Очистка канализационных стоков городов
advertisement
1 «Если будем продолжать возводить традиционные очистные сооружения, разоримся! Ведь производство усложняется, очистные сооружения дорожают - никакой государственный бюджет не выдержит. Да и эти сооружения во многих случаях бессильны…». Член – корреспондент АН СССР В.Н. Кунин А.И. Демков Новая концепция очистки канализационных стоков городов Во всем мире очистка канализационных стоков городов происходит на биологических очистных сооружениях. Нами предложена другая концепция технологической схемы очистки (без биологических аэробных процессов). Почему необходимо это внедрить, и какие преимущества от этой концепции даны объяснения в предлагаемой статье. Ключевые слова: канализационные стоки, биологические очистные сооружения, очистка, технологическая схема. 1. Эксплуатация канализационных очистных сооружений городов, проблемы и пути предлагаемых решений Одно из больших экологических проблем городов и поселков являются канализационные очистные сооружения (КОС). Любой населенный пункт без них обойтись не может, однако, строительство или реконструкция их стоит больших средств. Как существенно сократить их стоимость, эксплуатационные расходы, не ухудшив эффективность и надежность их работы? Это мотивация отвечает научно – техническому прогрессу. Для этого подробно рассмотрим, какие есть лучшие биологические очистные сооружения и построение технологической схемы их очистки. Технологические задачи по очистки бытовых и производственных сточных вод: 1. - уменьшение количества взвешенных веществ в очищаемых сточных водах; 2. – снижение величин БПК, ХПК и содержания ПАВ, фосфора и азота; 3. – насыщения очищенных сточных вод кислородом при спуске их в водоемы рыбохозяйственного значения. [1] Рассмотрим классические биологические очистные сооружения на примере Зеленоградской станции аэрации г. Москвы, см. рис.1 [1]. «Производственные сточные воды промышленных предприятий и бытовые сточные воды г. Зеленограда поступают на сооружения механической очистки (решетки, песколовки, первичные отстойники), биологической очистки (аэротенки, вторичные отстойники) и доочистки (барабанные сетки, двухслойные фильтры, хлораторная установка и быстроток-аэратор). После биологической очистки в воде содержится до 20 мг/л взвешенных веществ и до 15 - 20 мг/л органических загрязнений по БПК полн , а после доочистки в воде остается около 1,5 мг/л взвешенных веществ и 2 мг/л органических загрязнений по БПКполн. Доочистка была вызвана необходимостью удаления из сточных вод остаточных загрязнений, представляющих опасность для рыбоводческих хозяйств, расположенных на маловодной р. Сходне ниже сброса» [1]. 2 «Следует подчеркнуть, что ряд органических соединений не подвергаются биохимическому разрушению в следствии токсическому действию на микроорганизмы. Отдельные органические соединения распадаются, но продукты распада не окисляются до углекислого газа и воды. Иногда биохимический распад не возможен из – за высокой концентрации загрязнений в сточных водах, оказывающей токсическое влияние на микроорганизмы или требующих очень большого разбавления» [2]. Рис. 1.- Станция аэрации с доочисткой воды 1 — главная насосная станция; 2 — труба Вентури; 3 — песколовка; 4 — первичный отстойник- 5 — аэротенк; 6 — вторичный отстойник; 7 — барабанные сетки; 8 — фильтры; 9 — контактный бассейн; 10 — быстроток-аэратор; 11 — дробилка; 12 —песковые площадки; 13 — насосная станция сырого осадка; 14 — регенератор; 15 — илоуплотнитель; 16 — здание воздуходувок; 17 — хлораторная; 18 — насосная станция промывки фильтров; 19 — регулирующий резервуар; 20 — газгольдеры; 21 — метанотенки; 22 — резервуар промывания осадка; 23 — резервуар технического водопровода; 24 — уплотнитель промытого осадка; 25 — известковое хозяйство; 26 — реагентное хозяйство; 27 — подготовка осадка; 28 — вакуумфильтр Эти очистные сооружения выполнены в прошлом веке. Какова тенденция в проектировании современных биологических очистных сооружений? Данные очистные сооружения проектируют много фирм, более 120 на просторах СНГ: НПХ «Инекс – Сочи», ГК «Экополимер», НПФ «ЭКОТОН» и др. на этом рынке услуг. Остановимся на этих, более известных негосударственных фирмах СНГ. ГК «Экополимер» специализируется, в основном, на реконструкции действующих биологических очистных сооружений большой производительности, связанных с аэрационными системами. НПХ «Инекс – Сочи» успешно предлагает биологические очистные сооружения типа «Ерш» от 10 м3/сут до 70 000 м3/сут. Особенностью технологической схемы биологической очистки для данной фирмы является биофильтры (синтетические водоросли типа «Ёрш»), оборудование для механической очистки (фильтрующие сетки УФС производительностью от 3 до 200 м3/ч), оборудование по обезвоживанию осадка сточных вод (иловые фильтры, ленточный фильтр – пресс типа «ФПЛ», барабанный сгуститель типа «БС», барабанный фильтр типа «БФ»). Отличительной особенностью установок биологической очистки типа «Ёрш» ППХ «Инекс – Сочи» считают: «1. Применение компактных фильтрующих самоочищающихся устройств в качестве предварительной механической очистки позволяет исключить из технологической 3 схемы песколовки и первичные отстойники, способствуя снижению габаритов станции, а также повышению качества предварительной очистки за счет эффективного отделения мелкодисперсной всплывающей взвеси, не задерживаемой в традиционных отстойниках. 2. Совмещение аэротенка и отстойника позволяет уменьшить общий объем аэротенка-отстойника на 25-30% по сравнению с объемом традиционных аэротенков и вторичных отстойников. 3. Наличие в аэротенке загрузки типа «синтетические водоросли» при залповом сбросе токсичного стока способствует сохранению активной биомассы в аэротенке, т.е. режим работы аэротенка-отстойника более устойчив к изменениям качественного и количественного состава стоков, поступающих на очистку, по сравнению с классическим аэротенком. 4. За счет увеличения количества инертного носителя - биомассы свыше 30% от общего объема аэрационной части аэротенка-отстойника, можно интенсифицировать процесс очистки сточной воды, т.е. при необходимости увеличить производительность установки. 5. В обычном аэротенке при прекращении поступления сточной воды на длительное время (авария на КНС, отключение электроэнергии и т.д.) происходит самоокисление активного ила, что сильно усложняет последующий пуск аэротенка в работу. В аналогичной ситуации аэротенк-отстойник, благодаря затопленному водосливу, частично опорожняется и примерно треть загрузки оказывается на воздухе, таким образом, активная биомасса сохраняется. При возобновлении поступления стоков аэротенк-отстойник в короткий срок выходит на технологический режим. 4 6.Конструктивные особенности зоны отстаивания аэротенка-отстойника позволяют исключить скапливание избыточного активного ила и его загнивания, а также уменьшить объем сооружения. 7. В технологическом процессе предусматривается обработка собираемого осадка в аэробном стабилизаторе с последующим его обезвоживанием на иловом фильтре производства НПХ «ИНЕКС-Сочи». Обезвоженный осадок упаковывается в специальные мешки, удобные для дальнейшей транспортировки и хранения». Надо отметить, что технологические принципы НПХ «Инекс – Сочи» не лишены существенных недостатков. По пункту 1. Фильтрующие сетки задерживают только крупные частицы с размерами больше 2 мм. С этим не спорим. А где могут задержаться частицы с размерами от 80 до 2000 мкм? В аэротенке? Зачем эта дополнительная технологическая нагрузка на активный ил? Не проще ли эту проблему решить в отстойнике? Допускаем, что данное «новшество» возможно лишь для малых биологических очистных сооружений с производительностью до 70 м3/сут., а с большей нагрузкой будут проблемы… По пункту 2. Идея совмещения вторичного отстойника с аэротенком принадлежит не НПХ «ИНЕКСУ», а над этой темой работала давно и создано много конструкций этого типа, см. рис. 1 [3]. Рис.1 . - Аэротенки-отстойники с механической системой аэрации: а, г, д — установки с центрально расположенной зоной аэрации (Франция); б — установка большой производительности с удалением осадка скребками (США); в — установка со снежным расположением зон аэрации и отстаивания (США); е — установка МИСИ им. В. В. Куйбышева: 1— подача сточной воды; 2 — стабилизатор потока; 3 — механический аэратор поверхностного типа; 4 — зона аэрации; 5 — отделение дегазирования ила; 6 — зона отстаивания; 7 — уплотнитель ила; 8 — выпуск очищенной воды; 9 — выпуск избыточного ила; 10 — дополнительный заглубленный ротор Главной технологической задачей аэротенка или аэротенка – отстойника состоит в снижении БПК20 очищаемых стоков до 15 мг/л, при биологической скорости окисления равной 45 мг/л∙час. 5 Рис. 2. - Аэротенки-отстойники (аэроакселераторы) с пневматической системой аэрации (США) а — с центрально расположенной зоной аэрации; б — с периферийно расположенной зоной аэрации; в — со смежным расположением зон аэрации и отстаивания; г — аэроакселератор большой производительности с удалением осадка скребками; 1 — подача сточных вод; 2 — подача сжатого воздуха; 3 — зоны аэрации; 4 — пневмомеханический аэратор; 5 — отражатели; б — отделения дегазирования ила; 7— зоны отстаивания; 8 — илоуплотнитель; 9— выпуск сточных вод; 10 — выпуск избыточного ила Отдать преимущество одной из конструкций трудно, т.к. применение их ограничено конкретными условиями: производительность, качество очищаемых стоков, местными условиями. Для горных районов, подверженных оползням и сейсмоопасностью, данные сооружения признаны нецелесообразными, например, для Симеизских очистных сооружений. Технологически замена двух технологических сооружений «аэротенк» и «отстойник» на один «аэротенк – отстойник» на Украине себя не оправдал, по заключению к.б.н. Горбань Н.С. (УкрНИИЭП г. Харьков). По пункту 3. Фирменная разработка «синтетические водоросли», т.е. биофильтры, в дальнейшей эксплуатации получили существенный отрицательный результат у ученых экологов: на этих фильтрах очень хорошо развиваются черви нематода, размером около 2 мм. Справка. Nematoda; греч. nema, nematos нить Нематоды — это класс круглых червей, объединяющий раздельнополые организмы с округлым в сечении, веретеновидным или нитевидным несегментированным телом, покрытым кутикулой; включает свободноживущие и многочисленные паразитические виды, в т. ч. возбудителей нематодозов человека. Нематоды вызвали массовое заражение рыбы и ее гибель…. Установлено, что данные черви биологически опасные: зараженная рыба гибнет, и это явление может быть легко перейти на человека, т.к. они живут в мягких тканях тела человека, включая и головной мозг. 6 Не знаю как в других регионах, но в г. Санкт – Петербурге от «синтетических водорослей» отказались, по информации профессора Б. Г. Мишукова, кафедра водоотведения и экологии ЛИСИ. По пункту 7. В данном новшестве видно рациональное зерно уменьшение площади иловых площадок, но строительство иловой площадки менее затратное, чем создавать здание для этой установки, а потом как хранить эти мешки – в помещении или на открытых площадках? Потом как эти мешки перемещать? В ручную не погрузишь – они тяжелые. Значить надо подъемные средства для погрузки и выгрузки. Для этого нужно иметь дополнительные погрузочно-разгрузочное оборудование. Это дополнительные затраты. Не факт, что во время транспортировки из них не будет выходить фильтрат в транспортное средство – сплошная антисанитария. Как видно из технологической информации, в своих проектах НПХ «ИНЕКС-Сочи» аэрируемые системы «Экополимер» не применяют – это общий недостаток предлагаемых проектов. После аэротенков необходимы, в любом случае, вторичные отстойники для сбора вымываемого активного ила. Емкость рабочей зоны отстойника рассчитываются на время седиментации не менее 2 часов. К недостаткам работы очистных сооружений является «перегрузка первичных отстойников и повышенному выносу взвешенных веществ в аэротенки, что также сказывается на физиологической состояние активного ила». [4,стр. 251] Специфическим режимом работы аэротенка – биологических очистных сооружений является «вспухание активного ила», т.е. состояние активного ила с его иловым индексом «400 – 600 см3/г и, как следствие, выноса активного или из очистных сооружений». [4] Какая причина вспухания? Причина состоит в «… при недостатке растворенного кислорода в иловой смеси, высоких концентрациях в сточной воде легкоокисляемых веществ, в первую очередь углеводородов, н6едостатке азота и фосфора, наличии сульфидов и органических кислот, низких значений рН, резких изменениях нагрузок на ил». [4] Канализационные очистные сооружения регулярно подвергаются залповыми сбросами, как со стороны городской канализации, так и со стороны промышленной. Этому способствуют регулирование подачи питьевой воды по часам – нередкое явление в городах. Залповые сбросы как по количеству стоках, так и по его качественному составу с колебанием ХПК от 800 до 3000мг/л. Это вызывает нарушение кислородного режима очистных сооружений, изменением содержание водородных ионов, массовым развитием нитчатых микроорганизмов, увеличением илового индекса и выносом активного или из очистных сооружений. Таблица 1. Требования к составу и свойствам сточных вод предприятий для безопасного их отведения канализационной сетью от разных источников №№ п/п 1 2 3 4 5 6 7 Допустимы величины Показатели качества сточных вод Температура БПК20 Взвешенные вещества Нефть, нефтепродукты Жиры Концентрированные маточные и кубовые растворы ХПК не должно превышать 1,5БПКполн По [5] По [6] 8°C≤ t ≤ 30°C Не более 500 мг/л Не более 500 мг/л 0,7 – 4, 4 мг/л отсутствие t ≤ 40°C Не более 350 мг/л Не более 500 мг/л Не более 20 мг/л Не более 50 мг/л отсутствие В Правилах [5] п.14 особо отмечено, что для эффективной работы городских очистных сооружений содержание биогенных элементов (азота и фосфора) в смеси со сточными водами должно быть не менее 5 мг/л азота и 1 мг/л фосфора на каждые 100 мг/л БПК20. 7 Из опыта эксплуатации биологических очистных сооружений наиболее часто нормы не выполняются по БПК, ХПК, биогенным элементам N и P, а также СПАВам. Фосфор может быть переведен в нерастворимые соединения и выведен при флотации и фильтрации. «При обработке реагентами сточных вод образование нерастворимых соединений фосфора может быть достигнуто при практически любом уровне содержания органических веществ, т.е. на любой ступени очистки сточных вод». [7] «Современная наука доказала, что ограничения по нитратам является бессмысленным, т.к. нитраты не только не вредны, они просто необходимы для организма: 25-50% организм синтезирует из получаемой пищи, в зависимости от того, сколько он получает из других источников (например, вода – 15-22%, овощи – 50-75%, мясные продукты – 6-10%).»[8] Из опыта эксплуатации биологических очистных сооружений, на наш взгляд, её классическая технологическая схема будет следующая: решетка – песколовка – первичный отстойник – аэротенк – вторичный отстойник – выпуск очищаемых стоков. Под «аэротенком» мы имеем в виду аэротенк – отстойник, аэротенк – смеситель, т.к. качество очистки в этой конструкции выше, связанной с автоматическим возвратом активного ила. После «аэротенка» для задержания активного ила необходимы все же вторичный отстойник, т.к. экономии на уменьшения объема строительно-монтажных работ с внедрением аэротенка – отстойника нет, а даже наоборот. К этой схеме надо добавить технологическую схему сбора извлекаемых примесей и их обезвоживания, хранение: бумагу, песок, осадок, шлам, активный ил. Отметим, сколько времени необходимо для очистки бытовых стоков: первичный отстойник – (1,5 – 2) часа, аэротенк – (8 – 12) часов, вторичный отстойник – 2 часа, итого (11,5 – 16) часов, в зависимости от качества очищаемых стоков и использованной методики расчета. Общие выводы, которые делает Н.С. Горбань, на основании литературных источников и собственных исследований по канализационным очистным сооружений городов, сводятся к следующим пунктам: «• качество очищенных сточных вод не соответствует нормативным требованиям, предъявляемых к водам, поступающих в водные объекты; • для интенсификации работы очистных сооружений необходимо предусматривать в случае нестабильности сточных вод по количеству и составу – усреднение, для ряда категорий сточных вод – строительство локальных очистных сооружений, увеличение концентрации активного ила за счет иммобилизации его на носителе и повышение зольности путем добавления реагентов; • принятию решения о способах интенсификации работы действующих очистных сооружений должно предшествовать тщательное изучение процесса очистки по всей системы очистных сооружений». Усреднители предназначены для регулирования количества сточных вод, поступающие на очистные сооружения. Применение усреднителей, выравнивающих пиковые расходы и концентрацию сточных вод, позволяет разрабатывать более экономичные очистные сооружения, принимая к расчету средние данные. Усреднители применяют перед первичными отстойниками со временем усреднения в течение 4 – 8 часов. 2. Технологические элементы в новой концепции канализационных очистных сооружений городов Мотивацией для разработки новой концепции очистки стоков является: 1. существенное удешевление стоимости очистных сооружений; 2. отмена ограничений на сброс всех стоков, за исключением залповых, маточных и кубовых растворов; 3. использования очищенных канализационных сточных вод для вторичного использования для пожарно-технических целей, полива зеленых насаждений, питьевых нужд и т.д. Для интенсификации работы канализационных очистных сооружений предлагаем заменить биологические методы очистки на физико-химические методы, с применением новых изобретений по напорной флотации и фильтрации, а также модернизировать отстойники и систему автоматического гидравлического регулирования по максимальным нагрузкам. Для решения этих задач предлагается следующая технологическая схема: 8 решетки – песколовки – прямоугольный многосекционный отстойник – приемная емкость – насосная – ресивер – напорный флотатор – приемная емкость – насосная – фильтр – биопруд – насосная – фильтр – приемная емкость – насосная – подача воды на хозяйственно – питьевые нужды. Рассмотрим подробно по технологическим элементам данную схему, т.к. на каждый элемент технологической схемы, в основном, мы имеем возможность что предложить и усовершенствовать. В данной технологической схеме отсутствует важная ее часть – узел обезвоживания и утилизации осадка, но это решение является индивидуальным в зависимости от производительности очистных сооружений и производственных условий. Есть готовые решения, которые надо использовать по экономическому обоснованию. Решетки. В составе очистных сооружений следует предусматривать решетки с прозорами не более 16 мм, со стержнями прямоугольной формы или решетки-дробилки. Скорость движения сточных вод в прозорах решеток при максимальном притоке следует принимать в прозорах механизированных решеток 0,8-1 м/с, в прозорах решеток-дробилок - 1,2 м/с. [9] Производством НПФ «ЭКОТОН» г. Харьков налажен выпуск типовых решеток РКЭ грабельного типа (01), РСК ступенчатого типа (02), РМБШ барабанного типа (03), рис 5 . Аналогичные решетки на производительность от 3 м3/час до 200 м3/час с прозорами 2 мм выпускаются НПХ «Индекс – Сочи» типа УФС (0 -1 – 2 3), рис. 4. Рис. 4.- Решетки типа УФС НПХ «Индекс – Сочи» 9 Рис. 5.- Решетки НПФ «Экотон» Решетки подбираются, в основном, по пропускной автоматизации их работы, надежности, себестоимости. способности, степени Песколовки Песколовки необходимо предусматривать при производительности очистных сооружений свыше 100 м3/сут. Число песколовок или отделений песколовок надлежит принимать не менее двух, причем все песколовки или отделения должны быть рабочими.[9] Тип песколовки (горизонтальная, тангенциальная, аэрируемая) необходимо выбирать с учетом производительности очистных сооружении, схемы очистки сточных вод и обработки их осадков, характеристики взвешенных веществ, компоновочных решений и т. п. [9] 10 Для примера рассмотрим песколовку радиального типа с круговым движения воды, которые разработаны в зависимости от пропускной способности от 1400 до 70000 м 3/сутки и разделены на 8 типов. Осадок из песколовок удаляется гидроэлеватора, шнеком или другими способами. Время пребывания воды в песколовки рассчитывается на 3 – 4 мин. Минимальная допустимая скорость движения вод 0,15 м/с. Песколовки изготовляются диаметром от 2 до 18 м, высота песколовок составляет 1/4 - 2/3 их диаметра. Для сползания песка стенки конуса изготовляются под углом не менее 55° к горизонту, рис.6. Рис. 6. - Схема горизонтальной песколовки с круговым движением воды конструкции Союзводоканалпроекта: 1 - подводящий лоток; 2 - отводящий лоток; 3трубопровод рабочей жидкости к гидроэлеватору; 4 - деревянный настил; 5 гидроэлеватор; 6 - пульпопровод; 7 -разделительная перегородка. Предлагаются и прямоугольные песколовки на время отстоя около 3 минуты (Умвельттехник ГМБХ). Мы предлагаем использовать нетиповые установки, максимально отвечающие техническим условиям с минимальными стоимостными и эксплуатационными характеристиками, а также не исключаем применение типовых песколовок из известных технических решений (если это имеет экономическое обоснование). 11 Отстойники Тип отстойника (вертикальный, радиальный, с вращающимся сборнораспределительным устройством, горизонтальный, двухъярусный и др.) необходимо выбирать с учетом принятой технологической схемы очистки сточных вод и обработки их осадка, производительности сооружений, очередности строительства, числа эксплуатируемых единиц, конфигурации и рельефа площадки, геологических условий, уровня грунтовых вод и т. п. Число отстойников следует принимать: первичных - не менее двух, вторичных - не менее трех при условии, что все отстойники являются рабочими. При минимальном числе их расчетный объем необходимо увеличивать в 1,2-1,3 раза. Расчет отстойников, кроме вторичных после биологической очистки, надлежит производить по кинетике выпадения взвешенных веществ с учетом необходимого эффекта осветления.[9] Мы предлагаем использовать прямоугольные многосекционные отстойники для седиментации очищаемой воды и извлечения дисперсных частиц с размером от 80 мкм и более. По этому условию объем рабочей части отстойника выбираем на 20 минутном пребывании очищаемых стоков, что соответствует эффекту осветления 40%. [9] Прежде всего, нужно объяснить, почему мы выбрали прямоугольные отстойники. Прямоугольные отстойники более компактные в размещении и хорошо сопрягаются друг с другом, т.е. занимают меньше места. Для примера посмотрите на рис. 6 – сколько свободной площади в черте города можно было бы сэкономить, если бы отстойники были бы прямоугольные! Второе, сопряжение отстойников осуществляется через общую стенку и в этом можно экономить на их строительстве. Рис. 6. - Отстойники Многосекционность отстойников определяется от 2 и более, в зависимости от производственных условий, позволяет отключать одну из секций отстойника для проведения зачистки. На практике такой способ зачистки более качественный и оправдал себя в производстве. Для улучшения гидравлического режима отстойника мы оборудуем отстойники водораспределителями и специальными сетками, по патенту 86489 UA, вместо тонкослойных элементов. Таким образом, мы устраняем мотивацию применение радиальных отстойников вместо прямоугольных: «…несовершенство конструкций распределительных 12 устройств приводит к образованию застойных зон и, следовательно, к сокращении времени пребывания воды в них».[1] Приемная емкость необходима для гидравлической связи технологического элемента (например, отстойника, напорного флотатора) с насосом. Приемная емкость рассчитывается на объем, равной 5 – минутной максимальной производительности насосной. Напорный флотатор Необходимо привести общие рекомендации процесса флотации из СНиП 2.04.03-85: «6.97. Флотационные установки надлежит применять для удаления из воды взвешенных веществ, ПАВ, нефтепродуктов, жиров, масел, смол и других веществ, осаждение которых малоэффективно. 6.98. Флотационные установки также допускается применять: для удаления загрязняющих веществ из сточных вод перед биологической очисткой; для отделения активного ила во вторичных отстойниках; для глубокой очистки биологически очищенных сточных вод; при физико-химической очистке с применением коагулянтов и флокулянтов; в схемах повторного использования очищенных вод. 6.99. Напорные, вакуумные, безнапорные, электрофлотационные установки надлежит применять при очистке сточных вод с содержанием взвешенных веществ свыше 100-150 мг/л (с учетом твердой фазы, образующейся при добавлении коагулянтов). При меньшем содержании взвесей для фракционирования в пену ПАВ, нефтепродуктов и др. и для пенной сепарации могут применяться установки импеллерные, пневматические и с диспергированием воздуха через пористые материалы. 6.100. Для осуществления процесса разделения фаз допускается применять прямоугольные (с горизонтальным и вертикальным движением воды) и круглые (с радиальным и вертикальным движением воды) флотокамеры. Объем флотокамер складывается из объемов рабочей зоны (глубина 1,0-3,0 м), зоны формирования и накопления пены (глубина 0,2-1,0 м), зоны осадка (глубина 0,5-1,0 м). Гидравлическая нагрузка - 3-6 м3/(м2×ч). Число флотокамер должно быть не менее двух, все камеры рабочие. 6.101. Для повышения степени задержания взвешенных веществ допускается использовать коагулянты и флокулянты. Вид реагента и его доза зависят от физико-химических свойств обрабатываемой воды и требований к качеству очистки» [9]. Из всех видов флотаторов мы предлагаем только один напорный прямоугольный. Напорный флотатор необходим для задержания дисперсных частиц, которые не выделились в отстойнике, т.е. дисперсные частицы от 15 до 80 мкм. По данным [10] эффективность применения напорной флотации по очистки стоков населенного пунктов составляла 69%, что весьма эффективная и поэтому целесообразна. Очень эффективна очистка напорной флотации от взвешенных веществ 90 - 95%, снизить БПК 40 - 60%, , СПАВ до 80 - 95 % . Достоинство напорной флотации подчеркивает Мацнев А.И. [10, стр. 100,106]: « … в ряде случаев флотация может оказаться единственным приемным методом понижения концентрации растворенных высокомолекулярных соединений… Переводом в пену могут удаляться многие органические вещества: синтетические высокомолекулярные спирты и эфиры, синтетические жирные кислоты и их соли, нафтеновые кислоты, алкилсульфаты и алкилсульфонаты, алкилмиды и этаноламины, и многие другие продукты органического синтеза. В технологических схемах очистки сточных вод, соответствующих по составу сооружений полной биологической очистке стоков, флотационные установки могут располагаться после первичных отстойников… уменьшение количества бактерий при флотации достигает 90% и более». 13 Расчет напорного прямоугольного флотатора мы производим по Мацневу А.И. [10], с тем лишь существенным технологическим отличием, что приготовление стоков перед флотацией производим по заявке на изобретение. Это позволит до 15% насыщать стоки воздухом, что значительно увеличит эффект пенной флотации. Содержание растворенного воздуха в очищаемых стоках ограниченно возможности растворения воздуха при определенной температуре и давлении. Так при температуре 20°С и давлении 4 бар этот показатель находится на уровне 7,7%. Растворимость газов в воде в зависимости от температуры представлена рис. 7 [11]. Рис. 7. - Растворимость в воде газов (см3/л) при атмосферном давлении: 1 — аммиак; 2 — хлороводород; 3 — сернистый газ; 4 — сероводород; 5 — хлор; 6 — углекислый газ; 7 — кислород; 8 — воздух; 9 — азот. Приведенные значения растворимости газов, см3/л воды, при разных температурах (объемы газов приведены к нормальным условиям - 0°С и 101 325 Па). Зависимость растворенного в воде воздуха от давления представлен на рис. 8 [12]. Рассмотрим некоторые разделы теории напорной флотации на примере приведенных графиков и таблиц. Для того чтобы успешно проходила напорная флотация необходимо создать, прежде всего, водовоздушную смесь при определенной температуре и давлении. Размер выделившегося пузырька воздуха можно определить на основании закона Генри рп = Е · С, где рп - парциальное давление воздуха в пузырьке, Е – коэффициент Генри, выбираемый из табл. 2, С – концентрация растворенного воздуха вокруг пузырька. После некоторых 14 Рис.8. - График зависимости количество растворенного в воде воздуха от времени растворения и давлении, при коэффициенте Генри Е = 0,8 и t = 20˚С Значения коэффициента Генри для различных газов приведены в табл. 2 [13] Таблица 2. Значения коэффициента Генри Е для водных растворов некоторых газов (в таблице даны значения Е·10-6 в мм рт. ст.) Пересчет в СИ: 1 мм рт. ст. = 133,3 Па 15 преобразований минимальный размер пузырька воздуха можно определить по формуле: Rmin = 2 σ г-ж/ Е(С– С1) = 2 σ г-ж/ (р – р1 ), [12] где (С-С1) – величина, характеризующая пересыщение раствора; (р – р1 ) – перепад давления при насыщении воздуха и дегазации. Рассмотрим реальную ситуацию с приготовление водовоздушной смеси для напорной флотации. Давление, создаваемое флотационным насосом, равное 4 бар. При этом давлении может раствориться в воде 80 мл/л воздуха, или 8% от объема перекачиваемой воды. С применением эжектора количество воздуха должно быть не более 3,5% - дальше будет кавитация на рабочем колесе флотационного насоса. Первоначальное содержание воздуха при давлении 1 бар равно 20 мл/л или 2%. Таким образом, в воде может быть для флотации лишь 3,5% - 2 % = 1,5 % пересыщенного воздуха от объема очищаемой воды для проведения напорной флотации. Наше предложение, по заявке на изобретение №а 2008 14435, заключается в возможности насыщения воздухом на уровне предельной возможности (согласно графику на рис. 8) 7, 8, и более процентов, без ущерба для насоса, уменьшения его КПД. Часть воздуха пойдет на окисления примесей, часть - на проведения флотации, часть, 2%, останется для развития гидробионты. Для примера, произведем расчет размера пузырька воздуха при перепаде давлении в 3 бар и температуре 20˚С. Поверхностное натяжение σ г-ж при этих условиях будет 72,75 мН · м-1 . Rmin = 2· 72,75 10-3 / 3 · 105 [мН м -1/ (Н:м2 )] = 48,5·10 -8 м ≈ 0,5 мкм Одними из условий эффективности флотации является соразмерность размеров пузырька воздуха с размером примесей, а также избыток растворенного воздуха. Данные условия мы выполняем. Биологический пруд считаем необходимым элементом технологической схемы канализационных очистных сооружений городов, которые решают следующие проблемы: 1. - это, прежде всего источник пресной воды для полива зеленых насаждений, технических и пожарных целей, рыбохозяйственный водоем, источник повторного питьевого водоснабжения; осуществляет естественное очищение воды; 2. с помощью биопруда можно снижать содержание биогенных растворимых элементов, т.к. может обеспечивать снижения концентрации фосфора с 5 -15 мг/л до 2 – 9 мг/л, аммонийного азота с 4 – 7 мг/л до 2,5 мг/л, нитратов с 2- 14 мг/л до 1 – 4 мг/л [1]; 3. это гидравлическая развязка между канализационными очистными сооружениями и системой питьевого водоснабжения населенного пункта. Биопруды имеют недостатки: они не применяются на Крайнем Севере из – за низкой температуры, т.к. они рекомендуются при среднегодовой температуре более +10°С; занимают относительно большую площадь, т.к. нагрузка рассчитывается 3500 м3/сут ∙ га со временем пребывания воды около 9 суток. Для увеличения скорости биологических процессов в 2 – 2,5 раза применяют принудительную аэрацию [1]. Это затратное мероприятие и мы считаем, что для ускорения биологических процессов надо иметь естественный уровень биогенных элементов, от которых часто безуспешно, традиционные КОС от них избавляются. Биологические пруды позволяют иметь минимальное по мощности реагентное хозяйство или отказаться полностью от применения реагентов в технологическом цикле. При некоторых экономических недостатках биопрудов плюсы здесь значительные, т.к. экономится пресная вода, улучшается качество очистки, возможен биологический контроль за работой очистных сооружений с максимальным уровнем биоценоза. Уровень развития сине – зеленных водорослей в биопрудах можно контролировать технологически. [13] Биологические пруды нашли применение как на территории СНГ (Караганда, Северодонецк, Новополоцк и др.) в США, Германии и др. странах. Канализационные очистные сооружения с возвратом очищенного канализационного стока в систему питьевого 16 водоснабжения более 30 лет работают в г. Южный штат Калифорния (США) и основными технологическими элементами там являются отстойники, флотаторы, фильтры, биопруд. Само название биопруда предполагает протекание в них естественное самоочищение Промышленный фильтр. Устройство (рис.6) для очистки жидкостей от дисперсных примесей состоит из установленных одна над другой открытые сверху камеры 1, состоящих из фильтрующих элементов 2 с различными слоями фильтрующего материала 3. Фильтрующие полислойные материалы с разными размерами пор удерживается герметично по периметру многоячеистыми рамками 4, в которых имеются трубки 5 для отбора проб и измерения давления по манометру 6 на каждом фильтрующем слое. Количество фильтрующих камер может быть от одной и более, при большем количестве камеры могут быть обвязаны трубопроводами связи 7, с задвижками и насосами последовательно, параллельно и в смешанных вариантах. Подача жидкости на очистку идет под слой фильтрующего материала. Каждая фильтрующая камера имеет инфразвуковой вибратор 8, ультразвуковой излучатель 9, трубопровод канализации 10. Камеры монтируются на стальной конструкции 11. Работает устройство следующим образом. Очищаемая жидкость по трубопроводу 7 подается под слой фильтрующего материала 3. При давлении жидкости на фильтрующий материал происходит фильтрация через различные полислои фильтрующего материала: нижний монослой с большим размером пор, далее второй с меньшим размером пор и т.д. Для примера на рисунке показаны слои с размерами пор 40, 20, 2 мкм. В настоящем промышленностью выпускаются фильтрующие материалы из полипропилена, полиэтилена с размерами пор от 80 до 0,3 мкм. Рекомендуем подбирать размеры пор фильтрующего материала в этом диапазоне в зависимости от дисперсности извлекаемых частиц и вязкости жидкости. По технологическому регламенту задается скорость фильтрования и технологическая схема установки. По манометрам 6 ведется отслеживания давление на каждый фильтрующий монослой, которое должно не превышать максимальное рабочее давление фильтрации. При достижении максимального давления производят или снижение скорости фильтрации, или производят полную остановку работы фильтрующей камеры, с последующей обработкой находящейся жидкости инфразвуковыми колебаниями с помощью вибратора 8 с одновременной обратной промывкой, опорожнением камеры от жидкости через трубопровод канализации 10. После нескольких таких регенераций производят заполнение камеры жидкостью и производят одновременную обработку жидкости ультразвуковыми и инфразвуковыми колебаниями с обратной промывкой в канализацию. При такой регенерации можно опять включать в работу фильтрующую камеру и отслеживать давление фильтрации и качество очистки жидкости. По техническим условиям надо рассчитать минимальную мощность Nmin и максимальную частоту fmax инфразвукового вибратора для эффективной работы установки по прилагаемым формулам: fmax = (Sф ·ρ·g): (η · П) Nmin = (ΔVв2· ρ2·g2)/(η · П) где ρ - плотность осадка; g - ускорение силы тяжести; η - динамическая вязкость осадка; П – длина периметра осадка; Sф - площадь фильтрующего материала; ΔVв – объем вибратора. 17 Рис. 6.- Фильтр по патенту № 87346 UA Данное устройство представляет фильтр – систему с двумя, тремя, четырьмя и т.д. фильтрующими камерами обвязанных трубопроводами связи, задвижками в различных вариантах: последовательно, параллельно и смешенных режимах. Это дает возможность производить регенерацию без остановки устройства в целом. Одна фильтрующая камера в работе – есть частный вариант от двухкамерной, трехкамерной, четырехкамерной и т.д. систем. Давление фильтрации можно создавать за счет гидравлического перепада или за счет работы насосов на заданную производительность. Вертикальное расположение фильтрующих камер в системе более рациональное, чем горизонтальное по нескольким причинам: экономятся производственные площади, используется гидростатическое давление очищаемой жидкости от верхних фильтрующих камер. При очень плотных фильтрующих материалах гидростатического давления очищаемой жидкости может быть не достаточным, чтобы 18 достичь нужной производительности установки. В этом случае используем насосы на необходимую производительность и давление. В таком случае возможно горизонтальное или смещенное расположения фильтрующих камер, например, при больших их фильтрующих площадях и использовании насосов для подачи жидкости на большую производительность. Преимущества фильтра 1. Использование фильтрующих материалов типа полипропилен, полиэтилен по техническим условиям ТУ У 16512587.002 – 2001 и аналогичным техническим условиям производителя. 2. Вектор скорости фильтрации вертикальный снизу вверх. 3. Использование фильтрующих материалов в виде фильтропластов. Вертикальное расположение фильтропластов в зависимости от размера их пор (рейтинга). Внизу располагаются фильтропласты с большим размером пор, начиная от 80 мкм, потом по рейтингу с меньшим и так до рейтинга 0,3 мкм – минимальное возможный рейтинг фильтропласта в настоящее время по условиям производителя. 4. Общая толщина слоев фильтропластов не более 30 мм, что обеспечит не сложную, быструю регенерацию. 5. Конструкция позволяет проводить многоцикличную регенерацию фильтрующих материалов в результате воздействия ультразвуковых, инфразвуковых механических колебаний с задаваемыми параметрами мощности и частоты, в комплексе с обратной промывкой. 6. Гарантированное жесткое механическое крепление фильтрующего материала по его периметру на давление фильтрации до 1 МПа. 7. Механическое разделение фильтропластов между собой на расстоянии до 10 мм. Это важное условие позволяющее накапливать осадок под слоем фильтропласта. Большее расстояние между пластинами не имеет ни экономического, ни физического смысла. 8. Фильтропласты удерживаются многоячеистыми фиксирующими его рамками. Рамки изготавливаются на рассчитанную механическую нагрузку индивидуально на давление фильтрации и производительность. 9. Фильтры могут быть изготовлены, в зависимости от давления на входе и выходе, на напорно – напорные или напорно – безнапорные. 10. Фильтры такого типа могут создаваться на производительность от 0,1 м3/час до 1000 м3/ час в одном модуле или в интегрированных фильтрующих системах. 11. Фильтропласты подбираются индивидуально по решаемым проблемам очистки жидкости, а не только воды. 12. Конструкция позволяет выдерживать суммарное сопротивление фильтрации до 1 МПа, давление на корпус до 1,5 МПа. 13. Корпус фильтра изготовляется из металла толщиной от 2 мм и более, на который воздействуют нагрузки от 1 тн и более. Никакая пластмасса такие нагрузки не выдержит. С точки зрения антикоррозийной мотивации, металл для фильтра лучше изготавливать из пищевой стали 12Х18Н10Т. 14. Фильтр гарантировано может удалять 100% взвешенные вещества и бактерии из жидкостей. Это условие гарантирует физические свойства фильтропластов по ТУ У 16512587.002 – 2001 с минимальными размерами пор до 0,3 мкм. 15. Конструкция фильтра позволяет менять фильтропласты на другие при изменениях условий их эксплуатации или при их физическом износе, дефектах. 16. Монослой фильтропласта рассчитывается на давление фильтрации до 1 МПа, скорость фильтрации до 100 - 200 м/час. 17. Фильтрация с удержанием дисперсных частиц до 0,3 мкм (а с учетом «намывного эффекта» и меньше) позволяет отказаться от применения реагентов, сорбентов, что уменьшает затраты эксплуатации. Эффективность очистки на данном фильтре и возможности регенерации подробно рассмотрено в статьях на www.ecoportal.su [15]. Обезвоживание осадка Обезвоживание и утилизации осадка из очищаемых стоков осуществляется на технико- 19 экономических обоснованных решений, это и шламонакопители с естественной сушкой, вакуум – фильтры, центрифуги. Рис. 7. – Типы деконтеров в зависимости от производительности Таблица 3. – Деконтеры от Умвельттехник Гмбх Обезвоживание осадка Сгущение осадка Тип деконтатора Кол – обезвоженного осадка, кг/ч AD 0103 5-9 Призв-льность, м3/ч во Призв-льность, м3/ч Тип деконтатора 50-150 15-30 TD 1530 AD 0509 150-300 20-40 TD 2040 8-14 AD 0814 300-500 30-50 TD 3050 12-20 AD 1220 500-750 50-80 TD 5080 15-30 SD 1530 500-1000 80-120 TD 8012 20-40 AD 2040 1000-1500 150-300 TD 1002 40-70 AD 4070 1500-2500 80-120 AD 8012 1800-3500 110-160 AD 1101 2500-4200 1-3 Осадительные центрифуги непрерывного или периодического действия следует применить для выделения из сточных вод мелкодисперсных взвешенных веществ, когда для 20 их выделения не могут быть применены реагенты, а также при необходимости извлечения из осадка ценных продуктов и их утилизации. Центрифуги непрерывного действия следует применять для очистки сточных вод с расходом до 100 м3/ч, когда требуется выделить частицы гидравлической крупностью 0,2 мм/с (противоточные) и 0,05 мм/с (прямоточные); центрифуги периодического действия - для очистки сточных вод, расход которых не превышает 20 м3/ч, при необходимости выделения частиц гидравлический крупностью 0,050,01 мм/с. [9]. Прилагаем, для примера, центрифуги – деконтары от немецкой фирмы Умвельттехник Гмбх, рис. 7, табл.. 3. Данное технологическое оборудование хорошо себя зарекомендовало на ряде объектах ЖКХ России [16]. Шламонакопители наиболее экономичное решение по эксплуатационным затратам и могут составлять альтернативу механическим способам обезвоживания [17], однако имеются и недостатки: затруднена эксплуатация в осеннее – зимний период, относительно большие площади для их устройства. 3. 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. 21 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 Рис. 9. - Схема многосекционного напорного флотатора (по А.И. Мацневу): 1 - камера грубой очистки; 2 - безнапорный гидроциклон; 3 - пеноприемник; 4 дозатор коагулянта; 5 - флотационные отделения; 6 - отстойное отделение; 7 скребковый механизм; 8 - карман очищенной воды; 9 - эжектор; 10 - насос; 11 — 22 напорный бак; 12 - перфорированные трубы для подачи рециркуляционной воды; 13 выпуск осадка. атмосферного воздуха в очищаемые стоки, условие растворения воздуха в ресивере, способ подачи реагентов и очищаемых стоков, способ сбора шлама и его утилизация. Это все мы учитывали и улучшали для большей эффективности очистки. Гидравлический расчет напорного флотатора (по А.И. Мацневу):. 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. 3. 1. Инженерный расчет технологической схемы очистных сооружений пгт. Массандры 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 23 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 Qcp. сут = 250 м3/сутки. Определим максимальный qмакс. и минимальный расход в сутки: qмакс.= Qcp. cyт К общ. макс= 10 0(м3/сут) • 1,6 = 1,85 (л/с)= 6,7 м3/час; qмин = Qcp. 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 м 3/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 V0TC = Vмакс. • 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. 24 Гидравлический расчет флотатора. 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: 25 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 qмин до 0,5 qмaкс. 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. Рис. 11.- Общий план размещения предлагаемых канализационных очистных сооружений городов на 10 000 м3/сут 26 Расчетный объем ресиверов будет: tp • qмакс = 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. Насосная (4). 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). Резервуары чистой воды (РЧВ) 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. Помещения для деконтатора (9). Принимаем конструктивно два деконтатора, для 100% надежности, габаритами 1 х 2 (м) располагаемых вдоль длины отстойника. Тогда общие габариты помещения будут 7 x 4 (м). Шламонакопитель от НФ (10) Габариты шламонакопителя 1 х 3 м Площадка обезвоженного осадка (11) Габариты 4 х 13 м, разделением площадки для осадка НФ. Общие габариты очистного комплекса: Длина 20 м. Ширина: 4 + 2x4 + 3 x 3 + 8 + 5 +9х 0,25 (стенки) = 36,25 (м) ≈ 37 м На основании изложенных технических сведений можно сделать ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 1. Биологические очистные сооружения городов работают, в основном, не стабильно и требуют строительство или усреднителей, или локальных очистных сооружений промпредприятий. 2. Применение «синтетических водорослей», из – за интенсивного развития нематоды, биологически опасно и поэтому нецелесообразно. 3. Предлагаемая концепция, технологическое решение, уменьшат производственный объем сооружений: по первичным отстойникам от 4 до 6 раз, замена аэротенков – вторичных отстойников на напорный флотатор – фильтр от 20 до 24 раз. 27 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 городов предлагаем новые изобретения 2009г. по фильтрации, седиментации и две заявки на изобретения, прошедших формальную экспертизу. Предложения и комментарии по данной статье, пожалуйста, присылайте на адрес: cleanwater@inbox.ru Рекомендованная литература 1. Яковлев С.В., Карелин Я.А., Ласков Ю.М., Воронов Ю.В. Очистка производственных сточных вод. М.: Стройиздат, 1979. - 320 с. 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. 17. Похил Ю.Н. и др.. Обезвоживание кондицированных осадков коммунальных сточных вод городов Сибири. Доклады ЭКВАТЭК – 2006г., 780с. 28