Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Водоотведение региональных предприятий по производству молочной продукции. Монография
.pdf
81
Рисунок 8.1. Технологическая схема с напорным флотатором
Рисунок 8.2. Технологическая схема с анаэробным реактором
82
Рисунок 8.3. Технологическая схема с SBR-реактором
Рисунок 8.4. Технологическая схема с МБР-реактором
SBR-реактор (стадии: денитрификатор + нитрификатор + вторичный отстойник) может быть использован в качестве одностадийного сооружения полной очистки, а может применяться для доочистки после
анаэробной стадии. На начальном этапе при поступлении сточной воды
в реактор с активным илом происходят процессы денитрификации, затем происходит интенсивное перемешивание с аэрацией смеси сточных
вод и активного ила. В это время в процессе нитрификации происходит
удаление органических загрязнений. Затем следует осаждение без перемешивания, после чего отстоянная вода удаляется насосами.
Достоинствами данного реактора является простота конструкции и
обсаживания, возможность объедения процессов в одном реакторе (распространена схема с накопителем и 2-3 реакторами), высокая эффективность очистки.
На рисунке 8.4 представлена схема, с использованием МБРреактора в сочетании с аэротенком.
После процеживания и физико-химической обработки вода подпадает в мембранный биореактор (МБР). Он представляет собой комбинацию проточного аэротенка и блока ультрафильтрационных мембран, которые заменяют вторичные отстойники и служат для разделения иловой
смеси. Если мембраны расположены вне биореактора, то нагнетающий
насос осуществляет циркуляцию иловой смеси между аэротенком и
фильтрующим блоком, создавая необходимое давление перед мембраной. Если мембраны установлены в самом реакторе, то отфильтрованная
вода отводится вакуумным насосом. Используется два типа мембран –
полые нити и пластинчатые мембраны.
Достоинствами данного реактора является небольшая площадь
размещения, устойчивость к колебаниям загрязнений сточных вод, снижается количество избыточного активного ила в связи с возможностью
увеличения возраста ила. Однако данные реакторы не работают на неполную биологическую очистку.
По мнению многих специалистов, мембранные технологии позволяют сократить площадь канализационных очистных сооружений в два раза
по сравнению с классической технологией. При классической схеме очистки в состав блока биологической очистки входят аэротенки и вторичные
отстойники. Применение мембранных биореакторов позволяет исключить
стадии вторичного отстаивания и доочистки. Технологическая цепочка
становится короче, и оборудование КОС требует значительно меньше места. При этом высокую эффективность очистки обеспечивают глубокая
биологическая очистка и ультрафильтрация на мембранах.
Возможность применения в Тюменском регионе мембранного биореактора обусловлена именно значительной компактностью данной технологии вместе с высокой эффективностью [2, 10]. В условиях Севера Западной
Сибири это важнейший фактор, потому что все очистные сооружения необходимо располагать в отапливаемых помещениях. Сокращение площади ка-
83
нализационных очистных сооружений дает высокую экономию ресурсов:
значительно уменьшаются затраты на строительство и, в последствии, на
отопление помещений. Но при этом необходимо учитывать повышение эксплуатационных затрат на содержание и ремонт нового оборудования.
Подобные очистные станции, в составе которых имеется мембранные установки (мембранные биореакторы, мембранные илоразделителии
т.п.), уже внедряются на объектах малой канализации бытовых и производственных сточных вод. Обычно типовая схема таких станций следующая: грубая механическая очистка, аэротенк нитрификаторденитрификатор, мембранный биореактор, механический фильтр, сорбционный фильтр и установка обеззараживания УФО.
Как правило, данная схема обеспечивает на выходе заявленное качество очищенной сточной воды (таблица 8.1). Но при эксплуатации
существует несколько проблем:
1) В целом, существующие проблемы низкоэффективных процессов биологического этапа очистки мембранные установки не решают.
При неудовлетворительной биологической очистке активный ил часто
имеет мелкодисперсные хлопья, которые быстро забивают поры мембран. В этом случае установка работает с нормальными выходными параметрами очистки воды, но быстро выходит из строя. Мембраны забиваются мелкими хлопьями ила, система водовоздушной промывки не в
состоянии их отмыть, сопротивление возрастает, и зачастую сгорают
насосы мембранных биореакторов. Замена насосов является затратной, и
в данном случае она может происходить довольно часто (1-2 раза в год).
2) Практикуемые повышенные концентрации активного ила также
способствуют загрязнению мембран за счет повышения вязкости среды.
Даже при периодической водо-воздушной промывке возникает неизбежное
загрязнение мембран, которое является проблемой в любых мембранных
процессах и приводит к снижению их производительности. В этом случае
необходима химическая промывка, которая может осуществляться на месте
примерно один раз в 3-6 месяцев по мере загрязнения мембран [64].
3) Существует проблема восстановления мембран после определенного цикла работы. Ранее предлагаемые способы регенерации мембран растворами сильных кислот общепризнаны нерентабельными и
опасными в производстве. В настоящее время предлагаются более дешевые способы и менее опасные: обработка раствором пищевой лимонной
кислоты (отмываются оксиды металлов и другие минеральные вещества)
и/или обработка раствором гипохлорита натрия (удаляет биообрастание
и органические вещества). И даже в этом случае необходимо предусмотреть место для хранения реагента, резервуар для приготовления раствора и обработки мембран. На станции должен быть специально обученный персонал, который бы мог осуществлять этот трудоемкий процесс.
4) По последним данным промывка мембран без изъятия из аэротенка (inline) растворами лимонной кислоты и гипохлорита натрия при-
84
Показатель, мг/дм3
Вход на КОС
Выход после МБР
Взвешенные вещества
500
10
БПК5 350
1,5
ХПК
700
10
Азот аммонийный
70
0,4
Нефтепродукты
6
0,02
АПАВ
10
0,5
Фосфаты 2 1,75
водит к снижению скорости биохимических процессов за счет понижения рН и окислительной активности хлорсодержащих реагентов по отношению к органическим веществам [2, 64].
5) После ряда циклов регенерации мембраны становятся непри-
годными к дальнейшему использованию. В этом случае приходится закупать новые и заменять отработанные мембранные блоки, опять привлекая компанию-производителя оборудования.
Таблица 8.1
Показатели качества воды до очистки и после очистки с МБР
Специалистами кафедры Водоснабжения и водоотведения Тюменского индустриального университета были проведены исследования действующей станции очистки, которая через полгода нормальной работы
(показатели качества очищенной воды были в норме и даже лучше, см.
таблицу 8.1) вышла из строя по причине отказа электродвигателей у насосов мембранных илоразделительных установок. В течение всей эксплуатации было отмечено неудовлетворительное состояние активного ила. Снижение в процессе эксплуатации пропускной способности мембранной
установки и эффективности ее работы приведено на рисунке 8.5.
100
90
80
70
60
50
40
мембраны, %
30
20
Пропускная способность
10
0
0 1 2 3 4 5 6 7
Срок службы эксплуатации, месяц
Рисунок 8.5. Снижение эффективности МБР
85
Как показывает кривая на рисунке 8.5, снижение пропускной способности мембранного илоразделителя начинается уже через месяц работы
установки и после 3-4-х месяцев эффективность падает ниже 70%. В основном это связано с неудовлетворительной работой сооружений биологической очистки и образованием тонкодисперсного активного ила, который
быстро забивает поры мембраны. В этом случае сопротивление молекулярного сита растет, и первым делом выходят из строя электродвигатели насосного оборудования, создающего давление перед мембраной. Необходимо
производит своевременное обслуживание МБР, которое заключается в регенерации пропускной способности мембран с помощью раствора кислот.
Наиболее безопасная и простая промывка лимонной кислотой и гипохлоритом натрия способна восстанавливать эффективность МБР на 75-80%.
8.3. Доочистка сточных вод
Доочистка или глубокая очистка сточных вод применяется на последних этапах технологической схемы станций очистки перед обеззараживанием и сбросом в водные объекты. Согласно [21] для глубокой очистки биологически очищенных сточных вод могут быть применены сооружения для удаления взвешенных веществ и реагентного удаления фосфора
(фильтры и осветлители различных конструкций, ультрафильтрационные
мембраны), глубокого окисления органических и азотных загрязнений
(биофильтры и биореакторы различных конструкций, биологические пруды, установки обработки окислителями - озоном и другие).
Глубокая очистка также может быть применена для удаления из
производственных сточных вод специфических загрязняющих веществ
(солей тяжелых металлов, бионеразлагаемых органических соединений
и др.) и снижения в них общего солесодержания (обратноосмотические
мембраны и др.).
Самый распространенный способ доочистки, применяемый на малогабаритных станциях, это напорные механические фильтры или комбинация последовательно установленных механических и сорбционных
фильтров. Механические фильтры в этом случае выполняют роль предварительных (или префильтров) для того чтобы предупредить быстрое
загрязнение сорбционных фильтров.
В качестве загрузки механических фильтров применяется кварцевый песок или синтетические фильтрующие материалы. Технология
очистки воды заключается в задержании остаточных загрязнений структурой фильтра. Скорость фильтрования зависит от конструктивных и
технологических параметров фильтра. Требуемый напор перед входом в
фильтр как правило не превышает 10 м.
Загрузка сорбционных фильтров – это различные сорбенты, выпускаемые промышленностью. Самым распространенным и эффективным сорбентом является активированный уголь.
86
Имеются технологические схемы очистки, включающие на последнем этапе фильтры с плавающей полистирольной загрузкой (ФПЗ).
Как правило, подобные фильтры применяются для очистки сточных вод,
содержащих нефтепродукты [71].
Как новое направление рассматривается использование мембранных фильтров (ультрафильтрация, нанофильтрация и обратный осмос).
Для обеспечения нормальной работы напорных фильтров доочистки требуется периодическая промывка, которая осуществляется в
автоматическом режиме. Вода для промывки может быть технического
качества и забирается, как правило, после этапа обеззараживания из трубопровода или накопительной емкости очищенной сточной воды [2, 6].
Механические фильтры. Напорные вертикальные фильтры с зернистой загрузкой (рис.8.6) применяются для механической очистки
сточных вод после основного этапа очистки и отстаивания.
Фильтр представляет собой стальной вертикальный резервуар как
правило заводского изготовления. Резервуар рассчитывается на давление 0,6
МПа. Загружается фильтр, как правило, кварцевым песком слоем 1 метр.
Скорость фильтрации в нем составляет от 5 до 10 м/ч. Начальное
содержание взвешенных веществ в сточной воде, поступающий на
фильтр доочистки – не более 30–60 мг/дм
воде взвешенных веществ – от 10 до 20 мг/дм
3
. Остаточное содержание в
3
. Фильтром задерживаются взвешенные вещества (на 60-70%), нефтепродукты (на 75%), БПК (на
50-60%), фосфорные соединения (на 20%). Эффективность данного
фильтра сохраняется 1- 4 дня, затем требуется промывка.
Как правило, в малогабаритных КОС напорный механический зерни-
стый фильтр выполняет роль префильтра перед сорбционным фильтром.
Рисунок 8.6. Схема песчано-гравийного насыпного фильтра:
1 – верхнее распределительное устройство; 2 – нижнее дренажно-распределительное
устройство; 3 – фильтрат; 4 – сжатый воздух, промывочная вода;
5 – спуск первых порций фильтрата; 6 – спуск промывочной воды;
7 – исходная вода; 8 – фильтрующий слой; 9 – корпус фильтрата
87
Интересно новое оборудование – волоконный механический фильтр
очистки сточных вод, предлагаемый Швейцарской производственноинжиниринговой компанией ENCE GmbH (ЭНЦЕ ГмбХ) [6, 13, 66].
Сорбционные фильтры. Сорбция - (от лат . sorbeo - поглощаю), поглощение твердым телом или жидкостью какого-либо вещества (загрязнения) из окружающей среды (из ПСВ). Поглощающее тело называется
сорбентом, поглощаемое - сорбтивом (сорбатом).
Рассматривают два технологических способа сорбции: в статических и динамических условиях. Важнейшие твердые сорбенты, способные к регенерации и применяемые в технике, - активные угли, силикагель, цеолиты, иониты и другие.
Реже применяются природные сорбенты – туфы, глины, диатомиты, шунгиты, торф и другие породы и материалы. Они отличаются невысокой сорбционной емкостью по сравнению с активными углями.
Для интенсификации природных сорбентов применяют модификацию: обработка растворами солей, кислот и щелочей, нагрев при температуре 70-200 градусов, обработка паром и другие способы.
Для удаления загрязнений из сорбента, восстановления его
свойств применяют методы регенерации: термический при Т = 600-
0
С, водяным паром, растворами кислот, щелочей или солей.
800
Также применяется активация сорбентов – это повышение активности сорбента (площади сорбирующей поверхности). Например, вымывание смолистых веществ из пор активированного угля.
В качестве оборудования для доочистки сточных вод небольших
количеств как правило применяют динамические напорные фильтры с
сорбционной загрузкой (рисунок 8.7).
Самым распространенным и эффективным сорбентом является активированный уголь. Принцип действия сорбционных фильтров основан
на удалении загрязнений из сточных вод под действием межмолекулярных сил, которые способны удерживать на поверхности сорбента различные вещества. В результате происходит тонкая очистка от органических веществ, нефтепродуктов, СПАВ, фенолов и других. Скорость
фильтрования зависит от вида загрузки и должна быть достаточно медленной (в среднем 3-5 м/ч) чтобы обеспечить время контакта сорбента и
удаляемых загрязнений.
Активированный уголь – высокоэффективный сорбент, пористое вещество, которое получают из различных углеродосодержащих материалов
органического происхождения: древесного угля (марки активированного
угля БАУ-А, ОУ-А, ДАК и др.), каменноугольного кокса (марки активированного угля АГ-3, АГ-5, АР и др.), нефтяного кокса, скорлупы кокосовых
орехов и других материалов. Он содержит огромное количество пор, поэтому имеет очень большую удельную поверхность на единицу массы, вследствие чего обладает высокой адсорбционной способностью.
88
Сорбент –
В зависимости от технологии изготовления, 1 грамм активированного угля может иметь поверхность от 500 до 1500 м².
активиро-
ванный
уголь
Рисунок 8.7. Схема сорбционного напорного фильтра
Фильтры с плавающей загрузкой (ФПЗ) – современный вид оборудования, применяемый в системах очистки сточных вод предприятий
различных отраслей. Востребованы они также на городских ОС. ФПЗ
имеют массу преимуществ перед другими устройствами механической
доочистки, они позволяют сочетать процессы фильтрования и адсорбции. Разработано несколько видов подобного оборудования.
Фильтры с плавающей загрузкой могут применяться после установок грубой механической очистки на локальных очистных сооружениях
предприятий химической, легкой, металлургической и других отраслей
промышленности. Их активно используют на производствах, в сточных
водах которых присутствуют нефтепродукты и маслянистые вещества.
89
Также их устанавливают для удаления взвешенных примесей, осветления стоков. Воду, прошедшую через ФПЗ, можно подавать на сорбционные фильтры или повторное использование для технических нужд. Доказана их эффективность для устранения твердых примесей и других
веществ из природных вод. Также такое оборудование устанавливается
на городских канализационных станциях после системы биологической
очистки сточных вод.
Все фильтры с плавающей загрузкой делятся на: безнапорные, открытые и напорные; одно- и двухслойные; встроенные в отстойники.
Существуют фильтры с верхней или нижней подачей стоков.
Фильтры с плавающей загрузкой (ФПЗ) – действенный способ
устранить из воды взвешенные частицы, жиры и нефтепродукты. Они
изготавливаются разного вида и отличаются производительностью.
Фильтры с плавающей загрузкой изготавливаются в наземном варианте. Они представляют собой металлические емкости со слоем полимерного материала с высокой пористостью. Чаще всего это разные
марки полистирола, включая пенополистирол с плотностью 10-100
3
кг/м
. Размер гранул (шариков) зависит от особенностей оборудования
и области его использования. Он варьируется в пределах 0,3-12 мм.
Для предотвращения выноса гранул вспененного полистирола из
фильтра и распределения водных потоков предусматривается поддерживающая сетка. Величина ее ячеек меньше размера частиц загрузки.
Она должна выдерживать выталкивающую силу всплывающих гранул
полистирола и перепад давления при фильтрации, поэтому ее важный
показатель – высокая прочность. Для упрощения обслуживания фильтров изготавливаются кассетные конструкции. В них можно проводить посекционные профилактические работы, без приостановки
функционирования системы очистки.
В основе работы фильтров с плавающей загрузкой лежит прохождение загрязненной воды через слой полимерного материала. При этом
происходит механическое удерживание твердых фракций и частичная
сорбция загрязнений поверхностью пенополистирола. Процесс фильтрации проводится до достижения предельных потерь напора. После этого
проводится регенерация полимерного слоя путем промывки обратным
током. В качестве промывной жидкости используется вода надфильтрового пространства.
Применение в фильтрах с плавающей загрузкой полимерного материала с высокой пористостью (до 95%) обуславливает их хорошую
эффективность. Также они отличаются химической стойкостью, гидрофобностью, хорошей механической прочностью. Грязеемкость фильтров
3
ФПЗ составляет 40–200 кг/м
загрузки.
90
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]