METHOD FOR CHOOSING THE TECHNOLOGY FOR PURIFYING PERIODIC WASTEWATER DISCHARGE

Full Text

В настоящее время в нормированной технической литературе1 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 посту1 ГОСТ 25150-82. Канализация. Термины и определения пать по трубопроводам при достаточно стабильной климатической и сезонной температуре или доставляться автотранспортом при температуре около 0 С в холодный период года. Сточные воды с параметрически нестационарными характеристиками (по расходу и концентрации) по [1] предполагают временную прогнозируемую неравномерность поступления и 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 автоматизации2-3. Выбор технологии ведется, чаще всего, исходя из эколого-экономических 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 [3], которые для условий периодического сброса сточных вод становятся предпочтительными. 2 Афанасьева Ф.А., Иванов А.П., Ловцов А.Е. Очистка хозяйственнобытовых сточных вод на компактных установках // Водоснабжение и санитарная техника. 2003. № 11. С. 34-39. 3 Блажко С.И., Андреев Ю.С., Гришин Б.М. Технология двухстуВ 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 [2]. 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). Тогда обобщенный коэффициент готовности будет определен как среднегеометрическое значение из частных коэффициентов (табл. 1) 4: КМГ = 5√ КТГ х КТИ х КЭ х КПР х КЭЛ. 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 1,52,0 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 ремонтопригодность фильтра и регенерируемость загрузки, с извлечением остаточных количеств различных примесей из сточных вод, прошедших пенчатой физико-химической очистки сточных вод как альтернатива сооружениям биологической очистки // Известия высш. учебн. заведений. Строительство. Новосибирск, 2007. С. 120-124. 4 Химмельблау Д. Анализ процессов статистическими методами. М.: Мир, 1973. 957 с. Комплексные показатели надежности очистной установки (ОУ) Таблица 1 Название и формула Характеристика Коэффициент технологической готовности: Ктг = То / То + Тп Вероятность того, что ОУ окажется работоспособной в произвольный момент времени То, включая период Тп, в течение которого ведется пуск ОУ при поступлении сточных вод Коэффициент технического использования: Кти = То / (То + Тп + Тр) Отношение математического ожидания времени обеспечения нормативной очистки сточных вод ОУ за некоторый период эксплуатации То к сумме математических ожиданий То, времени пуска Тп и времени ремонтов Тр за тот же период эксплуатации Коэффициент сохранения эффективности очистки:Кэ = Qт / Qд Характеризует степень влияния отказов элементов ОУ на эффективность очистки сточных вод. Определяется отношением объема нормативно очищенных сточных вод Qт к общему объему (Qд) обработанных сточных вод Коэффициент полезной работы:КПР = Трб – Тв / Трб Отношение разности времени работы Трб и вывода на режим Тв ОУ ко времени очистки сточных вод Тр за один и тот же период Коэффициент экологической эффективности ОУ:КЭЛ = ПН/ ПН + ПД Отношение платы за сброс нормативно очищенной сточной воды ПН к сумме ПН и дополнительной платы за сверхнормативный сброс недостаточно очищенных сточных вод ПД 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 [4]. 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 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 два – три часа) 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, 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 7,8; азот нитритов 0,11; нитратов – 4,5; фторидов – 0,45; pH – от 5 до 8,5). Очищенные сточные воды 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 водоотведения: Q = 100 м3/ч, То = 30 сут, сброс сточных вод 5 сут, Тп = 2 ч, Тр = 3 ч, Трб = 24 ч. Тогда из данных табл. 3 модифицированный коэффициент готовности очистной установки периодических сбросов сточных вод составит: КМГ = 5√ КТГ х К ТИ х КЭ х КПР х КЭЛ = = 5√0.99 х 0.97 х 0.92 х 0.92 х 0.96 = 0,95. Показатели очистки ПСВ на передвижной установке Таблица 2 Точки отбора проб после Состав сточных вод после обработки, мг/дм3, по показателям PO 3NH + NO NO Cl-, взвеш. вещ-ва ХПК БПКполн БПК5 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 4 4 3 2 Расчет модифицированного коэффициента готовности очистной установки Таблица 3 Коэффициент Расчет коэффициента Технологической готовности:Ктг = То / То + Тп Ктг = 30х24/ 30х24+ 5х2 = 0,99 Технического использования:Кти = То / (То + Тп + Тр) Кти = 30х24/ (30х24+ 5х2 + 3х5) = 0,97 Сохранения эффективности очистки вод:Кэ = Qт / Qд Кэ = (24 – 2)х5 х 100 /100 х 24 х 5 = 0,92 Полезной работы:КПР = Трб – Тв / Трб КПР = (24 – 2)х5/ 24 х 5 = 0,92 Экологической эффективности:КЭЛ = ПН/ ПН + ПД КЭЛ = (5х24х100) х 1 / (5х24х100) х 1 + (5х2х100)х5 = 0,96 (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 [4, 5]: 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 превышает 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 Колесов, Ю.Ф. Биохимическая очистка высококонцентрированных параметрически нестационарных сточных вод [Текст]: автореф. дис. … д.т.н. / Ю.Ф. Колесов. – Н. Новгород, 2001. – 50 с. 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 . 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 научно-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. научнопракт. конф., Калуга, 26-29 февр. 2008 г. / ЮРГТУ (НПИ). Новочеркасск: ОНИКС+, 2008. – С. 234 – 237. © Cизов А.А., Серпокрылов Н.С., Каменев Я.Ю., 2012

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 кафедры водоснабжения и водоотведения

References

Supplementary files