Опыт применения установок микрофильтрации DynaDisc® для доочистки сточных вод на канализационных очистных сооружениях г. Новочебоксарска
В апреле 2016 года на канализационных очистных сооружениях г. Новочебоксарска были введены в строй сооружения доочистки сточных вод после вторичных отстойников с использованием безнапорных дисковых фильтров DynaDisc. Эксплуатация для доочистки стоков фильтровальных установок на базе этих дисковых фильтров показала, что применение данной технологии не только позволяет гарантированно достичь качества сточных вод по взвешенным веществам в пределах требуемых значений, но и существенно снизить потребление электроэнергии для промывки оборудования и перекачки промывных вод в «голову» сооружений. При этом технические решения, связанные с включением DynaDisc® в технологическую схему, просты в реализации и не требуют высоких капитальных затрат.
Охрана природы и сбережение ресурсов, всегда имевшие особую важность для стабильного развития общества и обеспечения безопасности существования социальных и экономических структур, в со-временном мире приобретают ключевое, стратегическое значение. Естественным следствием этого развития является ужесточение требований к процессам природопользования, усиление контроля за соблюдением установленных норм, направленность на постоянное развитие технологий снижения негативного антропогенного воздействия на окружающую среду.
Использование воды и возврат ее в естественный круговорот являются одним из центральных процессов использования природных ресурсов. Именно поэтому в данной отрасли развитие технологий обработки воды и повышение жесткости требований к качеству и эффективности такой обработки происходит со значительными темпами. Все более актуальным становится применение различных технологий доочистки стоков, прошедших предварительную механическую и глубокую биологическую обработку. Кроме того, все более частое применение технологии дезинфекции сточных вод перед сбросом в водный объект, также обуславливает необходимость дополнительной очистки воды для обеспечения требуемой эффективности сооружений дезинфекции.
Задача, поставленная перед сооружениями доочистки, заключается, как правило, в двух аспектах. Первый - повышение эффективности очистки стоков, второй - обеспечение стабильности качества сбрасываемых вод.
Нагрузка на водные объекты по-стоянно повышается, микро- и макроорганизмы проявляют все новые и новые признаки аккумулирования вредных веществ в биомассе, экосистемы не справляются с «утилизацией» загрязнений. Это приводит к эффекту трансфера загрязнений обратно к пользователю водными объектами. Следствием данного негативного развития является повышение жесткости норм на сброс загрязнений, требование применения наилучших доступных технологий для обеспечения сохранности водных объектов и экосистем в целом
Существующие очистные сооружения, несмотря на зачастую хорошо отлаженную и эффективную работу, не в состоянии стабильно обеспечивать соблюдение новых требований. Достижение необходимых показателей эффективности очистки сточных вод в первую очередь возлагается на стадию доочистки.
Известно, что биологические очистные сооружения представляют собой сложную систему обработки воды, в которой основной этап возложен на искусственно создаваемый биоценоз - комплекс микроорганизмов, в процессе жизнедеятельности которых для прироста биомассы используются органические и некоторые неорганические загрязнения, поступающие со сточными водами. Однако биоценоз подвержен колебаниям, его жизнедеятельность зависит от целого ряда факторов, оказать влияние на которые не всегда удается в сжатые сроки. Как следствие, колеблется и эффективность очистки воды в подобных системах.
Обеспечить высокое качество очистки вне зависимости от изменяющихся факторов на стабильном уровне, гарантирующем безопасность для водных объектов в любой момент времени, - это и есть вторая задача сооружений доочистки.
В данном отношении ГУП Чувашской Республики «БОС» Минстроя Чувашии г. Новочебоксарска сделало выбор в пользу применения на канализационных очистных сооружениях технологии микрофильтрации на дисковых фильтрах DynaDisc®.
Очистка стоков на канализационных очистных сооружениях г. Новочебоксарска производится на двух параллельных очередях: проектная мощность 1-й очереди - 100 000 м3/сут., 2-й - 222 000. м3/сут. с учетом собственных сточных вод.
Технология очистки сточных вод включает в себя следующие последовательные стадии:
- механическую очистку;
- биологическую очистку;
- доочистку биологически очищенных сточных вод;
- обеззараживание;
- обработку образующихся осадков.
Дисковый фильтр DynaDisc® предназначен для удаления из воды взвешенных твердых частиц. Внешний вид фильтра представлен на рис. 1. Фильтр имеет несколько дисков, подсоединенных к барабану ротора. Каждый диск состоит из легко снимаемых фильтр-кассет, снабженных фильтрующей тканью с обеих сторон. Размер пор фильтрующего материала подбирается в зависимости от назначения фильтра. В основном применяется фильтрующий материал с размером пор от 10 до 100 мкм.
Схема дискового фильтра DynaDisc® представлена на рис. 2. Исходная вода подается в ротор фильтрующего диска. Попадая в диски через отверстия в барабане ротора, вода проходит под действием силы тяжести через фильтрующие элементы дисков. Взвешенные твердые частицы отделяются и собираются на фильтрующей ткани внутри дисков.
Ротор изнутри заполняется водой приблизительно на 60%, снаружи диск погружен на 50% в бак для сбора фильтрата. Разница уровней (DР) является движущей силой процесса фильтрации. Когда уровень воды внутри ротора фильтра поднимается до определенной отметки, ротор начинает вращаться и одновременно срабатывает обратная промывка фильтрующего элемента. При обратной промывке происходит удаление скопившихся твердых частиц с поверхности фильтрующего материала в выпускной желоб, находящийся внутри фильтра, вместе с промывной водой загрязняющие вещества выводятся через выпускную трубу.
Для обратной промывки используется часть фильтрата, который подается насосом высокого давления, проходит через сетчатый фильтр с отверстиями 300 микрон в промывочную головку, и затем поступает в разбрызгивающие сопла. Промывочная головка перемещается так, чтобы центры сопел перемещались по определенной траектории для повышения эффективности промывки и уменьшения износа фильтрующей ткани. Это перемещение осуществляется отдельным редукторным электродвигателем.
С учетом большого объема инвестиций и важности успешной реализации проекта было принято решение о проведении предварительных пилотных испытаний технологии. Цель пилотных испытаний - исследование эффективности технологии дисковой микрофильтрации для доочистки биологически очищенных сточных вод от взвешенных веществ.
Испытания проводились на пилотной установке сетчатой микрофильтрации DynaDisc® (оборудование компании Nordic Water Products AB, Швеция) в марте-апреле 2014 года.
Сточные воды на пилотную установку подавались из сборного канала осветленной воды после вторичных отстойников.
Пилотная установка для проведения испытаний была предоставлена ООО «УралАкваТех» (г. Пермь). За доставку пилотной установки, монтаж, наладку, пуск, обслуживание (включая контроль и фиксацию параметров работы установки) и демонтаж со стороны ООО «УралАкваТех» ответственным лицом был назначен Вадим Галямов, со стороны ГУП Чувашской Республики «БОС» Минстроя Чувашии - Сергей Петрович Анисимов. Лабораторный анализ качества сточных вод осуществлялся сотрудниками химико-бактериологической лаборатории «БОС».
Качество очищенных сточных вод, сбрасываемых в р. Волгу, представлено в таблице 1.
В среднем содержание взвешенных веществ в очищенных стоках находится в диапазоне от 10 до 17 мг/л.
В соответствии с техническим заданием на проведение испытаний содержание взвешенных веществ в фильтрате пилотной установки не должно превышать 10 мг/л.
Пилотная установка представляет собой морской 20-футовый контейнер с установленным внутри дисковым фильтром DynaDisc® (рис. 3). Схема расположения оборудования в контейнере представлена на рис. 4.
Работа дискового фильтра полностью автоматизирована с возможностью ручного управления.
Подача биологически очищенных сточных вод на пилотную установку осуществлялась центробежным насосом «Гном 40» (Россия). Регуляция расхода осуществлялась автоматизированной задвижкой, установленной на трубопроводе подачи.
С целью определения оптимального режима работы фильтра испытания пилотной установки проводились при фильтрации стоков через фильтрующие мембраны с размером пор 10 и 18 мкм.
В ходе пилотных испытаний скорость фильтрации через мембраны увеличивалась с 3 до 8 м/час, что соответствует производительности пилотной установки от 17 до 51 м3/ч.
Концентрация взвешенных веществ контролировалась в поступающих на фильтрацию стоках и фильтрате. Повторность отбора проб составляла не мене трех.
Определение взвешенных веществ в образцах фильтрата осуществлялось специалистами химико-бактериологической лаборатории гравиметрическим методом с применением вакуум-фильтрации на мембранных фильтрах с последующим высушиванием и взвешиванием (ПНДФ 14.1:2.110-97).
Результаты испытаний микрофильтрации биологически очищенных сточных вод через мембрану с размером пор 10 мкм представлены в таблице 2.
Испытания показали, что при средней концентрации взвешенных веществ в сточных водах на входе в установку 10,1 мг/л содержание взвеси в фильтрате составляло в среднем 4,6 мг/л, что удовлетворяет требованиям технического задания (не более 10 мг/л).
Поэтапное увеличение скорости фильтрации с 3 до 8 м/час приводило к ожидаемому увеличению продолжительности и частоты работы промывного насоса. Доля промывной воды при этом увеличивалась с 0,6 до 1,0% от подачи на установку. Нагрузка на пилотную установку при скорости фильтрации в 8 м/час являлась чрезмерной, о чем свидетельствует непрерывная работа промывного насоса с увеличением доли промывной воды до 2,4% от подачи.
Результаты испытаний микрофильтрации биологически очищенных сточных вод через мембрану с размером пор 18 мкм представлены в таблице 3.
Испытания показали, что при средней концентрации взвешенных веществ в сточных водах на входе в установку 11,3 мг/л содержание взвеси в фильтрате составляло в среднем 4,1 мг/л, что удовлетворяет требованиям технического задания (не более 10 мг/л).
По результатам испытаний режим фильтрации со скоростью 6 м/час являлся оптимальным как с точки зрения качества фильтрата, так и с точки зрения объемов промывных вод. На данном режиме пилотная установка работала более 3-х суток, при этом содержание взвешенных веществ в фильтрате в среднем составляло 6,2 мг/л при исходном содержании от 12 до 17 мг/л, для отдельных случаев эффективность очистки достигала 74%.
Расчетное содержание взвешенных веществ в промывной воде по итогам испытаний составляет от 300 до 1300 мг/л и определяется качеством стоков на входе.
Смена фильтрационных мембран с 10 мкм на 18 мкм не привела к ухудшению качества фильтрации. С учетом требований технического задания по содержанию взвешенных веществ в фильтрате более целесообразным было признано применение данного типа мембран (18 мкм), что в перспективе должно было обеспечить более стабильный технологический результат в части периодически возможных повышенных концентраций взвешенных веществ на входе в установку мембранной фильтрации.
Таким образом, результаты пилотных испытаний позволили сформулировать оптимальные эксплуатационные характеристики микрофильтров DynaDisc® применительно к процессу доочистки сточных вод на данном объекте:
- размер пор мембраны - 18 мкм;
- скорость фильтрации - 6 м/час;
- доля промывных вод - 1% от подачи на фильтрацию;
- ожидаемое содержание взвешенных веществ в фильтрате - не более 5 - 6 мг/л.
Технико-экономическая оценка выполнена на основе сравнения площади сооружений и объемов промывных вод, образующихся при доочистке стоков с применением фильтров DynaDisc® и при фильтрации через традиционные скорые фильтры.
Расчеты выполнены на производительность сооружений 160 тыс. м3/сут., результаты расчетов представлены в таблице 4.
Как видно в таблице 4, экономия промывной воды при установке фильтров DynaDisc® составляет около 80% от расчетного значения по скорым песчаным фильтрам, что означает существенное сокращение потребления электроэнергии для промывки оборудования и перекачки промывных вод в «голову» сооружений. Отличительным преимуществом фильтров DynaDisc® является также практически непрерывное образование промывных вод, что исключает потребность в больших резервуарах для приема залповых сбросов.
В период проведения испытаний предлагаемое оборудование компании Nordic Water Products AB подтвердило свою высокую технологическую и эксплуатационную надежность.
На основании полученных данных было принято решение о корректировке проекта. Скорые фильтра с зернистой загрузкой, первоначально предполагаемые проектом, были заменены на дисковые фильтры DynaDisc®.
В апреле 2016 года были завершены строительно-монтажные работы по второму этапу реконструкции очистных сооружений, который предусматривал:
- сооружения доочистки сточных вод после вторичных отстойников с использованием безнапорных дисковых фильтров;
- стадию УФ-обеззараживания сточных вод;
- насосно-воздуходувную станцию.
Доочистка сточных вод в фильтровальных установках на базе дисковых фильтров DynaDisc® позволяет гарантированно достичь качества сточных вод по взвешенным веществам в пределах до 6 мг/л.
После доочистки сточные воды поступают в корпус УФ-обеззараживания, в котором происходит обеззараживание сточных вод при помощи ультрафиолетового излучения на безнапорной установке производства компании НПО «ЛИТ» (Россия). При применении УФ-обеззараживания не требуется применения химических реагентов, содержащих хлор, что исключает образование побочных токсичных, канцерогенных соединений.
Дополнительно введенная в действие воздуходувная станция привела к интенсификации процесса нитрификации.
После проведения работы по наладке и отработке технологических параметров специалистами предприятия совместно с поставщиками инновационного оборудования цех доочистки биологически очищенных сточных вод был введен в эксплуатацию.
За весь период эксплуатации с 2016 года фильтровальная станция на базе дисковых фильтров DynaDisc® показала более высокую эффективность очистки, чем предполагалось по итогу пилотных испытаний. Содержание взвешенных веществ в фильтрате составляет: в среднем - 1.4 мг/л; минимум - менее 0.5 мг/л; максимум - 3.7 мг/л.
Результаты мониторинга эффективности работы сооружений доочистки представлены на рисунке 6.
Таким образом, эксплуатация в ГУП Чувашской Республики «БОС» Минстроя Чувашии» г. Новочебоксарск для доочистки сточных вод фильтровальных установок на базе дисковых фильтров DynaDisc® показала, что применение этой технологии не только позволяет гарантированно достичь качества сточных вод по взвешенным веществам в пределах требуемых значений, но и существенно снизить потребление электроэнергии для промывки оборудования и перекачки промывных вод в «голову» сооружений.
Использование дисковых микрофильтров DynaDisc® представляет собой надежный метод, повышающий как эффективность обработки стоков в целом, так и надежность всего процесса. Технические решения, связанные с включением DynaDisc® в технологическую схему, просты в реализации и не требуют высоких капитальных затрат. Кроме того, эксплуатационные расходы узла доочистки на микрофильтрах существенно ниже по сравнению с применением традиционных каркасно-засыпных скорых песчаных фильтров. При этом достигаемые показатели очистки воды соответствуют поставленным требованиям.
Сергей Анисимов,
директор ГУП Чувашской Республики «БОС» Минстроя Чувашии;
Вадим Галямов,
директор ООО «УралАкваТех» (г. Пермь);
Сергей Туревский,
технический директор компании Nordic Umwelttechnik GmbH (Siegburg /Bonn, Германия)
Источник: Вода Magazine, №9 (121) сентябрь 2017 г.
