Інформація про каналізаційні очисні споруди (КОС), для обробки господарсько - побутових стічних вод малих населених пунктів і виробничих підприємств.

(Продуктивність - до 1000 куб. метрів на добу).

1. Особливості господарсько - побутових стічних вод малих населених пунктів і виробничих підприємств.

Відповідно зі середньостатистичними даними, представленими в таблиці 1 цього документа, каналізаційні споруди (КОС) призначені для очистки стічних вод, як від біогенних, так і від техногенних забруднюючих речовин. Одночасна присутність даних речовин у вихідній воді, властиво для господарсько - побутових стоків малих населених пунктів і виробничих підприємств. Дана властивість пояснюється відносно невеликим обсягом стічної води, яка надходить і, отже, малим ступенем розбавлення присутніх у ній техногенних домішок, оскільки повністю виключити їх проникнення в каналізаційні мережі - не представляється можливим.

До біогенного типу забруднень відносяться органічний вуглець, який характеризується показниками БСК і ХСК; органічний фосфор - показник «фосфати», а також органічний азот - показники «нітрити», «нітрати» і «азот амонійний».

Техногенне забруднення характеризуються показниками «залізо» (та інші важкі метали), «нафтопродукти», «СПАР» і т.д. Техногенні домішки часто володіють бактерицидними властивостями.

Відзначимо, що в господарсько - побутових стоках малих населених пунктів і виробничих підприємств концентрація забруднюючих речовин біогенного типу, як правило, незначна. Середньостатистичне значення БСК названих стоків (см. Таблиця 1 цього документа) становить не більше 85 (мгО2/л), що свідчить про недостатню концентрації основних елементів живлення для того, щоб ефективно здійснити процес біологічного окислення стічної води, так як в вихідному потоці відсутнє необхідне кількість органічного вуглецю.

Крім того, співвідношення основних елементів живлення співтовариства мікроорганізмів (БСК/N/Р) в даних стоках відповідає ~ 100/30/7, таким чином, концентрації азоту (N) і фосфору (Р) значно вище, ніж це потрібно за нормами проектування для споруд біологічної очистки (100/5/1).

Таблиця 1 - Середньостатистичні показники для господарсько - побутової стічної води малих населених пунктів і виробничих підприємств.

Найменування домішки

(показник)

Концентрація

у вихідній воді

ГДК

для водойм р/г значення

Запах, бал

2

без запаху

Колір

світло-сірий

відсутність

Зважені речовини, мг/л

186

10 (2)

Зважені речовини органічні, мг/л

143

10 (2)

Загальна мінералізація, мг/л

>950

1000

рН

6,5-7,5

6,5-8,5

Каламутність, мг/л

10-50

2

Жорсткість, мг-екв/л

>7

>7

Кальцій, мг/л

   

Магній, мг/л

   

Азот амонійний, мг/л

20-23

0,5 (0,39)

Азот нітритів, мг/л

1-3

0,08

Азот нітратів, мг/л

35

40

Фосфати, мг/л

4,5-6

0,2

Сульфати, мг/л

>180

100

Хлориди, мг/л

>330

300

Карбонати, мг/л

-

-

Залізо (важкі метали), мг/л

1-5

0,1

Нафтопродукти, мг/л

1-10

0,05

Натрій, мг/л

>250

200

Калій, мг/л

>60

50

АПАР, мг/л

5-50

0,1

Бактеріальне зараження, лкп/л

високе

<500

БСК, мгО2

85

3

ХСК, мгО2

143

15

2. Дослідження складу і фазово-дисперсних станів забруднюючих речовин у вихідній воді.

Для розуміння процесів, що виникають в стоках, необхідно правильно класифікувати фазово-дисперсні стани домішок, забруднюючих стічну воду, після чого способи і методи їх видалення стають більш очевидними.

Відповідно до даних Таблиці 1 цього документа, у вихідній воді присутні нижче перераховані речовини, які характеризуються такими показниками:

2.1. БСК (менше 85 мгО2/л), ХСК (менше 143 мгО2/л).

Значення показників БСК і ХСК визначаються концентраціями практично всіх містяться у воді домішок: від частинок знаходяться в підвішеному стані до іонних розчинів.

2.2. Зважені речовини (186 мг/л).

Концентрація дрібнодисперсних зважених речовин, що знаходяться в ультразваженом стані, як правило, становить не більше 30 (мг/ л). Інша ж зваж укрупнюється за рахунок ефекту природної коагуляції і тому легко відділяється методом гравітаційного осадження у відстійниках.

2.3. Нафтопродукти (1-10 мг/л).

Нафтопродукти в воді можуть міститися в наступних фазово-дисперсних станах: грубодисперсні плівки, емульсії, мікроемульсії і молекулярні розчини. Співвідношення між концентраціями грубодисперсних плівок, легко відокремлюваних в нафтопастках і відстійниках, і емульсій з мікроемульсіями залежать від ступеня турбулізації вихідної води. При природному надходженні стоків в приймальню ємність (самоплив) концентрації емульсій і мікроемульсій не перевищують 3-5 (мг/л). У разі примусової подачі вихідної води за допомогою відцентрових насосів концентрація нафтопродуктів, що знаходяться в названих фазово-дисперсних станах, може значно зростати. Концентрація молекулярно розчинених нафтопродуктів не перевищує величину 0,3 (мг/л) [Межа розчинності нафти у воді]. Якщо час контакту нафтопродуктів і води перевищує один місяць, то межа розчинності даного забруднення збільшується до 3 - 5 (мг/л) за рахунок його природного біологічного окислення, причому дані домішки ставляться до постколоідного стану (високомолекулярні розчини аналогічні СПАР).

Залишкова концентрація нафтопродуктів повинна відповідати величині 0,05 (мг/л), тобто повинна бути нижче межі розчинності нафти у воді в природних умовах.

2.4. рН (6,5-7,5).

Величина водневого показника відповідає нейтральному середовищі.

2.5. Залізо загальне (1 - 5 мг/л).

При заданому діапазоні рН, залізо знаходиться у воді в чотирьох станах:

- тривалентне залізо, яке представляє собою нерозчинну гідроокис Fe(OH)3, яке міститься у воді у вигляді зважених частинок, ультразважи і колоїдного розчину;

- двовалентне залізо Fe2+, яке знаходиться у воді у вигляді іонного розчину.

2.6. Марганець.

При заданому значенні рН марганець знаходиться в станах ультразважей і колоїдних частинок, що представляють собою його нерозчинний гідрооксид, а також у вигляді іонного розчину.

2.7. Азот амонійний (20 - 23 мг / л).

Одним з найбільш важко відокремлюваних забруднень є амонійний азот, який утворює в стічній воді досить складну систему рівноваг. У стічній воді одночасно присутні молекулярно-розчинені речовини, що мають аміногрупи (аміни), молекулярно розчинений аміак і азот амонійний в іонної формі. Сума концентрацій даних забруднень характеризує загальну кількість органічного азоту. Рівноважне співвідношення між концентраціями амінів, аміаку та іонів амонію цілком і повністю залежить від рН базової води, а найголовніше від її власного лужного резерву (лужності - Л). Іншими словами, співвідношення між концентраціями амінів, аміаку та іонів амонію визначається індивідуальними особливостями базової води господарсько-питного призначення та є специфічним для кожного конкретного об'єкта.

Отже, при заданому значенні рН азот амонійний знаходиться в стічній воді в шести станах:

- NH4 + - іон амонію відповідний станом іонного розчину;

- NH3 - газоподібний аміак знаходиться в вигляді молекулярного розчину;

- NH2R - речовини, що містять аміногрупи, які можуть знаходитися у воді в зваженому, ультразваженому, колоїдному, постколоідному і молекулярно розчиненому станах.

2.8. СПАР (5 - 50 мг/л).

Дані речовини утворюють з водою високомолекулярні розчини відповідні постколоїдному стану.

2.9. Фосфати (4 - 6 мг/л).

При заданому значенні рН дане забруднення відповідає ультразваженому, колоїдному і іонно розчиненому (РО43-) станам.

2.10. Хлориди (до 330 мг/л), сульфати (до 180 мг/л).

Названі домішки знаходяться в стані іонних розчинів Cl-, SO42-.

2.11. Кальцій, магній.

Дані речовини знаходяться у вигляді іонних розчинів Са2 +, Mg2 +.

2.12. Натрій (до 250 мг/л), калій - (до 60 мг/л).

Названі домішки знаходиться у вигляді іонного розчину Na +, К +.

2.13. Фенол (до 0,002 мг/л), жири (до 0,8 мг/л).

Названі речовини знаходяться у вигляді високомолекулярних розчинів (постколоїдний стан).

2.14. Сухий залишок (до 950 мг/л).

Сольовий склад (сухий залишок) стічних вод, в основному, визначається катіонами Na +, К +, Са2 +, Mg2 +, Fe2 +, Fe3 + і аніонами Cl-, SO42-, HCO3-, NO3-.

3. Аналіз функціональних можливостей типових очисних схем при обробці господарсько - побутових стоків малих населених пунктів і виробничих підприємств.

Очищення господарсько - побутових стоків, що відрізняються великою кількістю містяться в них забруднюючих речовин (див. П. 1 цього документа), являє собою складну багатофакторну задачу, завершити яку в одну дію неможливо в принципі, тому дана проблема вирішується за допомогою комбінування (поєднання) різних методів очистки .

Наявність широкого спектра фазово - дисперсних станів домішок, присутніх у кожному стоці (див. П. 2 цього документа), має на увазі поетапне використання різних методів очистки в рамках єдиної технології.

3.1. З урахуванням існуючих меж кожного з методів очищення, а також з точки зору їх надійності, встановленої для отримання конкретного результату, найбільш популярною вважається наступна технологічна схема (див. Рис.1).

Рис.1- Біоокислення



Виключення будь-якого із зазначених методів обробки неприпустимо, оскільки, в цьому випадку, отримання необхідної якості очищеної води практично по всьому спектру наявних забруднень, не представляється можливим.

Слабкими ланками даної технології з точки зору очищення господарсько - побутових стоків малих населених пунктів і виробничих підприємств є = біологічне окислення і коагуляція солями алюмінію.

3.2. Присутність у вихідній воді забруднень техногенного характеру, таких як: важкі метали і нафтопродукти; призводить до збою (аж до повної зупинки) життєдіяльності співтовариства мікроорганізмів і, як наслідок, до зниження якості біологічно окисленої води. Ефективність очистки методом біологічного окислення так само значною мірою залежить від кількості біогенних домішок, які у вихідному потоці, зокрема, при показнику БСК5 менш 100 (мгО2/л) життєдіяльність співтовариства мікроорганізмів сповільнюється або припиняється через нестачу живильної середовища. Крім того, на самопочуття співтовариства мікроорганізмів великий вплив мають температура води, що очищається, стан навколишнього повітря і багато інших важливі чинники.

В цілому, аеротеночне господарство являє собою тонку, примхливу біосистему, яка відрізняється функціональної інерційністю і слабкою керованістю, коли будь-яке, в тому числі і випадкове, присутність бактерицидних домішок (техногенних речовин) в вихідному потоці здатне на тривалий час повністю вивести з ладу споруди біологічної очистки . Таким чином, для забезпечення ефективної роботи КОС потрібні великі матеріальні витрати і, особливо, присутність кваліфікованого обслуговуючого персоналу.

3.3. Введення розчину сульфату алюмінію в оброблювану воду вимагає наявності великих виробничих площ під розміщення реагентного господарства. Крім того, для очисної системи, що використовує дану схему коагуляції, витрата сульфату алюмінію при обробці стоків малих населених пунктів і виробничих підприємств орієнтовно складе від 50 до 200 кг / добу (18,25 - 73 т/добу).

Приміром, для отримання реагентним методом в оброблюваної воді концентрації, припустимо, 10 (г/м3) іонів алюмінію (Al3 +) теоретично необхідно ввести ~ 123 (г/м3) гідрату сульфату алюмінію 18 водного або 8,2 (л/ м3) його 1,5% розчину. При продуктивності очисної системи, допустимо, 700 (м3/добу) витрата реагенту складає ~ 86 (кг/добу) гідрату сульфату алюмінію 18 водного або 5740 (л/добу) його 1,5% розчину. Після введення в очищається воду 10 (г/ м3) Al3+, за рахунок гідролізу його іонів з поглинанням гідроксильних груп ОН, що містяться у воді, теоретичний водневий показник обробленої води pH складе менше 3 одиниць. На практиці рН, як правило, відповідає 4,5 - 5,5, в залежності від власного лужного запасу вихідної води. Таким чином, оброблена середу набуває кислотні властивості, отже, потрібне введення додаткового реагенту, наприклад, розчину лугу NaOH для нейтралізації води, обробленої сульфатом алюмінію.

Таким чином, в процесі реагентної коагуляції значно змінюється іонний (сольовий) склад води, що очищається, а саме, збільшується концентрація аніонів SO42- (сульфати) на ~ 53 (мг/л), при цьому ГДК сульфатів в очищеній воді складає 100 (мг/л). Крім того, в процесі нейтралізації обробленого стоку підвищується концентрація катіонів Na + на ~ 69 (мг/л). Показник «сухий залишок» в очищеній воді збільшиться на ~ 122 (мг/л).

Тому, найчастіше з метою зниження витрат на обслуговування КОС, коагуляцію тимчасово виключають зі технології, а наявне ємності утворювання пластівців використовують для природного відстоювання води, в результаті основне навантаження перерозподіляється на швидкі фільтри, що швидко виводить їх з ладу. Використання ж ультрафіолетових ламп на потоці води, що містить забруднення, малопродуктивне, так як залишкові домішки відображають ультрафіолетові промені, отже, ефективного окислення залишкових розчинів і знищення хвороботворних мікроорганізмів, присутніх в воді, в цьому разі, не спостерігається.

3.4. Різні схеми очистки господарсько і промислово - побутових стічних вод методом біологічного окислення найбільш професійно представлені в посібнику: Яковлєв С.В. та ін. «Очищення виробничих стічних вод»; Москва; Стройиздат; 1985.

Відповідно з дослідними даними, межа якості за БПК для методу біологічного окислення з глибокою доочисткою води становить від 6 до 15 (мгО2/л), а не 3 (мгО2/л), що відповідає сучасним нормативам для скидання очищених стоків у водні об'єкти, мають рибогосподарське значення. З урахуванням того, що у вихідній воді присутні техногенні домішки (см. Таблиця 1 цього документа), залишкове значення БСК в очищених стоках, в цьому випадку, перевищує 20 (мгО2/л).

Залишкова концентрація азоту амонійного в очищеній воді повинна бути не більше 0,5 (0,39) (мг/л). Однак, межа якості очищення методом нітро - денітріфікації для амонію становить 1,5 - 5 (мг/л). Залишкову концентрацію азоту амонійного в очищеній воді, що відповідає значенню 0,5 (0,39) (мг/л), можна гарантувати тільки при послідовному використанні методів сорбції та катіонообміну.

Що стосується видалення техногенних домішок до залишкових концентрацій, які відповідають ГДК для водних об'єктів, що мають рибогосподарське значення, зазначимо таке:

- залишкова концентрація нафтопродуктів в очищеній воді, відповідна значенню 0,05 (мг/л), може бути гарантована тільки при використанні сорбції, так як межа розчинності нафти у воді становить 0,3 (мг/л);

- залишкова концентрація «СПАР» в очищеній воді, відповідна значенню 0,1 (мг/л), так само може бути гарантована тільки за допомогою використання сорбентів;

- залишкова концентрація заліза в очищеній воді, відповідна значенню 0,1 (мг/л), може бути гарантована тільки після її обробки на катіонообміну смолі.

Висновок. Стрімке зростання антропогенного забруднення води і, як наслідок, посилення правових заходів захисту навколишнього середовища, виражене в перманентному посилення екологічних вимог до якості очищених стоків, виявили ситуацію, яка обмежує застосування існуючих типових схем при очищенні господарсько - побутових стоків малих населених пунктів і виробничих підприємств. Вище показано, що, в даному випадку, використання типових схем не гарантує отримання якості очищених стоків, відповідне ГДК для водних об'єктів, що мають рибогосподарське значення.

4.Загальний вид технологічної схеми комплексного очищення господарсько - побутових стоків малих населених пунктів і виробничих підприємств.

4.1. Вихідний стік доцільно накопичувати в приймальні ємності. Дана ємність призначена для:

- уловлювання великих включень за допомогою фільтрувальної решітки, що розміщується в місці надходження вихідної води;

- первинного відділення забруднень методом відстоювання;

- усереднення хімічного і іонного складу вступників стоків;

- акумулювання стічних вод з метою згладжування пікового витрати.

4.2. Для глибокої попереднього очищення надходить потоку найефективніше послідовне використання відстоювання в приймальній ємкості і отдувки в спеціальному резервуарі аерації з метою добування СПАР і розчинених газів (аміак, сірководень, метан, СО2 та ін.). А також для початкового окислення інших забруднень атмосферним киснем. В приймально - аварійної ємності, а так само в резервуарі аерації можуть виникати процеси анаеробного і аеробного біологічного окислення забруднюючих включень, за умови, що названим процесам не перешкоджатимуть недолік харчування або наявність техногенних домішок (бактерицидних речовин) у вихідному господарсько - побутовому стоці.

4.3. Для остаточного видалення з попередньо окисленого стоку біогенних складових (БСК5, ХСК, азот амонійний) має сенс скористатися методом хімічного окислення шляхом дозованої подачі розчину окисного агента (перекис, ЦПХ і т. Д.) В потік води, що очищається, так як залишкове значення БПК в проясненої воді (см. п.п. 4.1. та 4.2. справжнього документа) становить не більше 25 (мгО2/л).

4.4. Залишкові забруднення після етапів відстоювання, отдувки і хімічного окислення складають продукти окислення у вигляді колоїдних утворень і ультразваживальні частинки. Їх виділення за допомогою контактних освітлювачів або фільтруючих пристроїв (швидких фільтрів), без попереднього укрупнення, не представляється можливим. Крім того, на даному етапі слід видалити з води органічний фосфор. Укрупнення названих забруднень, так само як і видалення органічного фосфору здійснюється за допомогою використання коагулянту (див. П. 3.3. Справжнього документа). В якості коагулянту, крім розчину солей алюмінію (реагентна коагуляція), можливо безпосереднє введення в потік води, що очищається аноднорозчинного алюмінію електрохімічним способом (електрокоагуляція). Застосування електрокоагуляції є кращим, особливо в локальних, невеликих очисних системах, так як електрокоагулятори відрізняються компактністю і простотою управління, в процесі експлуатації максимально надійні і вимагають менших працезатрат при їх обслуговуванні. Крім того, після здійснення процесу електрокоагуляції сольовий (іонний) склад (сухий залишок) і рН обробленої води практично не змінюються на відміну від реагентного коагуліровання (див. П. 3.3. Справжнього документа). Слід зазначити, що коагуляція забруднень (або укрупнення) є ядром усього процесу очищення, тому від ефективності її проведення цілком залежить працездатність всіх наступних очисних пристроїв.

Таким чином, з точки зору конструкторсько-технологічної та техніко-економічної доцільності, реагентної коагуляцію необхідно замінити електрокоагуляцією, яка вважається найбільш універсальним методом і має незаперечні переваги. Але повсюдного застосування даного методу перешкоджає один, але дуже суттєвий недолік, а саме, пассивация пластин (електродів) в електрокоагулятором. У справжній схемі очищення стічних вод включений електрокоагулятор, працюючий як завгодно довго, на будь-яких типах вихідної води, без обмеження початкових концентрацій основних включень і, перш за все органіки, як найбільш розповсюдженого виду забруднень. Здійснення процесу електрокоагуляції при змінному тиску рідини, а так же оптимізація робочих параметрів напруги, струму та стану оброблюваної середовища, дозволили практично повністю виключити процес пасивації електродів. Мало того, був отриманий додатковий ефект електродеструкція забруднюючих речовин, який не спостерігається в звичайних електрокоагуляціонний установках. Як наслідок, скоротився час на обробку води, багаторазово збільшилася інтенсивність протікання наступних процесів, що спричинило за собою мінімізацію часових та експлуатаційних витрат.

4.5. Після введення іонів алюмінію в очищається воду необхідно якийсь час для завершення процесу гідролізу іонів металу, в результаті чого з об'єму води виділяються гелевидні структури, що представляють собою гідроокис алюмінію. Дані структури називаються пластівцями. Поверхня пластівців володіє високою адгезійною сумісністю з продуктами окислення, а так само з дрібнодісперсними і колоїдними частинками. Названі частинки налипають на поверхні пластівців, за рахунок чого відбувається їх укрупнення. Отриманий ассоциат осідає з утворенням нерозчинного осаду. Крім того, іони алюмінію утворюють нерозчинні і малорозчинні сполуки (фосфат алюмінію, алюмосилікати і т.д.), таким чином, виводяться з розчину фосфати і силікати, які потім видаляються з води при відстоюванні або контактному посвітлінні (фільтруванні). Перераховані процеси відбуваються в резервуарі утворювання пластівців.

4.6. Після осадження пластівців, вода з резервуару утворювання пластівців направляється в контактний освітлювач (швидкий зернистий фільтр). Залишкові пластівці відокремлюються на поверхні зернистої завантаження і утворюють намивний (псевдофільтруючий) шар, при проходженні якого, очищається вода отримує додаткове освітлювання. В даний час найбільш ефективним завантажувальним матеріалом є фільтроагрегат (АG) на основі дегідратованого алюмосилікату. Фільтроагрегат відрізняється від інших зернистих завантажень відносно малою щільністю, підвищеною брудʼємністю і механічною міцністю, тому в процесі промивки зворотним потоком води, матеріал ефективно звільняється від забруднень, виділених в його обсязі, тим самим практично повністю відновлюється його гідропроникність і брудʼємність.

4.7. Контактно освітлена вода надходить в сорбційний фільтр, де з неї видаляються залишкові молекулярно розчинені забруднення такі як: нафтопродукти, СПАР, аміак, залишкові продукти окислення, залишкові окисні агенти і т. Д.

4.8. Після сорбції вода подається на катіонообмінний фільтр, де здійснюється витяг залишкових іонів амонію NH4 + і металів Fe2 +, Al3 + (залізо, алюміній), що знаходяться у воді.

При вилученні з води іонів важких металів методом іонообміну більш доцільно використовувати К-катіоніт, ніж Na-катіоніт, так як атомарна маса іона калію ближче до усередненої атомарної масі важких металів. Відповідно з поставленим завданням, катіоніт повинен витягувати тільки іони амонію і важких металів (NH4 +, Fe2 +, Fe3 +, Cr3 +, Al3 + і т.д.). Однак, даному процесу перешкоджає наявність у стічній воді катіонів солей жорсткості (Ca2 + і Mg2+), що призводить до необґрунтованих витрат на реагенти та утилізацію додаткових обсягів відпрацьованих регенераційних розчинів. Таким чином, катіонообмінне завантаження має володіти високою селективністю на тлі солей жорсткості з витягання іонів амонію та іонів важких металів. Іншими словами, з води, обробленої на даній завантаженні, повинні повністю вилучатись перераховані іони, але при цьому концентрація катіонів кальцію і магнію повинна бути незмінною. Найбільш відповідною даній вимозі визнана калій - катіонітового завантаження марки «HL». В якості реагенту для регенерації (відновлення іонообмінної активності) зазначеної завантаження використовується розчин KCl. Відпрацьований розчин акумулюється в спеціальному баку, де потім проводиться його регенерація.

Основні експлуатаційні характеристики калій - катіоніта марки «HL» представлені в таблиці 2.

Таблиця 2 - Основні експлуатаційні характеристики катіоніта «HL».

п/п

Найменування

Показник

1.

Розмір частинок, мм

0,5

2.

Щільність, т/м3

0,9

3.

Робоча і об’ємна ємність по амонію і важким металам, моль/кг

3,0

4.

% регенерації

98-99

5.

Реагент

8 ÷ 10%

розчин KCl

6.

Продуктивність 1м3 завантаження, не більше (м3/годину)

6

7.

Термін експлуатації, рік

4

4.9. Очищена вода піддається остаточному знезараженню на установці УФ - опромінення, після чого може бути скинута у водний об'єкт, що має рибогосподарське значення.

4.10. Для зручності подамо послідовності методів очистки, необхідні для гарантованого видалення основних домішок до ГДК водойм рибогосподарського значення, у вигляді таблиці.

Таблиця 3 - Послідовність методів очистки.

Найменування домішки

(показник)

Концентрація

у вихідній воді

ГДК

для водойм р/г значення

Необхідна послідовність методів очистки до ГДК

1

2

3

4

Запах, бал

2

без запаху

Отдувка (аерація) + сорбція

Колір

світло-сірий

відсутність

Коагулірування (при необхідності окислення) + пластівців + контактна освітлювання

Зважені речовини, мг/л

186

10 (2)

Відстоювання або (і) ціклоніровання

Зважені речовини органічні, мг/л

143

10 (2)

Коагулірування + пластівців + контактна освітлювання

Загальна мінералізація, мг/л

>950

1000

Знесолення

рН

6,5-7,5

6,5-8,5

Нейтралізація

Каламутність, мг/л

10-50

2

Коагулірування + пластівців + контактна освітлювання

Жорсткість, мг-екв/л

>7

>7

Пом'якшення

Кальцій, мг/л

   

Пом'якшення

Магній, мг/л

   

Пом'якшення

Азот амонійний, мг/л

20-23

0,5 (0,39)

Біообработка з продовженим циклом аерації (нітри - денітрифікація) + сорбція + катіонообмін (зворотний осмос) або окислення + сорбція + катіонообмен (зворотний осмос)

Азот нітритів, мг/л

1-3

0,08

Біообработка з продовженим циклом аерації (нітри - денітрифікація) або окислення

Азот нітратів, мг/л

35

40

Біообработка з продовженим циклом аерації (нітри - денітрифікація) або аніонообмін (зворотний осмос)

Фосфати, мг/л

4,5-6

0,2

Коагулірування + пластівців + контактна освітлювання

Сульфати, мг/л

>180

100

Знесолення

Хлориди, мг/л

>330

300

Знесолення

Карбонати, мг/л

-

-

Пом'якшення

Залізо (важкі метали), мг/л

1-5

0,1

Окислення (відновлення) + коагулірування + пластівців + контактна освітлювання (при необхідності катіонообмін)

Нафтопродукти, мг/л

1-10

0,05

Відстоювання + коагулірування + пластівців + сорбція

Натрій, мг/л

>250

200

Знесолення

Калій, мг/л

>60

50

Знесолення

АПАР, мг/л

5-50

0,1

Отдувка (аерація) + сорбція

Бактеріальне зараження, лкп/л

високе

<500

Знезараження

БСК, мгО2

85

3

Біообработка і (або) окислення + коагулірування + пластівців + контактна освітлювання + сорбція

ХСК, мгО2

143

15

Біообработка і (або) окислення + коагулірування + пластівців + контактна освітлювання + сорбція

4.11. На підставі вище викладених міркувань, уявімо технологічну схему комплексного очищення господарсько - побутових стоків малих населених пунктів і виробничих підприємств у вигляді малюнка (см. Рис. 2.). Ще раз відзначимо, що в представленій схемі не виключаються процеси анаеробного окислення забруднень в приймально - аварійної ємкості і аеробного окислення в резервуарі аерації, за умови, що названим процесам не перешкоджатимуть недолік харчування або наявність техногенних домішок (бактерицидних речовин) у вихідному господарсько - побутовому стоці. Однак, в представленій схемі, процеси біологічного окислення не мають настільки ключового значення, як в існуючих типових схемах, тому випадкове або навмисне придушення життєдіяльності співтовариства мікроорганізмів не призводить до виходу з ладу КОС в цілому. При цьому функціональне навантаження перерозподіляється на пристрої хімічного окислення, електрокоагуляції, контактного посвітління, сорбції та катіонообміну, однак, якість очищеної води, в будь-якому випадку, залишається незмінним і відповідає ГДК для водних об'єктів, що мають рибогосподарське значення. Таким чином, каналізаційні очисні споруди, що реалізують представлену технологію, відрізняються від типових схем функціональної гнучкістю і володіють можливістю технологічного управління процесом очищення.

Рис.2

Таблиця 4 - Перелік елементів технологічної схеми.

п/п

Позначення

Найменування

Примітка

1.

ПС

Резервуар аерації

Відстійник чотиресекційний:

  • секція аерації;

  • секція видалення надлишкового мулу;

  • контактна секція;

  • перехідна секція

2.

В

Воздуходувка

 

3.

ВП

ДЖ

Установка електрохімічного отримання реагентів «Універсал ПР-72 РС» (електрокоагулятор)

ВП- виконавчий пристрій;
ДЖ-джерело живлення ІПК-250

4.

ЦПХ,НД1

Установка електрохімічного отримання й дозування окисного агента

ЦПХ - установка отримання розчину окисного агента (ЦПХ);

НД1-насос-дозатор отриманого розчину

5.

ВТС

Ємність утворювання пластівців

Відстійник двосекційний:

  • секція утворювання пластівців;

  • перехідна секція

6.

Н1,Н2,Н3

Насос відцентровий

Для перекачування води

7.

КО

Фільтр механічний засипною

Контактний освітлювач із завантаженням фільтроагрегатом

8.

С

Фільтр сорбційний засипний

Завантаження - вугілля активоване

9.

К

Фільтр іонообмінний засипний

Завантаження - К-катіоніт марки «HL»

10.

УФ

Блок УФ - опромінення

 

11.

ПЗВ

Пристрій зневоднення твердих відходів (опадів)

Фільтр - прес і (або) пристрій мішечного типу

12.

КОН, КСІ,НД2

Допоміжне обладнання для регенерації рідких відходів (розчинів)

  • КОН-резервуар для отримання та зберігання розчину їдкого калі;

  • КCl-резервуар для отримання та зберігання розчину хлориду калію;

  • НД2-насос-дозатор лугу

13.

ІН

Насос іловий

 

14.

ДН

Насос дренажний

 

15.

НП

Насос подачі регенераційного розчину

 

16.

ПЄ

Приймально - аварійна ємність

 

17.

ПФ

Повітряний фільтр

 

18.

ДР

Датчик рівня кондуктометрічний САУ-М6

 

5. Принцип роботи КОС.

В якості ілюстрації принципу роботи КОС розглядається варіант очистки та знезараження господарсько-побутових вод малих населених пунктів і виробничих підприємств з наступним відведенням очищених стічних вод у водний об'єкт, що має рибогосподарське значення. КОС функціонує наступним чином:

  • стічні води самопливом надходять в приймально-аварійну ємність (ПЄ; див. Рис. 2), де проводиться їх первинне акумулювання;

  • По спрацьовуванню датчика рівня рідини (ДР), розміщеного в приймально-аварійної ємності, автоматично включається або відключається подавальний насос (Н1), який продавлює вихідну воду через ежектор і направляє її в резервуар аерації (ПС), де здійснюється інтенсивна продувка стоку стисненим повітрям з метою видалення високомолекулярних СПАР, аміаку та інших розчинених газів. Крім того, в даному резервуарі проводиться окислювання домішок атмосферним киснем. З відпрацьованого газу спочатку видаляється піна, а потім його потік прямує в повітряний фільтр (ПФ) для вилучення аміаку, сірководню, вуглекислого газу і т.д., після чого очищене повітря повертається в атмосферу. Воздуходувка (В) і насос-дозатор розчину окисного агента (НД1) включаються або відключаються автоматично, в разі підвищення або зниження тиску води в трубопроводі, що подає, за рахунок чого спрацьовує реле тиску (РТ - на малюнку не показано), за допомогою якого управляється зазначене обладнання ;

  • Після отдувки, вода піддається відстоюванню в виділеної секції резервуара аерації з метою видалення продуктів окислення, потім в її потік подається певна кількість окисного агента (ЦПХ), який синтезується на спеціальній установці по його електрохімічного отриманню. В резервуарі аерації передбачена ще одна виділена секція, звана контактної ємністю, в якій здійснюється перебування води після введення окисного агента з метою завершення хімічних реакцій окиснення, а так само для її попереднього знезараження;

  • Попередньо освітлена вода, за допомогою насоса (Н2; див. Рис. 2.), під тиском подається в виконавчий пристрій електрокоагулятора (ІУ), в якому проводиться її насичення іонами алюмінію електрохімічним способом. Насос (Н2) і джерело живлення електрокоагулятора ІПК-250 включаються і відключаються автоматично по сигналу з датчика рівня рідини (ДР1), який розміщується в перехідній секції резервуара аерації (ПС);

  • Вода після електрообробці надходить у відстійник (ВТС), в якому розчинені іони алюмінію гидролізуються з утворенням гідроокису (пластівців). Отримані пластівці мають об'ємну, розвинену структуру поверхні, що має хорошими адсорбційними властивостями. Таким чином, на поверхні пластівців адсорбуються як дрібнодисперсні і колоїдні домішки, так і залишкові продукти окислення, після чого отриманий ассоциат осідає з утворенням нерозчинного осаду;

  • Осад періодично відкачується шляхом короткочасного ручного включення мулового насоса (ІН) і подається на пристрій для його зневоднення (УТО);

  • Після формування і часткового осадження пластівців, вода з відстійника за допомогою насоса (Н3) під тиском направляється в блок освітлювання, де спочатку здійснюється виділення залишкових дрібнодисперсних пластівців на поверхні зернистої завантаження (КО);

  • Контактно освітлена вода надходить в сорбційний фільтр (С) для вилучення залишкових молекулярно розчинених забруднень, таких як: нафтопродукти, СПАР, аміак і т.д.;

  • Насос (Н3) включається і вимикається автоматично по сигналу з датчика рівня рідини (ДУ2), який розміщується в перехідній секції відстійника (ВТС);

  • При зростанні запірного тиску на зернистих загрузках засипних фільтрів проводиться їх автоматична (КО) або ручна (С, К) промивка зворотним потоком води;

  • Відпрацьовані промивні води надходять в пристрій зневоднення (УТО) і після відділення твердих частинок по дренажній системі повертаються в приймальню ємність;

  • Подача води в дренажну систему виробляється насосом (ДН), який включається або відключається автоматично по сигналу з датчика рівня (ДУ4 - на малюнку не показаний), встановленого в нижній секції пристрої (УТО);

  • Після контактного прояснення і сорбції, вода подається в калій - катіонітових фільтр (К), де здійснюється заміщення залишкових іонів амонію NH4 + і металів Fe2 +, Al3 +, що знаходяться у воді, на іони К +. В якості реагенту для відновлення іонообмінної активності калій - катионітовою смоли використовується розчин KCl. Відпрацьований розчин акумулюється в спеціальному резервуарі, де виробляється його регенерація;

Очищена вода піддається остаточному знезараженню на установці УФ - опромінення, після чого може бути скинута у водний об'єкт, що має рибогосподарське значення.

6. Відходи очищення.

6.1. Велика частина відходів очистки накопичуються в приймальні ємності. У приймальні ємності утворюються такі відходи: опади, які з суміші органічних і неорганічних твердих включень, які є біологічно окисленими речовинами; плаваючий шар окислених нафтових і жирових плівок, які відносяться до слаботоксичних, нерозчинних у воді речовинам.

У секції осадження резервуара аерації може виділятися надлишковий активний мул, який так само являє собою біологічно окислене речовина.

В відстійнику утворювання пластівців і на контактному освітлювачі відокремлюються коагулювати дрібнодисперсні і колоїдні включення, гідроокис заліза, гідроокис алюмінію, сполуки фосфору. Даний вид відходів являє собою нерозчинну у воді і мало розчинну в органічних кислотах суміш: гидроокісей алюмінію (Al(OH)3) і заліза (Fe(OH)3) з окисленими органічними і неорганічними забрудненнями. Алюміній і залізо в нейтральному середовищі ставляться до малорухомої формі важких металів, тому їх концентрація в ґрунті не лімітується, тобто дані відходи є практично інертними.

6.2. Опади та інші відходи, які утворюються в процесі очистки, належать до IV класу небезпеки, в залежності від співвідношення органічних і неорганічних речовин в відділених забрудненнях. Тому після видалення надлишків води (зневоднення, ущільнення), отримані відходи допускається складувати і переробляти спільно з твердими побутовими відходами (ТПВ) або використовувати в планувальних роботах.

Відзначимо, що використання відходів в планувальних роботах, можливо тільки після позитивних висновків за результатами хімічних і мікробіологічних аналізів фактично отриманого (реального) осаду.

6.3. Витяг осаду з ємнісного обладнання проводиться за допомогою фекальних (мулових) насосів.

6.4. Зневоднення осаду може здійснюватися або на фільтр - пресі з наступним накопиченням в спеціальних мішках, або шляхом його природного гравітаційного ущільнення на поверхні тканого матеріалу безпосередньо самих мішків.

6.5. Опади і відпрацьовані зернисті завантаження утилізуються наступним чином:

- Мішки, заповнені збезводненим осадом, вивозяться спеціальним автотранспортом спільно з ТПВ, після чого спорожняються на звалищі і можуть бути використані повторно.

- Відпрацьований сорбент спочатку зневоднюється на поверхні тканинного матеріалу в спеціальних мішках, після чого вивозиться спільно з ТПВ аналогічно зневодненого осадку.

- Відпрацьована калій - катіонітова смола спочатку зневоднюється на поверхні тканинного матеріалу в спеціальних мішках, після чого вивозиться спільно з ТПВ аналогічно зневодненого осадку.

6.6. Відпрацьований реагент після хімічної регенерації калій - катіонітових фільтрів, являє собою 1,5 М розчин NH4Cl, який може бути утилізований (відновлений) наступним чином:

- При додаванні розчину лугу КОН в розчин NH4Cl до отримання в останньому сильнолужного середовища (рН≥11), утворюються водяні розчини КCl і NH3 (аміак).

- Після видувки аміаку з розчину за допомогою стиснутого повітря, що надходить з повітродувки (В; див. Рис. 2.), розчин КCl використовується повторно для регенерації К-КАТ завантаження.

- Відпрацьоване повітря пропускається через поглинач (сорбент), в якому з нього витягується аміак.

- Очищене повітря повертається в атмосферу.

- Відпрацьований поглинач вивозиться і утилізується спільно з ТПВ аналогічно зневодненого осадку.

7.Техніко - економічне обґрунтування.

7.1. Питома вартість витратних матеріалів і реагентів.

- Вартість 1 грама аноднорозчинного алюмінію, обумовлена як вартість виготовлення блоку електродів / корисна маса алюмінію - становить 0,015(€/г)(СА);

- Приймаємо вартість 1кВт • год. електроенергії відповідної

0,05 (€ / кВт) (СЕ);

- Витрата алюмінію при очищенні води середнього рівня забрудненості становить 5 (г/м3) (РАЛ) (див. Таблиця 1 справжнього документа);

- Середньо енергоспоживання технологічного процесу становить

1,1 (кВт/м3 очищеної води) (РЕ);

- Річні витрати на заповнення зернистих завантажень співвіднесені до 1 куб. метру очищеної води (ЗЗ) визначаються по співвідношенню:

ЗЗ = [(л; заповнення фільтроагрегата) • (€/л; вартість фільтроагрегата) + (л; заміна сорбенту) • (€/л; вартість сорбенту) + (л; заміна калій - катіоніта) • (€/л; вартість калій катіоніта)] / (м3/рік; річний обсяг очищеної води) - (€/м3 очищеної води);

- Інші витрати (окислювач, луг, хлористий калій, кислота, УФ - лампи, диспергатори газу, утилізація відходів) оцінюються в ПР ≈ 0,037 (€/м3 очищеної води).

Як приклад розглянемо КОС продуктивністю 700 (м3/добу.), Оскільки саме дана продуктивність є найбільш поширеною для малих населених пунктів. Перелік витратних матеріалів та їх орієнтовна кількість, необхідне для очищення стоку середнього рівня забрудненості (см. Таблиця 1 справжнього документа) на спорудах продуктивністю 700 (м3/добу.), Представлені в таблиці 6.

Таблиця 6 - Перелік витратних матеріалів та їх кількість.

п/п

Найменування

Од. виміру

Кількість

Періодичність заміни

1.

Куховарська сіль NaCl

ГОСТ 13830-84

т/рік

7,5

Щодоби по 21 кг NaCl

2.

Хлористий калій KCl

ГОСТ 4568-95

кг/рік

300

Добавка за 1 рік

3.

Блок електродів системи електрокоагуляції. Матеріал: алюміній Лист АД 10 х 1000 х 2000 ГОСТ 21631-76

кг/рік

750

Заміна через кожні 6 міс.

4.

Блок електродів установки ЦПХ

шт

2

Заміна через кожні 3 роки

5.

Фільтроагрегат марки «AG»

л/рік

350

Досипання 1 раз на рік

6.

Вугілля активоване марки «207с»

м3/рік

8

Заміна 4 (м3) через кожні 6 міс.

7.

Сорбент марки «Флам»

Т

5

Заміна через кожні 4 роки

8.

УФ - лампа 40 Вт

шт/рік

6

Заміна раз на рік

9.

Луг КОН

кг/рік

2200

По 1100 кг 1 раз на 6 міс.

10.

Соляна кислота HCl

кг/рік

50

25 кг кожні 6

Примітка. * При використанні як коагулянту - розчину гідрату сульфату алюмінію 18 водного, фактичний витрата даного реагенту складає 77 (кг/доб.) або ~ 28 (т/рік).

Питома вартість (СУ) витратних матеріалів при очищенні 1 куб. метра води встановлюється із співвідношення:

СУ = СА • РАЛ + СЕ • РЕ + ЗЗ + ПР = 0,075 + 0,055 + 0,09 + 0,038 = 0,0258 (€/м3 очищеної води).

7.2. Порівняння з аналогами.

В даний час спостерігається стрімке зростання антропогенного забруднення природи і, як наслідок, в країні посилені правові заходи захисту навколишнього середовища, виражені, зокрема, в посилення екологічних вимог до якості очищених стоків. Великі державні підприємства, такі як «Водоканал», з вирішенням поставленого завдання в цілому справляються або, принаймні, прагнуть до її дозволу, чого ніяк не можна сказати про очищення стоків малих населених пунктів і віддалених виробничих підприємств. Проте цьому є своє пояснення - у великих міських утвореннях спостерігається значне розбавлення техногенних (бактерицидних) домішок, випадково чи навмисно потрапляють в каналізаційні мережі, тому істотного впливу на процес біологічного окислення вони не роблять. У малих населених пунктах обсяги вступників стоків набагато менше і, таким чином, ефект розбавлення не здатний запобігти випадкового або навмисного отруєння співтовариства мікроорганізмів на спорудах біологічної очистки. У розділі 3 цього документа показано, що, використання типових технологічних схем при очищенні стоків малих населених пунктів - не ефективне з точки зору надійності і не гарантує отримання якості очищених стоків, відповідне існуючим гранично допустимим концентраціям (ГДК) для водних об'єктів рибогосподарського значення. Отже, додаткове порівняння типових схем очистки стоків і представленої вище технології - не має сенсу.

У будь-якому технологічному процесі всі очисні елементи і методи є однаково важливими, оскільки тільки строго вивірена послідовність впливів на воду, що очищається дозволяє домогтися необхідного результату. Однак деякі методи очистки мають домінуюче значення, так як від правильності та ефективності їх проведення цілком залежать умови функціонування наступних очисних пристроїв. Іншими словами, певні методи мають вирішальний вплив, але не на кінцевий результат, тобто якість очищення, а на витратну складову технологічного процесу, в цілому. Наприклад: на періодичність заміни або регенерації завантажень, на термін експлуатації дорогих очисних елементів, на кількість витратних матеріалів і т.д. У нашому випадку таким методом є коагуляція, оскільки від її ефективності залежать: кількість використовуваного окислювача, а також умови і, відповідно, терміни експлуатації сорбційної завантаження, іонообмінної смоли, тобто найбільш дорогих витратних матеріалів і реагентів. Отже, встановлено, що від ефективності застосовуваного пристрою коагуляції залежать економічність і практична привабливість всього технологічного процесу. В цьому ключі і будемо здійснювати подальше порівняння.

7.2.1. Порівняння з аналогічними методами.

Аналогом електрокоагуляції з точки зору методу обробки забрудненої води є реагента коагуляція, яка здійснюється шляхом дозованої подачі розчину реагенту (коагулянту) в потік оброблюваної води. В нашому випадку, як реагент для порівняння виступає 1÷10% розчин гідрату сульфату алюмінію (Al2 (SO4) 3) 18Н2О. Детальніше см.п.3.3. справжнього документа.

При порівнянні витрат на витратні матеріали та електроенергію при реагентном коагулюванні і при електрокоагуляції встановлено, що при реагентом коагулюванні названі витрати більше ~ в 1,5 рази, і це ще без урахування додаткових витрат на луг.

Технічне обслуговування очисних систем, що використовують метод реагентного коагулірування, значно зростає в порівнянні з електрокоагуляцією через наявність додаткових робіт з отримання розчинів і доставці реагентів. За приблизною оцінкою обсяг технічного обслуговування збільшується: в 1,5÷2 рази. Таким чином, у зв'язку з підвищенням інтенсивності праці та розширення кола обов'язків (підготовка реагенту), заробітну плату оператора слід збільшувати.

В процесі реагентної коагуляції змінюється іонний (сольовий) склад води, що очищається, а саме: збільшується концентрація аніонів SO42- (сульфати) і при нейтралізації стоку підвищується концентрація катіонів Na+. В процесі анодного розчинення алюмінію, іонний (сольовий) склад води, що очищається залишається незмінним. Електрокоагуляція увазі отримання додаткових гідроксильних груп (ОН) при електролітичному розкладанні молекул води (спрощена формула - 2Н2О + 2е → Н2 ↑ + 2ОН-) на катоді, крім того виникає деполяризація катода іонами Н + (2Н + + 2е → Н2 ↑), тим самим компенсується кількість іонів ОН-, що витрачаються на гідроліз Al3 +, тому обробка води методом електрокоагуляції практично не змінює її рН, отже, додаткової нейтралізації обробленого потоку - не потрібно.

Висновки.

В процесі порівняння очисних систем, в яких використовується реагентна коагуляція, і електрокоагуляціонний установок виявлено наступне:

- Системи очистки на основі реагентного методу мають значні габаритні розміри (потрібно, як мінімум, ще один блоковий модуль для розміщення ділянки підготовки та зберігання реагенту);

- Витрати на витратні матеріали при реагентном коагулюванні збільшуються в 1,5 рази при порівнянній вартості обладнання;

- Реагентні системи використовують більш складна і трудомістка обладнання, через що витрати на обслуговування збільшуються в 1,5 ÷ 2 рази;

- При обробці води сульфатом алюмінію, її іонний (сольовий) склад зазнає значних змін, тому, в деяких випадках потрібне додаткове знесолення обробленого потоку.

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ:

На підставі аналізу можливостей існуючих типових схем і використовуваного в них водоочисного обладнання, можна зробити наступні висновки:

- У наявності прагнення багатьох організацій, що займаються проблемами очистки стічних вод, вирішити всі поставлені завдання за допомогою якого - або окремо взятого очисного елемента. Однак практика показує, що все очисні елементи в технологічній схемі рівнозначні і недооцінка будь-якого з них призводить до неузгодженості функціонування схеми в цілому і, як наслідок, до отримання негативного результату.

- Кількості витратних матеріалів, необхідних для очистки стоків, практично всіма організаціями значно занижуються або, в деяких випадках, вказується далеко не повний їх перелік.

- Багато організації не звертають уваги споживачів на кількість і клас небезпеки відходів, що утворюються в процесі очистки стоків, і, крім того, не вказують способи їх утилізації.

- Найчастіше, декларований результат пояснюється наявністю якогось «ноу-хау» або «чорного ящика», завдяки чому досягається небувалий ефект, але спроби його технічного обґрунтування звучать вкрай невиразно або взагалі відсутні. Дана позиція викликає подив, тому що якщо виявлений будь-якої невідомий ефект, то його логічно запатентувати і потім докладно роз'яснити, а не ретельно приховувати.

- Звертає увагу, що можливості очисного обладнання іноземних фірм, як правило, завищуються, причому не самими фірмами, а їх представниками.