Ваш браузер устарел. Рекомендуем обновить его до последней версии.
Поля, помеченные символом *, обязательны для заполнения.
Проектирование современных очистных сооружений малой производительности

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СОВРЕМЕННЫХ ОЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЙ
МАЛОЙ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ОТ 100 ДО 5000 КУБ.М.

Проектирование и эксплуатация станций очистки малых расходов 100 – 5000 м3/сутки является сложной задачей. Это объясняется тем, что к качеству очищенной воды на малых сооружениях предъявляются те же требования, что и к средним и крупным станциям. 

Исходные концентрации и требования к качеству очищенной воды

Показатели Размерность Исходная вода Требования к очищенным стокам
БПКп исходной воды мг/л   280 3
БПК5 исходной воды мг/л   200  
ХПК исходной воды мг/л   320 30
Взвеш. в-ва в исходной воде мг/л   250 5
Азот общий мг/л    35 10*
Азот аммонийный мг/л    30 0,5
Азот нитратов мг/л      - 9,8
Фосфор (фосфаты по Р) мг/л      3 0,25**
Летняя температура сточных вод °С     20  
Зимняя температура сточных вод °С     12  

* планируется к введению; ** при биологическом удалении фосфора 0,5 – 0,9 мг

 

Если для сооружений больших производительностей технологии с удалением азота и фосфора, доочисткой и механическим обезвоживанием осадков  внедряются в течение достаточно длительного времени, то для малых очистных сооружений применение современных технологий менее разработано.

Для биологической очистки хозяйственно – бытовых и близких к ним по составу сточных вод в условиях малых расходов  необходимо проведение следующих процессов:

- Удаление грубодисперсных примесей и песка.  Данные операции защищают последующее оборудование от засоров и накопления песка на дне емкостей сооружений.

 - Усреднение по расходу и концентрациям. В условиях высоких неравномерностей, характерных для малых очистных сооружений, необходимо усреднить концентрации загрязняющих веществ, для стабильной работы сооружений биологической очистки, и расход стока. Залповые расходы приводят к выносам ила из отстойников, потери части биомассы и нарушению нормального режима очистки.

- Провести биологическую  отчистку от соединений углерода и азота методом нитри-денитрификации и физико–химическую очистку по фосфору или биологическую очистку от соединений азота, углерода и фосфора.

- Провести доочистку как минимум по взвешенным веществам, БПК и фосфору.

- Своевременно удалить необходимую часть избыточного активного ила и провести его обезвоживание.

Для осуществления данных процессов необходимо:

- Своевременно проводить очистку решеток (или решетчатых корзин) от накапливающихся грубодисперсных примесей.

- Своевременно удалять накапливающийся песок из песколовок.

- В усреднителе следует обеспечить перемешивание.

- Принудительно перекачивать усреднённый сток в аэротенк с постоянным  или управляемым расходом с наименьшим коэффициентом неравномерности и периодическое удаление накапливающихся всплывающих веществ.

- При биологической очистке по соединениям азота и углерода требуется выделять аэробную и аноксидную фазы. При этом в аэробной фазе будет происходить окисление соединений углерода до СО2 и аммонийного азота до нитратов. Концентрация кислорода более 1 мг/л в этом случае обязательна. В аноксидных условиях – отсутствие кислорода, но наличие связанного кислорода в форме нитратов и нитритов  (не следует путать с анаэробными – полное отсутствие как свободного, так и связанного кислорода), будет происходить окисление соединений углерода до СО2 за счет  кислорода, запасённого в нитратах, которые в свою очередь будут восстанавливаться до газообразного азота N2. При этом удаление соединений фосфора не происходит.

- Для поддержания процесса необходимо соблюдать оптимальный возраст ила – не менее 15 суток с учетом низких зимних температур для нитрификации и не менее 20 суток при, так называемом, полном окислении  (стабилизация избыточного ила).  При отсутствии подачи воздуха следует обеспечить перемешивание в денитрификаторе, ил в процессе денитрификации не должен выпадать на дно сооружения.

Если биологически удаляется фосфор, то должны обязательно присутствовать анаэробные условия. Для этого выделяется перемешиваемый объем, который должен быть технологически максимально защищена от попадания, как растворенного кислорода, так и нитратов.   Именно в этих условиях запускается процесс удаления фосфора – микрорганизмы фосфат аккумуляторы «обменивают» энергию, запасенную в форме полифосфатов, на легко усваиваемую органику, в первую очередь, летучие жирные кислоты (ЛЖК), которые запасают внутри клетки и затем окисляют в аноксидных и аэробных условиях с потреблением фосфора.

Контроль этого процесса сложней, чем просто нитри-денитрификации. Так возраст ила должен находиться в диапазоне 12 -16 суток в зависимости от температуры. При занижении возраста ила нарушаются процессы окисления аммонийного азота, а при превышении возраста ила начинается его минерализация с обратным выделением фосфора в раствор  - т.е. нарушается процесс удаления фосфора.  В силу сложности совместного удаления  азота и фосфора, как правило, такой процесс не применяется на установках производительностью менее 1500 м3/сутки.

Физико–химическое удаление фосфора может быть осуществлено как на стадии очистки, так и на стадии доочистки, а иногда и путем дробного дозирования реагента для сокращения его расхода. Во всех случаях требуется устройство (лучше всего типовая станция) для приготовления и дозирования реагента – солей железа или алюминия.

Доочистка стоков может осуществляться всеми известными способами, таким как зернистые фильтры, биореаторы, осветлители взвешенного слоя, мембранные модули. В зависимости от выбранного типа сооружений доочистки будет зависеть сложность их эксплуатации.

Своевременный и контролируемый вывод ила, необходимый для поддержания оптимального возраста ила, требует его обработки, которая может быть произведена на иловых картах или аппаратах мех. обезвоживания. 

Отсутствие какой-либо из перечисленных стадий очистки или нарушение основных правил ее проектирования и эксплуатации ведет к неработоспособности или плохой работе установки.

На сегодняшний день для очистки стоков малой производительности существует большой выбор установок и в данном ассортименте остановить свой выбор на чем-то одном бывает нелегко. Кроме того, зачастую производители убеждают в качественной очистке и надежности работы. Попробуем разобраться так ли это на самом деле.

Не смотря на всё  многообразие  комплектных установок, все их можно разделить на три категории.

 на верх

1 категория

1. К первой категории следует отнести установки, состоящие из готовых, чаще всего стеклопластиковых емкостей. Эти емкости делятся на секции или  соединяются  друг с другом. Вся установка  закапывается в землю. Среди этих установок можно выделить  септики и усовершенствованные септики менее 10 м3/сутки. Эти сооружения не ставят своей целью получение воды до соответствующих норм сброса в водоёмы и в основном работоспособны. Увеличение мощности таких установок до 100 м3/сутки  и более и попытки достижения требований для сброса в водоёмы рыбохозяйственного назначения в большинстве случаев неудачны. Проанализировав предложения 10 известных фирм производителей по данным системам показывают, что применяемая технология не может обеспечить качество очистки стоков, необходимое для сброса в водоемы и имеет ряд существенных недостатков. Такая типичная установка, «закапываемая под землю», включает первичный отстойник, усреднитель, аэротенк, вторичный отстойник, биореактор доочистки и третичный отстойник.  Сооружения обработки осадка в типовом решении не описаны (зачастую и совсем не предусмотрены).   В целом (если поступление залповых стоков не будет приводить к выносу ила) эта установка вполне может обеспечить удаление взвешенных веществ, БПК и даже нитрификацию при достаточности объема. Ни удаление азота нитратов, ни удаление фосфора в данной конструкции не предусмотрено  (отсутствуют необходимые объемы под выделение анаэробной зоны и аноксидной в составе данной установки).  

Следующая наиболее сложная из «закапываемых установок» представлена не только аэротенком со вторичным отстойником, но и мембранным биореактором доочистки со станцией обслуживания.  Данная установка сможет обеспечить высокое качеств очистки по БПК, взвешенным веществам и нитрификацию, но денитрификацию и удаление фосфора здесь не произойдет. Ссылки на то,  что растворенные вещества будут задержаны на мембране, вызывают существенные сомнения – практически для этого нужна мембрана для обессоливания воды с отводом накопленного концентрата солей.

Для многих установок   характерны  попытки упростить технологию очистки путем использования различных «ноу–хау».     В одних предложениях утверждается, что избыточный активный ил можно удалять один раз в два года, что вызывает существенные сомнения в силу необходимости поддержания оптимального возраста ила. В другом случае утверждается, что  применение передовых технологий способствует «постоянному омолаживанию бактериальной среды».  Процессы часто неправильно понимаются или описываются: «процессы  нитри-денитрификации применяются для достижения требуемого качества сточных вод по содержанию фосфора и всех форм азота. В анаэробную зону подаются сточные воды, содержащие легко окисляемую органику. Здесь происходит окисление нитритов и нитратов до газообразного азота и углекислого газа».

 Уровень автоматизации работы в большинстве случаев низкий. Лабораторные помещения и помещения для обслуживания оборудования отсутствуют.  Основным преимуществом данных установок является их низкая цена. Но эксплуатация таких установок будет вызывать сложности. К примеру, довольно сложно будет заменить мембраны в закопанном мембранном биореакторе по окончанию их срока службы. Во всех случаях сложно осуществлять визуальный контроль процесса, отбирать пробы, обслуживать датчики и т.д. Для  планового обслуживания и ремонта оборудования, мех. обезвоживания  и лаборатории придется строить дополнительное здание.

2 категория

2. Ко второй категории относятся установки заводской готовности, выполняемые из металлоконструкций, собираемых непосредственно на объекте. Среди таких установок встречаются как мало работоспособные, так и установки, использующие современные технологии. При этом можно выделить максимально экономичные решения на основе модификаций установок КУ (компактная установка) и установки зарубежного и  совместного производства, значительно более дорогие, но использующие передовые технологии.  Во многих случаях при удешевлении установок в технологиях применяются процессы удаления азота, происходящие не совсем понятным образом. Удаление фосфора может достигаться в обычных аэротенках без выделения соответствующих объемов и установки необходимого оборудования. Все это снижает стоимость установок, но при этом вызывает сомнения в достижении заявленных результатов очистки.

Основным недостатком также является недолговечность самих металлоконструкций. Как показал опыт использования установок серии КУ, выпускавшихся в СССР уже через 5-7 лет эксплуатации наблюдается сквозная коррозия емкостей, и установка становится неремонтопригодной.

3 категория

3. К третьей, к сожалению, наименее встречающейся категории, относятся сооружения, выполняемые в монолитном железобетоне, имеющие собственные цеха мех. обезвоживания,  высокую степень автоматизации, лабораторию контроля,  т.е. созданные по тем же принципам, по которым создаются крупные и средние станции очистки сточных вод. Для таких станций, как правило, используется индивидуальное проектирование с учетом качества и неравномерности поступающего стока, характерной для конкретного объекта. Примером такой установки являются очистные сооружения производительностью 300 м3сутки г. Казань, построенные российскими специалистами совместно с германской фирмой производителем (фото).

Перенос опыта проектирования средних и крупных станций на малые очистные сооружения требует учета специфики их работы:

- большие коэффициенты неравномерности;

- более низкие зимние температуры;

-  эксплуатация станции специально обученным персоналом (1 или 2-х человек).

 Для решения проблемы работоспособности малых очистных сооружений  требуется более высокая степень автоматизации,  использование многофункционального оборудования,  применение оборудования с высокой степенью надежности и  возможностью ремонта у поставщика.  При этом сама технология должна соответствовать основным правилам, применяемым для крупных и средних станций. Так же не рекомендуется применять для резервуаров металлические конструкции из черного метала. Срок их службы ограничен, а поддержание работоспособного состояния (предотвращение коррозии) требует дополнительных финансовых затрат. Традиционное выполнение конструкций резервуаров в монолитном бетоне с точки зрения дальнейшей эксплуатации предпочтительно.

В основе предлагаемой технологии для малых производительностей  предусматривается стандартная схема очистки, включающая:

- усреднение;

- биологическую очистку с применением нитри-денитрификация (удаление азота) в режиме периодической аэрации;

- вторичный отстойник;

-  реагентную доочистку на осветлителе взвешенного слоя;

- контактное уплотнение избыточного ила;

- механическое обезвоживание  на ленточном фильтр – прессе.

Усреднение является необходимой стадией. Снижение влияния пиковых расходов требуется, в первую очередь, для надежной работы вторичных отстойников.  Иначе в отсутствии усреднителей происходит вынос ила с потерей эффективной работы  аэротенков.

Для процесса периодической аэрации рекомендуется применять погружной механический аэратор серии  AR.  Данный аэратор в зависимости от оборотов двигателя позволяет осуществлять как режим аэрации, так и режим перемешивания.  В результате аэротенк представляет собой емкость, в которой расположен только данный аэратора.  Для подачи воздуха в аэротенк нет необходимости применять воздуходувную станцию, поскольку при использовании аэратора AR воздух засасывается самим оборудованием из окружающей среды и соответственно отсутствуют разводящие системы воздуховодов, распределительные задвижки для аэрационной системы, устройства механического перемешивания в аэротенке. Процесс периодической аэрации управляется в автоматическом режиме по датчикам окислительно – восстановительного потенциала и растворенного кислорода.

Для стадии доочистки рекомендуется применять осветлители взвешенного слоя. Поскольку они не требуют особых условий работы и легко вводятся в эксплуатацию. Опыт использования вместо них на малых установках фильтров с зернистой загрузкой и биореакторов  показал низкую надежность данных сооружений. Фильтры нуждаются в постоянной промывки, иначе происходит их засорение, слёживание и обрастание  загрузки нежелательно биомассой. Восстановление работоспособности в этом случае требует значительных затрат. Но часто приводит к полной замене рабочей загрузки.  Для эксплуатации таких установок необходим высококвалифицированный персонал. Для осветлителя восстановление его работоспособности в случае неправильной эксплуатации не требует больших затрат и времени. Уровень автоматизации процесса при этом позволяет осуществлять эксплуатацию установки без присутствия персонала в ночное время и в течение выходных дней (до 3-х суток).

Перенос опыта проектирования на малые очистные сооружения является одним их направлений нашей работы.  Специфика малых сооружений при этом требует более высокой степени автоматизации,  использования многофункционального оборудования,  применение оборудования с высокой степенью надежности и  возможностью ремонта у поставщика.

Благодаря современному  проектированию, комплектации оборудованием, шеф монтажу, технологической наладке и последующему гарантийному обслуживанию оборудования от одной фирмы, мы можем предлагать современные надежные и экономичные сооружения для очистки станций малых расходов сточных вод.

 на верх

Фото – Вид современнойстанции очистки на малые расходы