bbk 000000

УДК 628.336.429:504.009

Керин А. С., Сидоров С. М., Соколова Е. В.

Применение установки «УГОС-110» в технологических процессах обработки осадков сточных вод

Аннотация

Приведены результаты исследований по изучению возможности применения установки «УГОС-110» для повышения эффективности обработки избыточного активного ила в технологических схемах очистки бытовых сточных вод. Обработке подвергался неуплотненный активный ил из вторичных отстойников. В результате исследований установлено, что применение оборудования «УГОС-110» наиболее целесообразно на очистных сооружениях биологической очистки хозяйственно-бытовых сточных вод производительностью до 3000 м3/сут. Это позволит повысить степень обезвоживания осадков, сократить расход флокулянта, снизить затраты на оборудование.

Ключевые слова

сточные воды , биологическая очистка , избыточный активный ил , обезвоживание , флокулянт , влажность осадка , уплотнение

Скачать статью в журнальной верстке (PDF)

В настоящее время проблема обработки осадков сточных вод на очистных сооружениях является одной из наиболее актуальных. Выбор метода обработки осадков и необходимого состава сооружений и оборудования зависит от: химического состава и количества сточных вод, подаваемых на очистные сооружения; принятой технологии их очистки; эффективности работы водоочистных сооружений; объема, водоотдающих и физико-химических свойств образующихся осадков.

При одинаковой производительности однотипных очистных сооружений, в зависимости от состава подаваемых на очистку сточных вод, объем образующегося осадка и его технологические свойства могут значительно отличаться. Техническая надежность работы комплексов обработки осадков зависит от правильно определенных и обоснованных технологических стадий и параметров обработки для конкретных условий очистных сооружений, состава применяемых технологических аппаратов и оборудования.

В настоящее время при проектировании или на стадии модернизации существующих очистных сооружений имеется тенденция к изменению технологии очистки хозяйственно-бытовых и производственных сточных вод, содержащих органические загрязнения. Изменения в ряде случаев заключаются в исключении первичных отстойников на стадии предварительной механической очистки сточных вод. Технологическая схема обработки воды включает следующие основные стадии: механическую очистку на решетках, песколовках, сетчатых процеживателях; биологическую очистку в аэрационных сооружениях с последующим отделением из очищаемой воды активного ила во вторичных отстойниках или в мембранных биореакторах. При этом образуется только один вид осадка, подлежащий последующему обезвоживанию, – избыточный активный ил.

Объем образующегося избыточного активного ила в зависимости от состава сточных вод, подаваемых на очистку (в первую очередь по содержанию взвешенных веществ и БПК), и принятой технологии их обработки может составлять 1–4% объема очищаемых сточных вод. Влажность избыточного активного ила может изменяться в диапазоне 99,3–99,8%. Для дегельминтизации осадков в настоящее время находят применение термические, химические и биологические методы.

Установка для гидродинамической обработки осадков сточных вод «УГОС-110» (далее – ГД-установка) разработана и изготовлена ООО «ГИДРОМАШ ЭКОЛОГИЯ» (г. Нижний Новгород). Принцип работы установки – комплексное воздействие на подаваемый осадок. Включает сочетание диссипативного разогрева при сдвиговом деформировании и гидродинамической кавитации. Указанное комплексное воздействие обеспечивает разрушение структуры осадка за счет деструкции клеток микроорганизмов с одновременным обеззараживанием от яиц гельминтов.

Гидравлическая производительность установки – до 50 м³/сут по исходному осадку; установленная мощность – 11 кВт; масса – 110 кг; частота вращения рабочего органа – 3000 мин^–1. Схема реактора ГД-установки представлена на рис. 1, технологическая схема установки – на рис. 2.

Реактор ГД-установки состоит из разъемного статора 1 цилиндрической формы, образующего полость, в которой имеются входное 2 и выходное 3 отверстия, там же размещается ротор 4, закрепленный на валу 5. Вал приводится во вращение электродвигателем. На обеих поверхностях ротора концентрические пазы 6 имеют профиль треугольника с внутренним углом . Концентрические пазы на поверхности ротора формируют между собой выступы 7. На дисках статора также имеются концентрические пазы 8, образующие между собой выступы 9. Профиль концентрических пазов ротора и статора идентичен, пазы ротора сопрягаются с выступами статора, а пазы статора сопрягаются с выступами ротора с осевым зазором. Между наибольшим по радиусу концентрическим пазом и краем ротора расположены средства турбулизации потока обрабатываемой среды, представляющие собой отверстия 10 на роторе и отверстия 11 на статоре, способные совмещаться при вращении ротора. Между наименьшим по радиусу концентрическим пазом и центром ротора расположены отверстия 12, являющиеся средствами перемешивания.

Обрабатываемый избыточный активный ил через входное отверстие 2 подается под некоторым давлением в реактор, где он попадает на ступицу ротора и отбрасывается центробежными силами от центра вращения ротора к его периферии. Посредством отверстий 12 жидкость заполняет реактор, интенсивно перемешивается
и поступает в осевые зазоры между пазами и выступами дисков ротора и статора. Благодаря силам смачиваемости между поверхностью реактора и обрабатываемой жидкостью последняя приходит во вращение, увлекается пазами и выступами ротора и удерживается пазами и выступами статора.

При движении жидкости в осевых зазорах возникают напряжения растяжения, сдвига, формируется плоский поток вращающейся жидкости, натекающий и отрывающийся от поверхности пазов и выступов, испытывающий при этом боковые перепады давления. По мере натекания струи на выступ боковое давление повышается, а по мере стекания струи с выступа – понижается. Пройдя последний выступ, поток подвергается воздействию средств турбулизации, расположенных между наибольшим по диаметру концентрическим пазом и краем ротора, и выталкивается из реактора через выходное отверстие 3.

При треугольном профиле концентрических пазов с внутренним углом 40 ≤  ≤ 80, зависящим от глубины паза и диаметра ротора, в установившемся режиме реактора осевой зазор является отрезком волновой системы с условиями, заданными на конце. Возбуждение перекрывающимися отверстиями колебаний на одном конце потока с частотой, близкой к общей частоте, излучаемой реактором, многократно интенсифицирует процесс обработки.

Таким образом, осуществляется комплексное воздействие на обрабатываемый ил: гидромеханическое – перед входом в осевой зазор, кавитационное – в осевом зазоре, и импульсное – с помощью средств турбулизации потока.

Экспериментальные исследования проводились с использованием гидродинамического реактора с диаметром ротора 310 мм, имеющим профиль концентрических пазов в форме равностороннего треугольника ( = 60) с высотой h = 5 мм и зазором d ≤ 1 мм. Частота вращения ротора достигала 2950 мин^–1 при производительности по водной фазе 1 м³/ч.

С целью определения технологической эффективности применения установки «УГОС-110» при обработке осадков сточных вод специалистами ООО «ГИДРОМАШ ЭКОЛОГИЯ» и ОАО «НИИ ВОДГЕО» были проведены комплексные лабораторные исследования с активным илом действующих очистных сооружений. Обработке подвергался избыточный активный ил, образующийся в процессе биологической очистки хозяйственно-бытовых сточных вод. Технологические испытания проводились на очистных сооружениях хозяйственно-бытовой канализации, расположенных в Домодедовском районе Московской области и на экспериментальной базе НИИ ВОДГЕО, в феврале–апреле 2011 г.

Задачей технологических испытаний являлось определение влияния гидродинамической обработки активного ила на эффективность следующих процессов: реагентной очистки ила рабочим раствором флокулянта на стадии подготовки к обезвоживанию; уплотнения активного ила и его обезвоживания применительно к установкам с мешочными фильтрами и ленточными фильтр-прессами; обеззараживания от яиц гельминтов. Технологические испытания выполнялись параллельно как с образцами активного ила без предварительной обработки (контрольные пробы), так и с образцами ила после его обработки на установке «УГОС-110».

Процесс уплотнения предварительно обработанного на ГД-установке активного ила по сравнению с контрольной пробой позволяет сократить объем ила в среднем в 1,6–2,1 раза, при этом влажность уплотненного ила может снижаться с 98,8–99,2 до 97,7–98,1% при исходной влажности активного ила 99,7–99,8%. При предварительной обработке ила на ГД-установке также снижается продолжительность уплотнения ила и соответственно требуемый рабочий объем уплотнителя (табл. 1). При этом анализ качественных и количественных характеристик иловой воды позволяет ожидать положительного воздействия на эффективность работы блока биологической очистки при ее отведении на очистные сооружения.

Предварительная ГД-обработка активного ила позволяет повысить его водоотдающие свойства. Это подтверждается результатами исследований по реагентной очистке рабочим раствором флокулянта необработанных и обработанных уплотненных проб ила на ГД-установке. При этом среднее значение рабочей дозы флокулянта составило: для уплотненного активного ила без предварительной ГД-обработки – 5,6 кг/т сухого вещества ила; для уплотненного ила с предварительной ГД-обработкой – 4,2 кг/т.

При выполнении исследований наибольшая технологическая эффективность реагентной обработки уплотненного ила была достигнута при использовании катионных флокулянтов «Праестол-650 BS» и «Зетаг-8120».

Результаты исследований по обезвоживанию неуплотненного активного ила на модели мешочного фильтра после ГД-обработки по сравнению с контрольной пробой ила с предварительным введением в пробы ила раствора флокулянта показали возможность повышения технологической эффективности процесса в результате предварительной ГД-обработки ила. При этом обезвоживание исходного ила методом фильтрования после ГД-обработки позволяет снизить влажность ила с 99,84 до 97,8% при кратности объемного снижения 26, а без ГД-обработки в аналогичных условиях – с 99,79 до 98,2% при кратности объемного снижения 10,9. Снижение влажности отфильтрованного ила после ГД-обработки позволит уменьшить его объем и соответственно требуемое количество мешочных фильтров (табл. 2). Анализ качественных и количественных характеристик фильтрата позволяет ожидать положительного воздействия на эффективность работы блока биологической очистки при отведении фильтрата на очистные сооружения.

Результаты выполненных работ показали, что ГД-обработка ила с последующим его уплотнением не ухудшает технологические параметры обезвоживания уплотненного активного ила под действием сил гравитации и давления отжима на ленточном фильтр-прессе по сравнению с контрольной пробой без ГД-обработки. При этом уменьшение объема исходного ила после его ГД-обработки при предварительном уплотнении снижает его объем и позволяет сократить требуемое количество установок для его последующего механического обезвоживания. Одновременно происходит сокращение потребности в товарном флокулянте за счет снижения его рабочей дозы (табл. 3). Результаты выполненных ООО «ГИДРОМАШ ЭКОЛОГИЯ» испытаний по дегельминтизации осадка на установке «УГОС-110» позволяют сделать вывод, что обработка активного ила в гидродинамическом режиме обеспечит его санитарное обеззараживание за счет уничтожения яиц гельминтов.

Установлено, что для условий очистных сооружений, на которых были проведены испытания, количество загрязнений, дополнительно поступающих на сооружения биологической очистки с фильтратом от стадии обезвоживания избыточного активного ила, не превышает 2,5%, что находится в диапазоне, существенно меньшем, чем допустимое увеличение нагрузки (10–15%) без снижения эффективности работы сооружений. Положительное воздействие обработки активного ила на установке «УГОС-110» заключается в частичном разрушении бактериальных клеток с высвобождением ферментативных структур и увеличении их активности, активизации метаболизма целых клеток микроорганизмов и высвобождении ряда биологически активных соединений: витаминов, стероидов, биополимеров и пр. Косвенным подтверждением этого факта является незначительное содержание органических соединений, характеризуемых показателем БПК, а также аммонийного азота и фосфатов в пробе фильтрата от обезвоживания обработанного ила. Возврат иловой воды и (или) фильтрата на очистные сооружения не только не нарушит работу очистных сооружений, в частности блока биологической очистки, но и окажет положительное воздействие, степень которого можно оценить при достаточно длительной промышленной эксплуатации установки «УГОС».

На основании результатов технологических испытаний установки «УГОС-110» были выполнены предварительные технологические и технико-экономические расчеты сооружений по обработке осадков на ГД-установке с целью определения возможных областей ее применения на очистных сооружений производительностью 500, 3000 и 10 000 м³/сут сточных вод. Расчетные показатели, представленные в таблицах 1–3, являются прогнозируемыми, требующими уточнений для условий каждого конкретного объекта.

Выполненные работы позволили сделать вывод, что применение установок «УГОС-110» повышает эффективность обработки избыточного активного ила за счет улучшения его водоотдающих свойств, а также реагентной обработки активного ила, его уплотнения и обезвоживания методом фильтрования под действием сил гравитации. Технико-экономическими расчетами установлено, что использование такого оборудования наиболее целесообразно на очистных сооружениях биологической очистки хозяйственно-бытовых сточных вод производительностью до 3000 м³/сут. Не исключена также возможность применения установок на сооружениях производительностью 3000–10 000 м³/сут при условии выполнения предварительных технологических испытаний установки и технико-экономического обоснования данного метода обработки осадка для конкретных объектов.

В дальнейшем предполагается выполнить комплекс испытаний установки «УГОС-110» для обработки осадков на очистных сооружениях производственных сточных вод, содержащих органические загрязнения, в первую очередь на предприятиях пищевой промышленности (мясоперерабатывающие, молокоперерабатывающие заводы) и предприятиях по разведению птиц, свиней, крупного рогатого скота.

В настоящее время производителем оборудования проводятся изыскания по снижению энергопотребления оборудования установки «УГОС», а также подготовительные работы по испытанию и внедрению установок на очистных сооружениях хозяйственно-бытовых сточных вод в ряде регионов РФ.

Выводы

Использование установок «УГОС-110» повышает эффективность обработки избыточного активного ила за счет улучшения его водоотдающих свойств, а также технологическую эффективность реагентной обработки активного ила, его уплотнения и обезвоживания методом фильтрования под действием сил гравитации. Оборудование «УГОС-110» наиболее целесообразно применять на очистных сооружениях биологической очистки хозяйственно-бытовых сточных вод производительностью до 3000 м³/сут, а производительностью 3000–10 000 м³/сут возможно при условии проведения предварительных технологических испытаний установки и выполнения технико-экономических расчетов.

Список цитируемой литературы

1. Туровский И. С. Осадки сточных вод. – М.: ДеЛи принт, 2008.
2. Аксенов В. И., Гандурина Л. В., Керин А. С. и др. Водное хозяйство промышленных предприятий. Кн. 6. Флокулянты. Справ. пособие. – М.: Теплотехник, 2010.
3. Керин А. С., Богатеев И. А., Логинова Я. В. Технология обработки осадков сооружений водоочистки малой производительности с применением установок с мешочными фильтрами // Обезвоживание. Реагенты. Техника. 2004. № 11–12.
4. Керин А. С., Нечаев А. П. Ленточные фильтр-прессы и сетчатые сгустители в технологии обработки осадков. – Водоснабжение и сан. техника. 2005. № 5.
5. Пат. 103800, РФ. МПК C 02 F 1/34. Гидродинамический реактор / Б. М. Посметный, С. М. Сидоров // Изобретения. Полезные модели. 2011. № 12.
6. Заявка на пат. 2010125766, РФ. МПК C 02 F 11/00, C 02 F 11/12. Способ кондиционирования осадков сточных вод / С. М. Сидоров.