Новая концепция очистки канализационных стоков городов и промышленных предприятий

Сущность проблемы в том, что традиционные биологические сооружения не стабильно работают из – за неравномерности подачи вод на очистку, как по количеству, так и по качеству очищаемых стоков. Считаем, что надо от биологических очистных сооружений переходить к физическим очистным сооружениям. Это положение мотивируется тем, что для биологической очистки надо время контакта с очищаемой водой не менее 7,5 час, а для предлагаемых нами - 0,5 часа, т.е. в 15 раз меньше. С точки зрения экономики мы уменьшаем как минимум в 15 раз объем строительно – монтажных работ и, соответственно, производственную площадь, уменьшаются затраты на аэрацию стоков, не надо вводить ограничения по СПАВам и др. примесям.

Данный, можно сказать революционный переход, стал возможен сегодня только благодаря нескольким моим изобретениям, которые получили патенты в 2009г. (№ 86489 UA, № 87346 UA) , а некоторые прошли формальную экспертизу и в настоящем патентуются: напорный флотатор новой конструкции, улучшение гидравлического режима в динамических отстойниках, системы АРУ по максимальному расходу поступающих на очистку вод.

В теоретическом плане данная концепция строится на законах физики и коллоидной химии. Извлечение дисперсных частиц из воды зависит, в основном, от их размеров и концентраций. Это хорошо представлено в таблице Л.А. Кульского. Мы стоим на гранулометрической теории очистки, которая предлагает в зависимости от размеров частиц, применять методы их выделения, до образования большой концентрации в виде пленки или осадка, ожженной фазы, которая удаляется в отдельные емкости для дальнейшего обезвоживания и утилизации. Итак, рассмотрим, как будут извлекаться примеси из воды на разных этапах очистки: решетки задерживают частицы размерами от 2 мм и более; песколовки – от 2 мм до 0,5 мм; отстойники – от 0,5 мм до 80 мкм; напорный флотатор от 80 мкм до 15 мкм; фильтры от 50 мкм до 0,3 мкм; биопруд позволит извлечь биогенные соединения на уровне коллоидных растворов и произвести естественную очистку с помощью гидробиоценоза, ультрафиолета. По результатам лабораторного анализа воды из биопруда можно делать заключения, куда очищенную воду можно использовать. Такая концепция предлагаемого решения. Это решение не трафаретное и может корректироваться в зависимости от сложившихся ситуаций.

Надо сделать несколько отступлений по теории очистки напорной флотации. По Мацневу А.И. существуют несколько технологических схем работы напорного флотатора, см. рис.8.

Рис. 8. - Схемы подачи воды насосами при напорной флотации:

а - с рециркуляцией;

б - с частичной подачей воды насосом;

в - с рабочей жидкостью;

где 1 - приемное отделение; 2 - флотационное отделение; 3 - всасывающий трубопровод; 4 -насос; 5 - напорный бак.

Физический смысл напорной флотации показан на рис. 9 . Это и способ введения

Для того чтобы напорная флотация работала эффективно, надо создать технологические условия:

-подача воздуха 1,5-3 % от объема стоков, перекачиваемых флотационным насосом;

-давление в напорном резервуаре перед флотатором - 3,5 - 5 атм.;

-время нахождения очищаемых стоков в технологических элементах, не менее:

во флотационной камере - 15 мин, в напорном резервуаре - 3 мин.

Таким образом, время флотируемых стоков близко к времени седиментации 20 мин, которое мы принимаем для отстойников.

Для примера, приводим выводы по инженерному расчету по проблеме переноса очистных сооружений г. Гурзуф на производительность 10 тыс. м³ в сутки, очистка канализационных стоков пгт. Массандра на 250 м³/сутки.

Массандровский поссовет предложил нам сделать инженерную проработку возможности очистки канализационных стоков от застраиваемой территории, т.к. прокладывать канализацию далеко и это потребует значительных средств. Аналогичные ситуации можно назвать типовыми, поскольку стоимость прокладки канализации и себестоимость очистки может существенно превышать стоимости локальных очистных сооружений с себестоимостью очистки.

Рис. 8.- Технологическая схема канализационных стоков пгт. Массандра:

1 – приемный колодец с решетками; 2 – отстойник; 3 – приемная емкость; 4 – флотационный насос; 5 – ресивер; 6 – флотатор; 7 - приемная емкость; 8 – насос для фильтра; 9 – фильтр; 10 – шламонакопитель.
Расчет технологических трубопроводов

Расчет будет произведен на скорость движения воды в безнапорных трубопроводах

2 м/с. Максимальной расчетной скоростью называют допустимую скорость течения жидкости, не вызывающую снижение механической прочности материала труб при истирающем действии песка и твердых веществ, транспортируемых сточной жидкостью. Эту скорость обычно принимают 4 м/с для неметаллических труб и 8 м/с для металлических труб. В дождевой канализации для неметаллических труб эта скорость может быть принята до 7 м/с, а для металлических 10 м/с, т.к. потоки воды здесь имеют кратковременный характер. [1]
Максимальная суточная производительность городских очистных сооружений Q_{cp. сут} ⁼

250 м³/сутки.

Определим максимальный q_макс. и минимальный расход в сутки:

q_макс.= Q_{cp. cyт} К _{общ. макс}⁼ 10 0(м³/сут) • 1,6 = 1,85 (л/с)= 6,7 м³/час;

q_мин = Q_{cp. сут} К _{общ. мин} = 10 0 • 0,6 = 0,69 (л/с) = 2,5 м³/час.

Выбираем трубу 150 х 4 по ГОСТ 10704 – 76 по 2.33 [2] , которая может обеспечить на максимальной производительности до 1070 м³/сутки.

Раздел 6.16. [2] Пред сооружениями для регулирования и очистки стока следует предусматривать установку решеток для задержания мусора с прозорами до 16 мм. Это предусматривается нами в двух колодцах (см. рис. 9, п.1), с ручным или механизированным способом сбора задерживаемых примесей.

Рис. 9. - План канализационных очистных сооружений на 250 м³/сутки:

1 – колодцы с решетками; 2 – колодцы с АРУ по максимальному расходы; 3 – отстойник; 4 – приемный резервуар; 5 – флотационные насосы; 6 – ресивер; 7 – флотатор; 8 – сборник флотошлама; 9 – приемный резервуар; 10 – насос для фильтров; 11 – фильтры; 12 – насосная; 13 – шламонакопитель; 14 – напорная емкость; 15 – компрессор бустер
Выбираем технологическую схему очистных сооружений: решетка - 2-х секционный отстойник - 2-х секционный напорный флотатор - фильтр по патенту 1086585 - дезинфекция - резервуар чистой воды - техническое водоснабжение или сброс в ливнесток.
Гидравлический расчет отстойников.

Выбираем 2-х секционный отстойник. Глубина в рабочей зоне 1,5 м. Время нахождения очищаемых стоков принимаем 20 мин. Максимальный рабочий объем отстойника равен

V_0TC = V_{макс. •} t _отс = 1,85 • 20 • 60 = 2,2 м³

Примем ширину одной секции 1,5 м, тогда общая длина будет 2,2 : ( 1,5*1,5) = 0,98 м

Сечение отстойника ВН = 1,5∙1,5 = 2,25 м²

Выбираем толщину стенок 250 мм, общую длину отстойника конструктивно принимаем 3 м.

Время флотации очищаемых стоков принимаем 20 мин и поэтому конструкция напорного флотатора близка к конструкции отстойника, как по глубине, так и длине.

В отличие от рис. 9, флотошлам сгоняем в конец флотатора, в емкость флотошлама 8, чтобы вектор движения стоков совпадал с вектором движения выделившегося флотошлама. Это еще связано с большем количеством флотошлама в конце флотатора, чем в начале.

Приемный резервуар (9) для насосов 10 выбираем конструктивно с условием того, что его объем должен больше пяти минутной максимальной производительности насосов (10).

Промышленный фильтр (11) рассчитываем на производительность 10 м³/ч. Конструктивно данный фильтр состоит из двух секций. Промывные воды направляем в голову очистных сооружений.

Для зачистки отстойников и флотонакопителей 8 используем оборудование 14 и 15, с перемещением осадков в иловую площадку 13.

Данный комплекс очистных сооружений на производительность 250 м³/сут рассчитан на определенное количество жителей. Какую норму водопотребления необходимо применить. По п. 2.9 [9] данная норма находится в пределах 500 – 550 л ∙чел /сут. С научной точки зрения эта норма не обоснована, т. к. принимались эти нормы по идеологическим, политическим соображениями в период развитого социализма. С другой стороны, с дефицитом питьевой воды, эти нормы не реальны и могут нанести ущерб экологии и экономики. С практической точки зрения, на основе собственных наблюдений, жители городов вполне обеспечены питьевой водой на уровне 100 л ∙чел/сутки. К этому надо прибавить потери, которые считают по разному, в зависимости от изношенности труб и оборудования. Здесь возникают казусы… Например, для г. Большая Ялта, с количеством жителей до 200 тыс. человек и при практическом отсутствии промышленного производства, по реальным нормам необходимо 20 000 м³/сутки. Понятно, что надо добавить потери в сетях… Задача на вычитание: какие потери в сетях, если подачи питьевой воды в 120 тыс. м³/сутки в город не хватает для полного водоснабжения и воду подают по графику?
3.2. Технологическая схема очистки канализационных стоков г. Гурзуф

Данная инженерная проработка, связанная с проблемой переноса КОС г. Гурзуф на новое место, т.к. старые очистные сооружения не отвечают современным требованиям и производительности. По плану все стоки на новые очистные сооружения, расположенные выше от берега на 30 м выше существующих, будут перекачиваться главной канализационной станцией (ГКНС). В связи с этим, крупные взвеси будут оставаться в приемной емкости ГКНС. Таким образом, в голове очистных сооружений устанавливать решетки и песколовки не целесообразно. На рис. 10,11 мы можем показать по

Рис. 10. - Технологическая схема канализационных стоков г. Гурзуф:

1 – приемный колодец с АРУ; 2 – отстойник; 3 – приемная емкость; 4 – флотационный насос; 5 – ресивер; 6 – флотатор; 7 - приемная емкость; 8 – насос для фильтра; 9 – фильтр;

10 – деконтер

предварительному технологическому расчету, как могли бы быть канализационные очистные сооружения для г. Гурзуф по предлагаемой концепции очистки..

Выбираем однокамерный 2-х секционный флотатор прямоугольной формы шириной секции 1,5 м, длиной 3 м. Днище НФ будет по профилю как у отстойника.

По рис 8 выбираем схему б с 50% рециркуляции флотируемых стоков. В зависимости от нагрузки на очистные производительность установки будет от 0,5 q_мин до 0,5 q_мaкс. или от

2,5 м³ /ч до 6,35 м³/ч. На основании этого выбираем четыре флотационных насоса производительностью 2шт по 3 м³/ч и 2 шт. по 6 м³/ч. Флотационные насосы должны иметь 50 об/с, давление рабочее до 4 атм. С учетом к.п.д. (более 72%) и по графику производительность - напор выбираем насос НФ -1К80 - 50 – 200.

t_p • q_макс = 6,7:20 = 0,33 (м³),

выбираем два напорных бака по 0,5 м³ каждый. Вместо напорных емкостей можно было бы использовать трубы диаметром 426 мм. Учитывая, что длина отстойника около 3 м, то их можно было бы их расположить, последовательно обвязав четыре штуки по

3 м над отстойниками.

В насосной будут располагаться три агрегата по 250 м³/ч - для перекачки воды от НФ на фильтр. Такие агрегаты выпускает Ливгидромаш марки СМ 200 - 150 - 400 - 6. Габариты 1900 х 660, вес 705кг, мощность двигателя 30 кВт; три агрегата для НФ -1К80 - 50 - 200; два дренажных насоса ГНОМ 10 -10. Схема насосной очень надежная, позволяющая выводить из работы агрегаты для профилактики: замены смазки в подшипниках, сальниковой набивки, производить осмотр и мелкий ремонт. Для перспективы увеличения мощности очистных сооружений можно оставить место для более мощных агрегатов, как для флотации, так и для перекачки на фильтры.

С учетом изложенного габариты насосной будут 10 м длиной и 8 м шириной.
Фильтр (7).

Максимальная производительность очистных сооружений 185 л/с или 666 м^э/ч. По максимальной производительности и скорости фильтрации 50м/ч определим площадь фильтрации: 666:50 = 13,3 м². Определим количество фильтрующих модулей: 13,3 : 0,225 = 60 шт. Принимаем двухъярусный фильтр, тогда в одном уровне будут 30 модулей. Конструктивно выбираем три двухъярусных фильтра, габаритами 1,3x3,0 х 1,6 (м).

РЧВ (6) будут находиться под фильтрами. Поскольку длина фильтра 3 м, то два резервуара будут по 10 х 5 (м). Глубина резервуаров равна глубине отстойника.

Длина 20 м. Ширина: 4 + 2x4 + 3x3 + 8 + 5 +9х 0,25 (стенки) = 36,25 (м) ≈ 37 м

4. 
   Предлагаемая концепция для предлагаемых физико-химических сооружений снимает все ограничения по качественному нормативному содержанию примесей от промпредприятий, за исключением маточных и кубовых растворов, пленочного нефтепродукта.
   

5. 
   Имеет смысл, при дефиците пресной воды, очищенную воду через биопруд и фильтр возвращать для хозяйственно – питьевых нужд.
   

6. 
   В новую концепцию очистных сооружений канализационных сооружений
   

Предложения и комментарии по данной статье, пожалуйста, присылайте на адрес: cleanwater@inbox.ru

2. Когановский А.М., Кульский Л.А., Сотникова Е.В., Шмарук В.Л. Очистка промышленных сточных вод. Киев,:Технiка, 1974. -257 с.

3. Кедров В.С. Пальгунов П.П., Сомов М.А. Водоснабжение и канализация, М: Стройиздат, 1984.

4. Горбань Н.С. Причины неудовлетворительной работы биологических очистных сооружений и пути их устранения. Харьков, «Райдер». 2005. 306с.2.СНиП 2.04.02-84. Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. М.: Стройиздат, 1985. 136с.

5.Инструкция по приему сточных вод в городскую канализацию. АКХ им. К.Д. Памфилова, М.:1978

6. Правила приема сточных вод в коммунальные и ведомственные системы канализации населенных пунктов Украины. К.:2002.3.Мацнев А.И. Очистка сточных вод флотацией. Киев, Будівельник, 1976.

7. Залетова Н.А. « СПЕЦИФИКА УДАЛЕНИЯ СОЕДИНЕНИЙ ФОСФОРА ИЗ ГОРОДСКИХ СТОЧНЫХ ВОД», НИИ коммунального водоснабжения и очистки воды, Москва, Россия, материалы ЭКВАТЭК-2006

8.А.Мельников «Кушай нитраты, нитраты жуй!» Аргументы и факты в Украине», №4, 2009г., 16 с.

9. СНиП 2.04.03-85 «Канализация, Наружные сети и сооружения»

10. Мацнев А.И. Очистка сточных вод флотацией. Киев, Будівельник, 1976.

11. Кульский Л.А., Гороновский И.Т., Когановский А.М., Шевченко М.А. Справочник по свойствам, методам анализа и очистки воды. Киев.: Наукова думка, 1980. - 680 с.

12. Роев Г.А. Очистные сооружения газонефтеперекачивающих станций и нефтебаз. М.:Недра, 1981.- 240 с.

13. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Изд. 8-е, Л., «Химия», 1976,-552с

14. Бюджетная работа УкрНИИЭП, Горбань Н.С., Аскретков Н.Н., Демков А.И. и др. «Разработка рекомендаций к внедрению метода альголизации при очистки загрязненных вод от биогенных элементов». (г.р. КПКВ 2401040 КЕКВ1171 от 10.09.2007г )

15. Демков А.И. Реологические системы и условия регенерации фильтрующего материала полипропилен в фильтрах А.И. Демкова. www.ecoportal.su

16. Раскатов А.В. Новое поколение центрифуг в сгущении и обезвоживания осадков и шламов. Доклады ЭКВАТЭК – 2006г., 776с.