К вопросу о реконструкции очистных сооружений промливневого стока

На всех промышленных предприятиях требования, предъявляемые к работе очистных сооружений, являются достаточно жесткими. Требуется минимизация занимаемых сооружениями площадей при нормативном качестве очистки сточных вод, минимальное энергопотребление на технологические нужды, сохранение простоты технологических и конструктивных решений. При реконструкции очистных сооружений ставится условие максимального использования действующих сооружений.

Существующий блок очистных сооружений предприятия предназначен для совместной очистки маслосодержащих производственных, дренажных и поверхностных сточных вод на одном из предприятий Челябинской области.

Ливневые сточные воды собираются и отводятся на блок очистных сооружений, состоящих из четырехсекционных ливненакопителей, оборудованных скребковым механизмом для сбора нефтепродуктов и сгона осадка в приямок, резервуаров для сбора осветленной воды, безнапорных песчаных фильтров, резервуаров для сбора фильтрованной воды. Очищенная вода частично подается на подпитку чистого оборотного цикла, остаток отводится на сброс в реку.

Очистные сооружения промливневой канализации проектировались и строились в 80-х годах XX столетия и в настоящее время не удовлетворяют современным требованиям к качеству отводимой воды для сброса в водные объекты. С целью оптимизации реконструкции существующих очистных сооружений предприятия был проведен анализ их работы за период с 2006 по 2010 г. (табл. 1, 2).

Было отмечено превышение концентраций по нефтепродуктам в очищенных сточных водах наблюдается на протяжении всего года. Эффективность очистки действующих очистных сооружений от нефтепродуктов на сегодняшний момент составляет 78,84–90,45 %, что не обеспечивает существующий норматив допустимого сброса.

При выборе варианта реконструкции действующей системы очистки использование локальных модульных установок для очистки поверхностного стока или локального сорбционного фильтра не представлялось возможным вследствие отсутствия свободных площадей на территории за-

Характеристика работы очистных сооружений в 2010 году

Таблица 1

Наименование загрязняющего вещества	Концентрации загрязняющих веществ
	до ОС, мг/л	после ОС, мг/л	норматив допустимого сброса, мг/л
Взвешенные вещества	8,82	5,7	5,7
Сухой остаток	543,52	434,0	434,0
Хлориды	211,76	159,5	159,5
Сульфаты	55,78	52,3	52,3
Нефтепродукты	1,314	0,25	0,05
Железо общее	0,254	0,2	0,2

Таблица 2

Характеристика работы очистных сооружений за 2006–2010 годы

Период времени, годы Среднегодовое значение, мг/л Взвешенные вещества Нефтепродукты до ОС       1 после ОС до ОС       1 после ОС норматив допустимого сброса – 5,7 мг/л норматив допустимого сброса – 0,05 мг/л 2006 6,7 5,7 0,59 0,30 2007 6,8 4,5 0,96 0,40 2008 13,7 3,3 1,78 0,17 2009 9,4 4,1 1,61 0,25 2010 7,5 4,6 1,63 0,27 Эффективность очистки, % (макс./ ус-редн. знач.) – 70,07/49,66 – 90,54/78,84 водских очистных сооружений. При детализации варианта реконструкции было принято решение – сохранить существующие технологические схемы, предложив современные высокоэффективные загрузочные материалы на существующие безнапорные фильтровальные установки.

Это решение учитывает существующее положение и ограниченные возможности при производстве работ по реконструкции действующей системы, а также дает возможность минимизировать капитальные затраты на расширение и реконструкцию очистных сооружений.

Как известно [1–4], для интенсификации осветления поверхностного стока и обеспечения более глубокой степени очистки, воду подвергают фильтрованию через различные загрузки из природных и синтетических материалов, обрабатывают коагулянтами и флокулянтами. Прошли длительную промышленную проверку фильтры с загрузкой из песка, керамзита, пенополиуретана, пенополистирола, сипрона, древесной стружки и др. Для доочистки сточных вод от нефтепродуктов их чаще всего подвергают сорбционной доочистке, фильтруя через различные сорбционные материалы.

Традиционные песчаные фильтры обеспечивают удаление основной массы загрязнений, но имеют ряд недостатков: низкую производительность, сложность эксплуатации, низкие скорости фильтрации (5–10 м/ч), что в 2 раза ниже, чем у современных фильтрующих сорбентов, трудоемкость частых операций по регенерации фильтрующего материала, высокие скорости промывки из-за высокого веса (50 м/ч), а также объём воды для разовой промывки в 2–3 раза выше, чем у современных фильтрующих установок. В связи с этим применение песчаных фильтров для самостоятельной доочистки поверхностного стока затруднительно из-за сложности регенерации и низкой эффективности. Аналогично песчаным загрузкам не решает проблемы и использование керамзита, вулканических шлаков, аглопорита, торфа, цеолитов и др. [4].

В последнее время проводятся обширные исследования новых фильтрующих материалов, обладающих большей грязеемкостью, невысоким темпом прироста потерь напора при загрязнении и относительной простой регенерацией. Значительное содержание нефтепродуктов в поверхностном стоке, поступающем на фильтры, обусловливает целесообразность применения фильтрующих материалов, имеющих высокие олеофильные свойства.

Современный рынок сорбционных материалов, применяемых для доочистки от нефтепродуктов, достаточно многочислен. Стоимость сорбционной доочистки определяется не только от стоимости самого материала, но и возможностью восстановления сорбционной емкости при его регенерации.

В связи с ужесточением требований к содержанию нефтепродуктов в сточных водах, отводимых в водные объекты, во ВНИИВОДГЕО проведены исследования и разработаны рекомендации по доочистке поверхностного стока фильтрованием через активированные угли. Экспериментально показана возможность достижения остаточного содержания нефтепродуктов в количестве 0,3 мг/л при фильтровании через мезопористый ископаемый уголь, на уровне 0,05 мг/л требуется дополнительное фильтрование через активный уголь [5].

Наиболее часто для очистки ливневых и промышленных сточных вод применяется сорбент МИУ-С2 на основе активированного угля. В безнапорных фильтрах для увеличения длительности фильтроцикла используется МИУ-С1, в напорных фильтрах для удаления мелкодисперсной примеси предпочтителен более мелкий МИУ-С3.

Длительное использование сорбента МИУ-С [6] обеспечивает снижение концентрации нефтепродуктов и взвешенных веществ до ПДК в течение 5–7 лет без замены загрузки; снижение концентрации железа с 1–10 мг/л до ПДК в течение 3 лет без замены загрузки.

Очистка сточных вод фильтрованием является сложным физико-химическим процессом, на который влияют большое количество разнообразных

Инженерное оборудование зданий и сооружений факторов: высота фильтрующего слоя, материал загрузки фильтра, его пористость, состав сточных вод, температурный режим фильтрования и др. Учет этих факторов усложняет проведение экспериментов и является самостоятельным исследованием. Чтобы избежать искажающего влияния разнообразных факторов при проведении опытов, было решено ограничиться получением качественных характеристик процесса очистки нефтесодержащих вод. Их можно получить в сравнительных опытах работы фильтров с различными фильтрующими материалами на воде одного состава.

Такая работа была проведена в лабораторных условиях с искусственно приготовленными сточными водами. Опытная лабораторная установка состояла из стеклянных колонок диаметром 26,1– 26,2 мм высотой 850 мм, бака емкостью 20 л для исследуемых сточных вод. Перемешивание воды в баке осуществлялось с помощью воздуха, подаваемого из компрессора. Скорость фильтрования регулировалась с помощью винтовых зажимов, расход воды определялся с помощью мерного сосуда, который заполнялся осветленной водой за время, отмеряемого с помощью секундомера.

Высота фильтрующего материала для всех колонок составляла 720–730 мм, скоростью фильтрования 10 м/ч (~2,8 мм/мин).

В соответствии с техническими условиями выпускаются 3 модификации с гранулометрическим составом: МИУ-С1 2–5 мм; МИУ-С2 0,7– 3 мм; МИУ-С3 0,7–2 мм.

При проведении экспериментов также уточнялись различные комбинации сорбционных загрузок и фракционный состав сорбентов.

На рисунке представлены сравнительные результаты эффективности осветления нефтесодержащих сточных вод для различной загрузки.

Зависимость эффекта осветления нефтесодержащих сточных вод от концентрации нефтепродуктов в исходных стоках и материалах фильтрующей загрузки: 1 – кварцевый песок; 2 – МИУ-С1; 3 – МИУ-С1 + МИУ-С2

В процессе проведения эксперимента была проанализирована возможность использования двухслойной загрузки – в качестве поддерживающего слоя использовать модификации с большей величиной зерен (2–5 мм), верхний слой – с гранулометрическим составом зерен порядка 0,5–3 мм. Использование при двухслойной загрузке в качестве фильтрующих материалов сорбента с различным гранулометрическим составом позволяет увеличить емкость сорбционной загрузки за счет развитой удельной поверхности более дисперсной фракции. Кроме того, в этом случае увеличивается длительность эксплуатации фильтра без замены фильтрующей загрузки.

Проведенный сравнительный анализ загрузки различных фильтровальных материалов показал, что наиболее эффективной загрузкой является комбинированная модификация, состоящая из МИУ-С1 и МИУ-С2.

С учетом проведенного эксперимента и представленных технических характеристик угольного сорбента МИУ-С, предложено заменить существующую песчано-гравийную загрузку фильтров: нижний слой (200 мм) составляет модификация МИУ-С1 (2–5 мм), остальной слой (1000 мм) – МИУ-С2 (0,7–3,0 мм).

Для решения задачи целесообразно многоступенчатое последовательное фильтрование сточных вод через 2 последовательно соединенных фильтра.

Поскольку концентрация взвешенных веществ в воде мала, кратковременную промывку сорбента следует проводить не чаще чем 1 раз в 3 месяца. Если в процессе эксплуатации не предусмотрена регенерация сорбента, то его замена потребуется каждые 2–3 года. Если делать регенерацию каждые 6 месяцев, то продолжительность работы сорбента увеличится до 6–7 лет.

Для усреднения стоков необходимо строительство резервуаров-усреднителей на площадке очистных сооружений. Предложенная технологическая схема позволяет увеличить мощность очистных сооружений до 350 м3/сут, с доведением конечных значений по взвешенным веществам, нефтепродуктам и другим загрязняющим веществам до значений, допустимых для сброса в водоем рыбохозяйственного значения.