Экспериментальные исследования патронных фильтрующих элементов при доочистке городских сточных вод во вторичных отстойниках
УДК 628.33
Предложена технология доочистки сточной воды вторичных отстойников от взвешенных веществ с использованием патронных объемных фильтрующих элементов.
Ключевые слова: биологическая очистка, патронные фильтрующие элементы, взвешенные вещества.
В технологической схеме биологическая очистка городских сточных вод реализуется в аэротенках или биофильтрах, а для отделения биологически очищенной воды от активного ила или задержания биологической пленки используются вторичные отстойники [1, 2].
В зависимости от типа аэротенков, режима эксплуатации вторичных отстойников и нагрузки на них содержание взвешенных веществ в отстоявшейся сточной воде составляет до 10-25 мг/л, при этом содержание взвешенных веществ в исходной воде (на входе во вторичный отстойник) достигает до 2,5-3,0 г/л [1].
В зависимости от производительности очистных сооружений вторичные отстойники бывают вертикальными, горизонтальными и радиальными. Но независимо от конструкции и объемов очищаемой воды основным назначением отстойников является разделение воды, поступающей из аэротенков, на два потока [1]:
- ил, подлежащий утилизации;
- осветленная вода, очищенная в отстойниках.
Работа вторичных отстойников может быть оценена по следующим показателям [1]:
- вынос взвешенных веществ;
- концентрация возвратного ила;
- влажность осадка.
Наиболее распространенной проблемой вторичных отстойников является избыточный вынос взвешенных веществ, приводящий к нарушению процесса очистки воды, ухудшению качества очищаемой воды и утилизируемого осадка.
Повышенному выносу взвешенных веществ из вторичных отстойников способствуют следующие факторы [1]:
- гидравлические перегрузки;
- неравномерность притока сточных вод (возникновение гидравлических пиковых нагрузок);
- превышение удельных нагрузок на активный ил;
- воздействие токсичных сбросов;
- недостаток кислорода в аэротенках и вторичных отстойниках;
- перегрузка по массе взвешенных веществ на вторичный отстойник;
- образование залежей ила на дне вторичного отстойника, его стенах и конструкциях.
Все перечисленные факторы создают угрозу развития вспухания активного ила, следовательно, нарушаются флокуляционные и седиментационные свойства активного ила [1].
По технологической схеме после вторичных отстойников городские сточные воды, как правило, направляются на обеззараживание. В последнее время для этих целей используется ультрафиолетовое облучение. Сточная вода должна соответствовать требованиям, указанным в таблице 1 [3].
Таблица 1. Требования к качеству сточных вод, поступающих на УФ-обеззараживание
Повышенный вынос взвешенных веществ из вторичных отстойников приводит к уменьшению проницаемости воды, что снижает эффект обеззараживания воды, следовательно, перед обеззараживанием необходимо предусмотреть доочистку биологически очищенной воды от взвешенных веществ, поскольку вынос взвешенных веществ из вторичных отстойников может составлять 10-25 мг/л.
Для доочистки сточной воды из вторичных отстойников от взвешенных веществ предлагается новая перспективная технология, согласно которой вода, поступающая из аэротенка будет делиться на три потока:
- ил;
- отфильтрованная вода;
- вода с загрязнениями, поступающими через перелив в сборный лоток, откуда поток поступает в голову очистного сооружения для очистки.
Модернизация вторичного отстойника представлена на рис. 1, где показаны технологические узлы оборудования, которые предназначены для разъяснения концепции и не представляют собой законченные технические решения.
Рис. 1. Система доочистки воды вторичных отстойников от взвешенных веществ
На вторичном отстойнике часть зубчатого перелива заменяется на переливные емкости, к которым со стороны отстойника присоединены сборные коллекторы. Коллекторы оборудованы сменными патронными фильтрами.
Внутри переливных емкостей находится зубчатый перелив переливной емкости, выполняющий свои обычные функции. Со стороны сборного лотка переливные емкости оборудованы патрубками (на рисунке не показаны).
При нормальной работе секции вода в отстойнике находится на уровне наружного перелива. Вода снаружи внутрь попадает в полости патронных фильтров, оттуда в сборный коллектор и в переливную емкость. Через перелив по патрубку поступает в приемный коллектор. Далее очищенная вода подается на обеззараживание.
По мере оседания на поверхности фильтров ила производительность их будет снижаться, уровень в приемной части переливных емкостей падать, и вода перестанет поступать в патрубок, после происходит регенерация патронного фильтра.
Для проверки возможности использования предлагаемой технологии была разработана и сконструирована пилотная установка доочистки воды из вторичных отстойников от взвешенных веществ, которая смонтирована на вторичном отстойнике №7 Центральной станции аэрации (ЦСА) ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга» в апреле 2015 года. На рис. 2 представлена пилотная установка.
Рис. 2. Пилотная установка, установленная на отстойнике №7 ЦСА
Опытный образец состоит из внутреннего и внешнего коллекторов, прикрепленных друг к другу, впадина зубчатого перелива находится между ними. К внутреннему коллектору, обращенному в чашу отстойника, прикреплен фильтрующий элемент, который представляет собой цилиндр с заглушенным торцом.
Фильтроэлемент изготовлен из полимерного материала со следующими размерами: длина рабочей поверхности - 600 мм, внутренний диаметр - 100 мм, наружный диаметр - 120 мм. На внешнем коллекторе закреплены датчики верхнего и нижнего уровня жидкости во внешнем коллекторе. В нижней части внешнего коллектора имеется отверстие с вмонтированной в него трубой, на которой последовательно установлены электромагнитный запорный клапан, насос и измеритель расхода воды.
На конце трубы закреплен гидрозатвор, открытый конец которого используется для отбора проб. В верхней части к внешнему коллектору присоединены электромагнитные запорные клапаны. Запорный клапан (нормально закрытый) предназначен для подачи в коллектор воздуха для продувания фильтра, а запорный клапан (нормально открытый) предназначен для сообщения полости коллекторов с атмосферой.
Работа пилотной установки полностью автоматизирована (фильтрование, промывка (регенерация). Регенерация фильтрующего элемента запускается автоматически при достижении предельной потери напора или при ухудшении качества фильтрата.
Для обеспечения равномерности регенерации стенок фильтра применяются дополнительные элементы - вставки в фильтр (рассекатель), который состоит из каркаса с приваренными к нему на одинаковом расстоянии кольца разного диаметра. Диаметр колец увеличивается по мере прохождения потока промывной воды в фильтрующем элементе, такое техническое решение позволяет сохранить энергию потока. Объем воды, необходимый для промывки фильтрующего элемента, составляет 10 л, за одну промывку в нем происходит десятикратная смена воды.
В связи с соотношением пор фильтрующего элемента (размер пор - 3-5 мкм) и размера хлопьев активного ила размер которых может варьироваться 20-300 мкм, попадания взвешенных веществ внутрь не происходит, и активный ил налипает на внешнюю поверхность фильтроэлемента, и в результате происходит мембранное фильтрование [4].
В процессе испытаний дирекцией водоотведения ГУП «Водоканал Санкт- Петербурга» был организован ежедневный лабораторный контроль качества воды до и после доочистки. Результаты анализов химико-биологической лаборатории дирекции водоотведения представлены в таблице 2.
Таблица 2. Качество воды до и после очистки сточной воды из вторичного отстойника
Работа пилотной установки может быть оценена по следующим показателям [4]:
1. Степень очистки. Из данных таблицы 2 видно, что степень очистки в зависимости от исходной концентрации по взвешенным веществам составит до 75 %; по БПК5
- до 30 %; по ХПК - до 10 %.
2. Скорость фильтрования (интенсивность разделения жидкости). Производительность фильтрующей установки составляет 1,5 м3/час с площадью фильтрования 0,226 м2. Тогда, используя формулу (2), вычисляем скорость фильтрования для установки - 6,65 м3/м2 час:
- объемная гидравлическая нагрузка на фильтрующий элемент составляет 2,00 м3/час на 0,5 м длины фильтра;
- тонкость фильтрации - свыше 5 мкм (таблица 2);
- интенсивность промывки - 35,5 м3/м2 час.
В результате натурных испытаний установлено, что опытный образец:
- осуществлял устойчивую доочистку воды от взвешенных веществ на 75%, в том числе и по БПК5 - до 30% и ХПК - до 10%;
- значения показателей удовлетворяют требованиям, предъявляемым к сточной воде перед ультрафиолетовой обработкой Методическими указаниями 2.1.5.732-99 «Санитарно-эпидимиологический надзор за обеззараживанием сточных вод ультрафиолетовым излучением» (взвешенные вещества <5 мг/дм3, БПК5 = 2,0 мгО2/дм, ХПК = 30,0 мгО2/дм).
Внедрение предлагаемой технологии позволит:
- избежать аварийных выбросов активного ила;
- обеспечить стабильную работу и эффективность УФ-обеззараживания;
- исключить строительство капитальных дорогостоящих сооружений для доочистки сточных вод после вторичных отстойников (например, фильтров с зернистой загрузкой).
Предложенная технология является перспективным методом доочистки биологически очищенных сточных вод из вторичного отстойника от взвешенных веществ. Важно отметить, что изготовленная пилотная установка собрана из отечественных комплектующих.
Данная разработка обладает патентами РФ на изобретение (Патент РФ на изобретение№ 2480264 «Устройство для снижения концентрации взвешенных веществ в очищенной воде отстойника очистного сооружения»/ А.В.Утин, В.Э. Петров, О.Н. Рублевская //Подача заявки 17.11.2011. Опубликовано 27.04.2013, Бюл. № 12) и на полезную модель (Патент на полезную модель№ 156378 «Устройство для очистки воды от взвешенных веществ»/ В.Э. Петров, А.В. Утин//Подача заявки 24.06.2015. Опубликовано 10.11.2015, Бюл. № 31).
Литература:
1. Воронов Ю. В., Яковлев С. В. Водоотведение и очистка сточных вод/ Учебник для ВУЗов. - М.: Издательство Ассоциации строительных ВУЗов, 2006. - 704 с.
2. Хенце М. Очистка сточных вод: Пер. с англ. / Хенце М., Армоэс П., Ля-Кур-Янсен Й., Арван Э. - М.: Изд-во «Мир», 2006. 480 с.
3. Методические указания 2.1.5.732-99 «Санитарно-эпидемиологический надзор за обеззараживанием сточных вод ультрафиолетовым излучением» (утв. Главным государственным санитарным врачом РФ 01.03.2003 г.) [электронный ресурс] - Портал нормативных документов «OpenGost.ru», 1997 - 2015. - Режим доступа: http://www.opengost.ru/ - Заглавие с экрана (15.12.2015).
4. Жужиков В. А. Фильтрование: теория и практика разделения суспензий. - М.: Химия, 1980. 400 с.
Experimental study of cartridge filter elements in the treatment of urban wastewater in secondary sedimentation tanks
The technology of purification of sewage secondary clarifiers from solids using the volume of cartridge filter eleE ments.
Keywords: biological treatment, filter cartridge elements, suspended solids.
Kim Arkadiy Nikolaevich, doctor of technical Sciences, Professor of water management and ecology, Saint Petersburg state University of architecture and construction. Russia, 190005, Saint-Petersburg, 2nd Krasnoarmeiskaya str., 4. E-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
Romanova Alexandra Yurievna, senior lecturer, Department of Protection of Water Resources and Life Safety, National Institute of Marine and River Fleet Admiral SO name Makarova. 198035, St. Petersburg, ul. Dvina, 5/7.
Журнал «Вода Magazine», №11 (111), 2016 г.
