В данной статье дана оценка эффективности работы сооружений для механической очистки хозяйственно-бытовых сточных вод города и производственных сточных вод промышленного района нефтеперерабатывающего завода на примере города в Иркутской области.
Сформированы рекомендации по реконструкции данных сооружений, с учетом информационно-технологического справочника по наилучшим доступным технологиям ИТС 10–2019.
Дана оценка эффективности очистки сточных вод на сооружениях для механической очистки, выявлены несовершенства схемы и конструктивные недостатки существующих сооружений, предоставлено заключение по существующему положению.
Разработаны технологические решения с определением требуемого оборудования и сооружений для механической очистки с целью обеспечения качества очистки.
Ключевые слова: трубопроводы, водоотведение, механическая очистка, сточные воды.
Введение
Эффективность работы сооружений механической очистки хозяйственно-бытовых и производственных сточных вод всегда была актуальной.
Во-первых, от очистки сточной воды на механических сооружениях зависит последующая очистка сточных вод.
Во-вторых, при неэффективной очистке вводятся обязательные платы за сброс загрязняющих веществ сверх установленных лимитов, которые существенно снижают экономическую эффективность работы эксплуатирующих организаций.
В-третьих, самое главное, водоемам страны наносится ущерб, последствия которого непредсказуемы.
1. Состав сооружений механической очистки
Рассматриваемые сооружения для механической очистки предназначены для очистки хозяйственно-бытовых сточных вод города и производственных сточных вод промышленного района нефтеперерабатывающего завода.
Сооружения механической очистки введены в эксплуатацию в 1962 году, состоят из:
— приемной камеры, здания решеток, и насосного отделения;
— горизонтальной аэрируемой песколовки (2 шт.);
— песковые площадки, c канализационной насосной станцией (КНС);
— радиальные первичные отстойники (4 шт.) Отстойники оборудованы илоскребами типа ИВР-20 на рельсовом ходу.
— насосная станция сырого осадка — предназначена для откачки сырого осадка из отстойников и всплывших веществ из жиросборников на иловые поля.
2. Описание технологической схемы
На узел механической очистки в приемную камеру поступают следующие потоки:
— производственные сточные воды промышленного района от насосной станции «Восток»;
— хозяйственно-бытовые сточные воды от насосной станции химического производства;
— хозяйственно-бытовые сточные воды от насосной станции полимерного производства.
Отбросы, задержанные на решетках при помощи механических граблей, сбрасываются на транспортер, расположенный на уровне пола. По транспортеру отбросы подаются на дробилку. Дробленая масса из дробилки водоструйным насосом по трубопроводу подается в лоток перед решетками.
После решеток, сточные воды через распределительный лоток поступают в песколовку, где распределяются по двум ее секциям.
Задержанный песок из песколовки периодически удаляется при помощи гидроэлеваторов. Выгрузка песколовок осуществляется на песковые площадки.
Вода на гидроэлеваторы подается насосами, расположенными в насосном отделении здания решеток.
Осветленные сточные воды из песколовок поступают в распределительную чашу первичных отстойников. Из чаши сточные воды через незатопленные водосливы со щитовыми затворами по стальным дюкерам подаются в центральную часть отстойников.
Осветленная вода из сборного лотка отстойников поступает в общий коллектор и далее по стальному трубопроводу в железобетонный лоток «Паршаля», где замеряется общий расход воды после отстойников, затем — в камеру смешения.
Сырой осадок из первичных отстойников и плавающие вещества из жиросборниковпо откачиваются насосами сырого осадка на иловые поля.
3. Расчет пропускной способности существующих сооружений
В разделе представлены расчеты пропускной способности сооружений механической очистки сточных вод с учетом фактических технологических параметров и эффективности работы сооружений. Расчет выполнен в соответствии с СП 32.13330.2018 Канализация. Наружные сети и сооружения. Определение коэффициентов неравномерности притока сточных вод соответствии с [1, табл.1].
Сооружения механической очистки рассчитаны на фактический расход 32155,76 м 3 /сут, которому соответствует коэффициент неравномерности притока сточных вод К gen = 1,527 [1].
Решетки
Ширина решеток — 1,150 м, рабочая ширина — 0,95 м. Количество граблин — 35 шт.
Ширина прозоров — 20 мм. Глубина лотка строительная — 1,5 м, гидравлическая глубина(высота наполнения каналов перед решетками) — 1,0 м (при работе двух решеток).
Уголнаклона решеток –60 0 . В эксплуатации находится 2 решетки, 1 — резервная.
Ширина одной граблины составляет:
Ширина, через которую проходит поток сточных вод:
B = 950–6,57×35 = 720,0 мм или 0,72 м.
Поверхность, через которую проходит поток сточных вод:
Расчетная производительность одной решетки при скорости движения воды в прозорах 1 м/с [1]:
q = 0,83
Коэффициент неравномерности равен 1,527.
Пропускная способность 2-х решеток:
Пропускная способность 3-х решеток — 140880,0 м 3 /сут.
Горизонтальные песколовки
Для задержания песка предусмотрены 2 горизонтальные песколовки с размерами 12×3,0 м. Гидравлическая глубина — 1,0 м. Площадь живого сечения составляет:
S = 3х1 = 3,0 м 2
При площади живого сечения лотка 3,0 м 2 и максимальной скорости движения сточных вод 0,3 м/с [1, табл.28], расчетный расход составит:
q = 0,3
Пропускная способность одной песколовки составит:
где: 1,527 –коэффициент неравномерности притока сточных вод.
В настоящее время для приема 32155,76 м 3 /сут сточных вод целесообразно эксплуатировать 1 песколовку. Расчетный расход при этом составит:
Скорость движения при этом составит:
что входит в пределы допустимой скорости (0,15÷0,30 м/с) [1]. Однако следует учитывать, что песколовки, расчет которых проведен согласно [1], дает возможность удалить песок всего на 60 %.
Время пребывания воды в песколовке при максимальном расчетном расходе составляет:
что больше минимально допустимого времени пребывания [1].
Песковые площадки
При расходе сточных вод 32155,76 м 3 /сут и норме водоотведения 0,23м 3 /(чел/сут) приведенное количество жителей составит:
В соответствии с [1], при количестве жителей 107,2 тыс. чел. и удельной норме задерживаемого песка 0,02 л/чел/сут, суммарное количество песка, удаляемого песколовками, составит:
q = 0,02
При содержании песка в осадке 55–60 % [1], количество осадка составит:
Q =
При содержании песка 55 % (фактические данные):
Q =
Влажность песка — 60 %. При плотности песка 400 кг/м 3 , масса песка составит:
M = 3,90
Плотность осадка при его количестве 4,0 м 3 /сут по данным отчетности, составит:
Р =
Требуемая F
нетто
песковых площадок при удельной нагрузке до 3 м
3
/(м
2
F
нетто
=
Существующие две песковые площадки имеют площадь 280 м 2 . Пропускная способность существующих песковых площадок составит:
— по пескопульпе:
280
— по производительности очистных сооружений:
Первичные радиальные отстойники
Количество первичных отстойников Ду–20 м — 4 шт.
Гидравлическая крупность задерживаемых частиц, мм/с, определяется по формуле:
Для отстойника диаметром 20,0 м при эффективности осаждения взвешенных частиц она составит:
где:
H set — глубина проточной части в отстойнике — 2,8 м;
K set — коэффициент использования объема, принимается 0,45 [1];
t set — продолжительность отстаивания, соответствующая заданному эффекту очистки
30, 40 и 50 %, и полученная в лабораторном цилиндре в слое h 1 (0,5 м) — приколичестве взвешенных веществ, поступающих в первичные отстойники 70,31мг/дм 3 ;
t set = 875; 965; 1280 с, соответственно [1];
n 2 — показатель степени, зависящей от агломерации взвеси в процессе осаждения –0,25.
Расчетная производительность одного отстойника Ду-20 м, q set (м 3 /ч), определяется по формуле:
и при различной эффективности осветления сточных вод составит:
Э = 30 %: q
set
= 2,8
Э = 40 %: q
set
= 2,8
Э = 50 %: q
set
= 2,8
где: D set — диаметр отстойника — 20,0 м;
d en — диаметр впускного устройства — 4,6 м;
n tb — турбулентная составляющая, принимаемая по [1], в зависимости от скорости потока в отстойнике, n w , мм/с; при n w = 5 мм/с, n tb = 0 мм/с.
Суммарная пропускная способность 4-х отстойников при эффекте осветления 30, 40 и 50 % составит:
где: 1,527 — коэффициент неравномерности притока сточных вод.
4. Недостатки технологической схемы
Проектная производительность сооружений механической очистки составляет 16100 м 3 /сут, а количество сточных вод, поступающих на сооружения,превосходит проектную производительность в 2 раза — 32155,8 м 3 /сут.
Нормативные показатели в поступающих на сооружения механической очистки хозяйственно-бытовых сточных водах, по аналитическим превышены по следующим показателям: ХПК, аммонийному азоту, фенолам, фосфатам и нефтепродуктам.
5. Предложение для направления реконструкции
Расширение блока механической очистки в соответствии с расчетной производительностью. Реализация эффективнойпредварительной механической очистки с использованием барабанных или ступенчатых решеток и аэрируемых пескожироловок.
Для снижения загрязняющих примесей на стадии предварительной механической очистки рекомендуется использование оборудования: тонкопрозорчатые решетки и аэрируемые пескожироловки с узлом химического осаждения фосфора.
При использовании данного оборудования ожидается снижение загрязняющих примесей: ХПК (20¸25 %),БПК 5 (20 %), взвешенные вещества (20 %), ПАВ (20 %), металлы (5 %), растворенные соединения (до 5–10 %, за счет отдувки воздухом, адгезия на поверхности удаляемых частиц, окисление «возвратными потоками» — за счет ила, приносимым промывными водами), нефтепродукты (20 %), фосфаты (не менее 85 % при реагентном осаждении).
Для обеспечения очистки хозяйственно-бытовых сточных вод от крупных включений требуется установка мелкопрозорчатых решеток.
Рекомендуемая толщина прозоров между прутьями — 3–6 мм. Дополнительно могут оборудоваться системой отжима отбросов до влажности 35 %.
При использовании таких решеток значительно повышается эффективность удаления отбросов всплывающие вещества, уловленные в первичных отстойниках, могут подаваться на механическое обезвоживание в смеси с другими осадками.
В рамках реконструкции предполагается произвести замену решеток на механические барабанные решетки c прозорами 3–6 мм.
Увеличение степени извлечения взвешенных веществ на ступени предварительной механической очистки также позволяет снизить нагрузку на все ступени технологической схемы обезвоживания осадка.
Решетки устанавливается в канал или контейнер под углом 35° и представляет собой вращающуюся корзину, с перфорацией.
Рекомендуется использование современных высокоэффективных песколовок.
Песколовки — аэрируемые, с удалением плавающих веществ. Очистка сточных вод при помощи их является наиболее эффективным приемом удаления минеральных примесей из сточных вод. В них, наряду с высокой эффективностью осаждения песка, производится его отмывка от органических примесей.
Для удаления избыточного количества фосфатов предусмотреть узел химического удаления. В данной статье, в качестве примера, предложено использование коагулянта солей алюминия.
Метод удаления избыточного количества фосфора — прямое осаждение солями алюминия. Коагулянт — гидроксихлорид алюминия (ТУ 2163–069–00205067–2007), принят как химическое соединение с минимальным негативным влиянием на систему очистки.
Количество реагента, и требует точных расчетов, по показателям:
— соотношение фосфора фосфатов к общему фосфору в поступающих сточных водах (влияние минерализации органического фосфора);
— колебание концентрации алюминия и др. металлов, привносимых со сточными водами, который участвует в осаждении фосфора;
— при химическом осаждении фосфора реагентов не учитываются другие процессы, изменяющие степень осаждения фосфатов;
— количество фосфора, удаляемое из системы при росте микроорганизмов активного ила (в аэротенках) и на стадии доочистки, и удаляемое впоследствии из системы с обезвоженным осадком.
На количество реагента влияет неравномерность поступления и переменный состав сточных вод.
Окончательная доза реагента подлежит корректировке в процессе эксплуатации.
Для этого необходимо контролировать содержание соединений фосфора в поступающих и очищенных водах.
Заключение
В настоящее время качество очистки сточных вод на рассматриваемых очистных сооружениях не соответствует требованиям на сброс по ряду показателей. Основная причина этого заключается в том, что сооружения запроектированы и построены 30–60 лет назад по технологической схеме, соответствующей нормам того периода времени, и работают не в проектном режиме.
Расчеты показали, что при сохранении существующего набора очистных сооружений невозможно добиться значительного улучшения качества очистки сточных вод.
В результате проведенного обследования механических сооружений и технологических расчетов установлено, что существующим составом сооружений невозможно обеспечить очистку возрастающего количества поступающих сточных вод с обеспечением требуемого качества очистки.
Рекомендуется реконструкция. Реализация реконструкции позволит:
— увеличить количество очищаемых сточных вод с минимальным новым строительством;
— довести качество очистки до требований сброса в водоем рыбохозяйственного значения с незначительными эксплуатационными затратами;
— уменьшить количество образующихся осадков и сделать их безопасными в экологическом отношении.
Литература:
- СП 32.13330.2018 «Канализация. Наружные сети и сооружения». (с Изменением N 2).
- «Водный кодекс Российской Федерации» от 03.06.2006 N 74-ФЗ (ред. от 08.12.2020) (с изм. и доп., вступ. в силу с 01.01.2021).
- ИТС 10–2019 Очистка сточных вод с использованием централизованных систем водоотведения поселений, городских округов.
