№3|2011
НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И ОБОРУДОВАНИЕ
bbk 000000
УДК 628.336.57:628.162.52
Опыт работы цеха механического обезвоживания водопроводного осадка на Восточной станции водоподготовки
Аннотация
С января 2010 г. на Восточной станции водоподготовки МГУП «Мосводоканал» эксплуатируются сооружения обработки водопроводного осадка. В состав сооружений входят отстойники-уплотнители, барабанные сгустители и центрифуги. Эксплуатация сооружений обработки осадка осуществляется в круглосуточном режиме. Опыт работы показал, что поступающие сточные воды характеризуются значительной неравномерностью в течение суток как по расходу, так и по качеству. В связи с этим производился поиск оптимального режима работы сооружений и оптимальных реагентов, позволяющих достичь максимальной эффективности обезвоживания при сохранении приемлемого качества отводимых сточных вод.
Ключевые слова
обезвоживание , флокулянт , центрифуга , водопроводный осадок , сооружения обработки осадка , барабанный сгуститель
Скачать статью в журнальной верстке (PDF)
Введение. Источником водоснабжения Восточной станции водоподготовки является волжская вода, которая характеризуется довольно постоянным химическим составом и относится к категории маломутных, высокоцветных вод со средней минерализацией. Принятая на станции двухступенчатая схема очистки питьевой воды включает в себя отстаивание в горизонтальных отстойниках и фильтрацию на песчаных фильтрах. Традиционный процесс очистки воды сопровождается образованием сточных вод – водопроводных осадков.
В процессе отстаивания воды, предварительно обработанной коагулянтом и флокулянтом, образуется большое количество осадка влажностью 99,5–99,9%. Состав водопроводного осадка определяется химической природой загрязнений, присутствующих в воде, типом используемого коагулянта, а также применяемой технологией очистки воды. При использовании коагулянта сульфата алюминия общее количество алюминия в сухом веществе осадка может достигать 40%. Помимо этого в осадке в большом количестве присутствуют органические вещества (ил, фито- и зоопланктон, коллоиды гуминовых и фульвокислот), а также минеральные примеси в виде песка, глины и других веществ.
В настоящее время в России основным методом обработки водопроводных осадков остается их естественная сушка на иловых картах, либо они сбрасываются в водоисточники. Иловые карты занимают значительные площади, которые определяются объемом сбросов осадка и временем его высыхания до состояния, пригодного для вывоза автомашинами на полигоны. Помимо отведения больших территорий под иловые карты при естественной сушке осадка происходит загрязнение поверхностных и подземных вод. По действовавшей ранее технологической схеме водопроводный осадок Восточной станции водоподготовки также поступал на иловые карты, а осветленная вода сбрасывалась в природный водоем.
С целью отказа от существовавшей схемы утилизации производственных стоков станции с использованием иловых карт и улучшения экологической ситуации в МГУП «Мосводоканал» было принято решение о выводе из эксплуатации иловых карт и переходе на механическое обезвоживание осадка на сгустителях и центрифугах до состояния, пригодного для транспортировки. С января 2010 г. на Восточной станции водоподготовки ПУ «Мосводоподготовка» МГУП «Мосводоканал» эксплуатируются сооружения обработки осадка. Это первый опыт обработки осадка на станциях водоподготовки Москвы.
Описание технологического процесса. В основе работы сооружений обработки осадка Восточной станции водоподготовки лежит принцип его уплотнения в отстойниках, механического сгущения на барабанных сгустителях и обезвоживания на центрифугах. Сооружения обработки осадка включают: насосную станцию подкачки с приемно-регулирующим резервуаром, отстойники-уплотнители, сооружения сгущения (барабанные сгустители) и обезвоживания (центрифуги) осадка, площадку временного складирования осадка. Принципиальная схема сооружений обработки осадка представлена на рис. 1. Проектная производительность сооружений составляет 25 тыс. м3/сут.
Насосная станция подкачки с приемно-регулирующим резервуаром предназначена для подачи производственных стоков на сооружения обработки осадка. Производственные стоки влажностью 99,7–99,9% поступают в приемно-регулирующий резервуар насосной станции подкачки. В приемной камере резервуара предусмотрен приямок для сбора песка. Подземная часть резервуара состоит из двух отделений, где размещаются четыре погружных насосных агрегата, перекачивающие производственные стоки в отстойники-уплотнители.
Отстойники-уплотнители выполняют следующие функции: усреднение расхода поступающих стоков для обеспечения равномерной подачи осадка на последующие сооружения; снижение общего объема обрабатываемого осадка за счет гравитационного осаждения.
На сооружениях обработки осадка предусмотрено шесть отстойников-уплотнителей (рис. 2, а), в которые равномерно распределяются поступающие производственные стоки. Для уплотнения поступающего осадка вводится флокулянт, доза которого зависит от его влажности. Уплотненный в отстойниках-уплотнителях осадок с влажностью 98,5–99,5% через перфорированные трубопроводы, проложенные по днищу отстойников, выпускается в резервуары сбора уплотненного осадка (рис. 2, б).
Барабанные сгустители. Из резервуаров уплотненный осадок с помощью погружных насосов подается в сгустители барабанного типа «Rapidrain 70-7.0» (рис. 3, а). Сгуститель представляет собой барабан диаметром 1,2 м и длиной 3,8 м, на каркасе которого закреплена фильтрующая сетка с ячейками 70*32 мкм. Над барабаном находится промывочное устройство с форсунками, куда постоянно подается вода для промывки фильтрующей сетки. Максимальная производительность каждого сгустителя составляет 20 м3/ч.
Перед поступлением в барабанный сгуститель осадок смешивается с флокулянтом в узле смешения, оборудованном мешалкой с регулируемой скоростью вращения (рис. 3, б). Образующаяся в процессе сгущения сливная вода проходит через сетку барабанного сгустителя и отводится в канализацию. Сгущенный осадок с влажностью 95–98% от каждого сгустителя насосами перекачивается в промежуточные емкости, оборудованные механическими мешалками, и подается на обезвоживание.
Центрифуги. Усредненный сгущенный осадок из промежуточных емкостей насосами подается на закрытые шнековые двухфазные центрифуги «Deca Press DP 58-422 BD» фирмы «Хиллер» (рис. 4, а). Раствор флокулянта вводится в обезвоживаемый осадок непосредственно перед входом в центрифугу. Образующийся фугат отводится в канализацию. Полученный обезвоженный осадок (кек) влажностью 82–84% выгружается с помощью транспортера в кузов автомашины и вывозится на утилизацию (рис. 4, б).
Полученные результаты. Эксплуатация сооружений обработки осадка осуществляется в круглосуточном режиме. Опыт работы показал, что поступающие на сооружения сточные воды характеризуются большой неравномерностью в течение суток как по расходу, так и по качеству. Диапазон расходов за 2010 г. составлял от 0 до 23 тыс. м3/сут. Содержание взвешенных веществ в поступающих стоках колебалось от 1,3 до 1200 мг/л. В связи с этим в различные сезоны года производился поиск как оптимального режима работы сооружений, так и оптимальных реагентов (катионных и анионных флокулянтов), позволяющих достичь максимальной эффективности обезвоживания при сохранении приемлемого качества отводимых стоков.
Уплотнение осадка. Ввиду невозможности регулирования количества поступающих стоков на данном этапе особенно важным представлялся подбор эффективного флокулянта, а также его дозы для уплотнения осадка. В течение года была проведена серия экспериментальных исследований с применяющимся на Восточной станции водоподготовки флокулянтом Praestol TR-650, а также с другими анионными и катионными флокулянтами. Результаты экспериментов показали, что применение на данной стадии анионного флокулянта Flopam SNF-905 предпочтительнее по сравнению с катионным флокулянтом Praestol TR-650, поскольку он интенсивнее уплотняет осадок, образуя более крупные и тяжелые хлопья. На рис. 5 показан пример уплотнения осадка при использовании анионного флокулянта Flopam SNF-905 дозой 2 мг/л.
В ходе исследований была определена зависимость процесса уплотнения от вида поступающего осадка. При одинаковой дозе флокулянта, но разных характеристиках поступающего осадка в сливной воде на выходе из отстойника-уплотнителя могли отмечаться проскоки верхних мелких хлопьев осадка, что свидетельствует о недостаточности времени оседания хлопьев или о недостаточности дозы флокулянта для данного осадка. Проблема также может заключаться в отсутствии этапа усреднения поступающего на сооружения обработки водопроводного осадка Восточной станции водоподготовки. Исследования будут продолжены с целью определения оптимальной дозы флокулянта для разного типа осадка, поступающего на сооружения обработки осадка.
Сгущение осадка. Режим работы барабанных сгустителей зависит от свойств и расхода поступающего уплотненного осадка, а также от концентрации сухого вещества. На эффективность работы оборудования сгущения осадка оказывают влияние гидравлическая нагрузка, режим промывки и эксплуатации, тип и дозы флокулянта.
Опыт эксплуатации показал, что для эффективного сгущения осадка на барабанном сгустителе на выходе из реактора требуется получение плотных компактных хлопьев с хорошим отделением от осадка сливной воды. В связи с этим на барабанных сгустителях проводились экспериментальные исследования по подбору режимов смешивания осадка с флокулянтом (подбор скорости вращения мешалки в узле смешивания), производилась оценка эффективности сгущения в зависимости от дозы флокулянта, а также от расхода поступающего уплотненного осадка. На рис. 6 представлена зависимость снижения влажности сгущаемого осадка на барабанных сгустителях от частоты вращения мешалки в узле смешивания осадка с флокулянтом (рис. 6, а) и от расхода поступающего уплотненного осадка (рис. 6, б).
Из рис. 6 следует, что оптимальная частота вращения мешалки составила 40 Гц, что соответствует примерно 18,5 об/мин. Дальнейшие эксперименты при различных режимах работы барабанного сгустителя подтвердили это значение. Данный эксперимент, а также дальнейшие испытания показали, что для рассматриваемого типа водопроводного осадка значение оптимального расхода составляет 10–15 м3/ч.
Аналогично стадии уплотнения на барабанных сгустителях осуществлялся подбор флокулянтов и их дозы с целью определения оптимального режима сгущения осадка. Было отмечено, что, как и для этапа уплотнения, лучшие характеристики показал анионный флокулянт Flopam SNF-905 по сравнению с катионным флокулянтом Praestol TR-650.
Как видно из рис. 7, применение анионного флокулянта Flopam SNF-905 позволяет достичь большей величины снижения влажности (т. е. лучше сгущается осадок) по сравнению с флокулянтом Praestol TR-650. Визуально было отмечено, что флокулянт Flopam SNF-905 образует плотные хлопья, которые не размазываются по сетке барабана. На барабанном сгустителе № 5 также отмечен больший процент снижения влажности. Сетка данного барабана промывалась чистой водой, тогда как сетка барабанного сгустителя № 4 промывалась сливной водой. Далее опыты проводились с промывкой сетки барабана чистой (технической) водой.
Опыт работы сгустителей при использовании для промывки чистой технической воды показал следующие преимущества:
- значительно повышается эффективность отмывки сетчатого полотна и снижается заиливание сетки осадком;
- увеличивается межрегенерационный период работы;
- увеличивается максимальная производительность сгустителя;
- достигается большее снижение влажности осадка.
Таким образом, проведенные экспериментальные исследования позволили определить оптимальный режим работы барабанных сгустителей для данного типа осадка и выбрать оптимальный флокулянт. В настоящее время поиск флокулянтов для стадии сгущения осадка продолжается.
Обезвоживание осадка. В течение года, как и на барабанных сгустителях, на центрифугах производился подбор режимов их работы. Центрифуга представляет собой достаточно сложное техническое устройство, в котором возможно изменение множества параметров. Основная настройка центрифуг производилась специалистами фирмы «Хиллер». Кроме этого, специалистами Восточной станции водоподготовки и Инженерно-технологического центра МГУП «Мосводоканал» также проводился подбор флокулянтов и их доз. В качестве примера на рис. 8 представлена зависимость влажности обезвоженного осадка (кека) от производительности центрифуги (расхода сгущенного осадка), а также от дозы флокулянта.
При изменении нагрузки на центрифуги оба флокулянта показали одинаковые характеристики, однако доза флокулянта Praestol 853 была выше примерно в 1,7 раза. Также опыт эксплуатации показал, что, чем ниже влажность поступающего осадка, тем меньше производительность центрифуг. Помимо этого, тщательный подбор флокулянта позволял достигать дозы порядка 6–6,5 кг/т.
В течение всего периода эксплуатации влажность обезвоженного осадка составляла 82–84% при применении всех флокулянтов. Изменение параметров работы центрифуг, а также типа и дозы флокулянта не приводило к существенному изменению данного значения влажности. Из опыта эксплуатации центрифуг и проведенных экспериментальных исследований следует, что на этапе обезвоживания водопроводного осадка Восточной станции водоподготовки на центрифугах возможно применение как катионных, так и анионных флокулянтов, эффективность использования которых (в первую очередь по дозе, а не по влажности кека) может изменяться по сезонам года и в зависимости от типа осадка.
Утилизация обезвоженного осадка. Окончательным «продуктом» сооружений обработки осадка Восточной станции водоподготовки является обезвоженный осадок (кек) влажностью 82–84%. В Инженерно-технологическом центре МГУП «Мосводоканал» была разработана технология изготовления кондиционных почвогрунтов, которые могут использоваться для открытого и закрытого (тепличного) растениеводства. На основе осадка станций водоподготовки получается кондиционный почвогрунт с добавлением торфа и минерального грунта (песок, суглинок). Добавляемый в почвогрунт обезвоженный осадок станций водоподготовки содержит азот, фосфор и калий в доступных для растений формах. Осадок формирует в почвогрунте мелкокомковатую почвенную структуру и создает оптимальные влагоудерживающие условия. Водопроводный осадок стимулирует также микробиологическое разложение торфа, что увеличивает содержание питательных веществ в почвогрунте, поддерживая его на необходимом уровне в течение значительного времени без добавления минеральных удобрений.
Почвогрунт может применяться для выращивания растений и озеленения газонов, спортивных площадок, дорожных откосов, поскольку расширяет ассортимент растительных питательных смесей и обладает высокими противоэррозионными свойствами, а также высокой стойкостью по отношению к неблагоприятным условиям городской среды.
Предлагаемый состав почвогрунта позволяет в течение длительного времени сохранять структуру почвы газона, в том числе на спортивных площадках, что обеспечивает снижение затрат на их содержание. Для создания оптимально сбалансированных условий при выращивании конкретных культур в зависимости от их потребности в питательных веществах в состав почвогрунта могут быть введены минеральные удобрения, микроэлементы, стимуляторы роста. Для сокращения времени создания газона в состав смеси почвогрунта могут быть включены семена растений.
Выводы
В течение времени, прошедшего с момента запуска в эксплуатацию сооружений обработки осадка на Восточной станции водоподготовки, были опробованы различные режимы работы сооружений, подобраны флокулянты и их дозы.
Основные результаты накопленного опыта эксплуатации сооружений обезвоживания осадка:
- работа сооружений обработки осадка в круглосуточном режиме позволяет повысить их эффективность за счет обеспечения более равномерной подачи производственных сточных вод по расходу и качеству в течение суток;
- важным параметром для отстойника-уплотнителя является тип используемого флокулянта. Предпочтительными на данный момент являются анионные флокулянты, однако существует неопределенность с зависимостью дозы флокулянта от типа осадка, поступающего на сооружения;
- совершенствование процесса промывки сетчатого полотна барабанных сгустителей, регулировка дозы флокулянта и оптимизация рабочих параметров сгустителей в зависимости от состава сточных вод позволяют обеспечить требуемую степень сгущения осадка;
- на этапе обезвоживания осадка на центрифугах возможно применение как катионных, так и анионных флокулянтов, эффективность применения которых (в первую очередь по дозе, а не по влажности кека) может изменяться по сезонам года и в зависимости от типа осадка;
- обезвоженный осадок может быть использован для производства экологически чистых сертифицированных кондиционных почвогрунтов для озеленения города.
Помимо этого, сооружения обработки осадка по сути являются пилотными, и продолжительный опыт их эксплуатации на Восточной станции водоподготовки будет учтен при проектировании аналогичных сооружений на других станциях водоподготовки МГУП «Мосводоканал».