтров, приготовления рабочих растворов реагентов. В установке смонтированы узлы растворения и дозирования коагулянта и флокулянта, их смешения со сточной водой, отстаивания, две ступени фильтрования: на фильтре с ершовой загрузкой и клиноптилолитом с размером фракций 2-3 мм. Для регенерации цеолита предусмотрены растворы NaOH и NaCl, расчетный расход воды составлял 1 м3/ч. После развертывания установки с походного в рабочее состояние (необходимое время составляет 2-3 ч) в течение трех месяцев были проведены опытно-промышленные испытания (табл. 2). На основании полученных результатов очистки ПСВ на мобильной установке была произведена реконструкция существующих очистных сооружений, Показатели очистки ПСВ на передвижной установке Таблица 2 Точки отбора проб после Состав сточных вод после обработки, мг/дм3, по показателям 3NH + NO NO Cl-, взвеш. вещ-ва ХПК БПК БПК УФС 10,5 2,109 12,4 0,42 13,47 194,4 163,6 14,69 110,5 Ершового фильтра 0,662 1,718 11,2 0,40 70,2 6,5 38,08 4,32 3,25 Цеолита <0,05 0,8 13,8 0,37 73,7 5,7 25,38 4,32 3,25 PO4 4 3 2 полн 5 после которой в течение двух лет обеспечивается нормативная очистка. (Усредненные показатели исходных ПСВ, сбрасываемых один раз в 12-14 суток, за период испытаний, мг/дм3: взвешенные вещества 230; перманганатная окисляемость 19; БПК5 60; ХПК 123; фосфаты (по Р) 15,3; азот аммонийный соответствовали установленным нормам сброса в городскую систему водоотведения. Выполним расчет модифицированного коэффициента готовности по эксплуатационным данным промышленных очистных сооружений (табл. 3) при следующих показателях режима водоотведе7,8; азот нитритов 0,11; нитратов – 4,5; фторидов о ния: Q = 100 м3/ч, Т = 30 сут, сброс сточных вод 5 сут, 0,45; pH – от 5 до 8,5). Очищенные сточные воды Тп = 2 ч, Тр = 3 ч, Трб = 24 ч. Расчет модифицированного коэффициента готовности очистной установки Таблица 3 o3 M MeHT acqeT Ko3 M MeHTa TexHoAorMqecKoM roToBHocTM:KTr = To / To + Trr Tr = 30x24/ 30x24+ 5x2 = 0,99 TexHMqecKoro McrroAh3oBaHMr:KTM = To / (To + Trr + Tp) KTM = 30x24/ (30x24+ 5x2 + 3x5) = 0,97 CoxpaHeHMr 3 eKTMBHocTM oqMcTKM Bo4:K3  QTQJJ K3 = (24 – 2)x5 x 100 /100 x 24 x 5 = 0,92 I1oAe3HoM pa6oTl:KIIP = Tp6 – Te / Tp6 KIIP = (24 – 2)x5/ 24 x 5 = 0,92 3KoAorMqecKoM 3 eKTMBHocTM:K3A = IIH/ IIH + IIA K3A = (5x24x100) x 1 / (5x24x100) x 1 + (5x2x100)x5 = 0,96 Тогда из данных табл. 3 модифицированный коэффициент готовности очистной установки периодических сбросов сточных вод составит: МГ ТГ ТИ Э ПР ЭЛ К = 5√ К х К х К х К х К = = 5√0.99 х 0.97 х 0.92 х 0.92 х 0.96 = 0,95. (В зависимости от требований к очищенным сточным водам из технологической схемы могут быть исключены отдельные элементы, например, фильтр с загрузкой из адсорбента-катализатора, тогда, соответственно, производится перерасчет КМГ). Модифицированный коэффициент готовности станции очистки хозяйственно-бытовых сточных вод производительностью до 1000 м3/сут составляет [8, 9]: сооружений биологической очистки – 0.91 и физико-химической очистки – 0.98. Разница в 7 % обусловлена увеличенной оплатой сброса недостаточно очищенных сточных вод за более длительный период пусковых, наладочных и/или ремонтных работ на станциях биологической очистки. Как показывает опыт эксплуатации трех установок, величина КМГ не ниже 0.93, что обусловливает преимущества физико-химической технологии при очистке периодических сбросов сточных вод по техническим, экологическим и экономическим показателям. Это также обосновывает целесообразность выбора технологии очистки такой категории сточных вод по модифицированному коэффициенту готовности. БИБлИоГРАФИЧЕСКИЙ СПИСоК ГОСТ 25150-82 Канализация. Термины и определения [Текст]. – М., 1982. Колесов, Ю. Ф. Биохимическая очистка высококонцентрированных параметрически нестационарных сточных вод [Текст]: автореф. дис. … доктора техн. наук / Е.Ф. Колесов. Н. Новгород, 2001. 50 с. Афанасьева, Ф.А. Очистка хозяйственно-бытовых сточных вод на компактных установках [Текст] / Ф.А. Афанасьев, А.П. Иванов, А.Е. Ловцов // Водоснабжение и санитарная техника. – 2003. – № 11. С. 34-39. Блажко, С.И. Технология двухступенчатой физико-химической очистки сточных вод как альтернатива сооружениям биологической очистки [Текст] / С.И. Блажко, Ю.С. Андреев, Б.М. Гришин // Известия высш. учебн. заведений. Строительство. – Новосибирск, 2007. С. 120-124. Мойжес, О.В. Оценка стабильности работы сооружений биологической очистки сточных вод с помощью математического аппарата случайных величин [Текст] / О.В. Мойжес, К.В. Киндерова // Сбор. материалов конгр. ВейстТЭК-2007. М., 2007 . Химмельблау, Д. Анализ процессов статистическими методами / Д. Химмельблау. – М.: Мир, 1973. 957 с. Сизов, А.А. Экспериментальное обоснование технологических параметров очистки сточных вод на мобильной установке [Текст] / А.А. Сизов, В.А. Литвиненко, М.Г. Зубов // Технология очистки воды «Техновод – 2008»: материалы 4 Междунар. научн. практ. конф., Калуга, 26 -29 февр. 2008 г./ ЮРГТУ (НПИ). Новочеркасск: ОНИКС+, 2008. С. 205-209. Сизов, А. А. Обобщенный критерий надежности очистки периодических сбросов сточных вод [Текст] / А.А. Сизов // Строительство – 2009 : материалы Международной научн.-практич. конф. – Ростов н/Д: РГСУ, 2009. С. 22-25. Куликов, Н.И. Специфика комплектования и эксплуатации локальных очистных установок канализации жилья неканализованных территорий [Текст] / Н.И. Куликов, Я.Ю. Каменев // Технология очистки воды «Техновод – 2008»: материалы 4 Междунар. научн. практ. конф., Калуга, 26-29 февр. 2008 г. / ЮРГТУ (НПИ). Новочеркасск: ОНИКС+, 2008. – С. 234-237. © Сизов А.А., Серпокрылов н.С., Каменев Я.Ю., 2011

About the authors

A. A SIZOV

Южно-Российский государственный технический университет

Author for correspondence.
Email: vestniksgasu@yandex.ru

аспирант кафедры водоснабжения и водоотведения

N. S SERPOKRYLOV

Ростовский государственный строительный университет

Email: vestniksgasu@yandex.ru

доктор технических наук, профессор кафедры водоснабжения и водоотведения

Ya. Yu KAMENEV

Ростовский государственный строительный университет

Email: vestniksgasu@yandex.ru

инженер водоснабжения и водоотведения

References

Supplementary files