АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИИ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ ВОДЫ ДИСКОВЫМИ СИСТЕМАМИ ФИЛЬТРАЦИИ Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

Анализ технологии механической очистки воды дисковыми системами фильтрации

Мишкин Денис Владимирович

аспирант, преподаватель, кафедра инженерных систем и техносфер-ной безопасности, Тихоокеанский государственный университет, 012438@ pnu.edu.ru

Румановский Игорь Геннадьевич

к.т.н., доцент, кафедра инженерных систем и техносферной безопасности, Тихоокеанский государственный университет, 001776@pnu.edu.ru

Двуреченский Денис Анатольевич

главный инженер проекта, GC AGMA, LLC AGMA-JK, D.Dvurechenskiy@agma-jk.com

Внедрение современных автоматизированных технологических методов водоподготовки в МУП «Водоканал» г. Хабаровска является актуальной задачей в части обеспечения требований СанПин 1.2.3685-21 «Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и безвредности для человека факторов среды обитания». Целью представленных исследований является испытания новой автоматической технологической установки механической очистки воды на основе жидкостных дисковых фильтров серии JYP 2-3-4 степенью фильтрации 100 микрон с максимальной производительностью до 15 м3/час с устройством обратной промывки. В рамках исследования выполнен лабораторный анализ параметров качества воды, прошедшей фильтрацию на данном устройстве на соответствие требованиям Сан-Пин 1.2.3685-21. Предложена конструктивная компоновочная схема, объединяющая в себя 26 установок JYP 3-22-12 для обеспечения суточной потребности МУП «Водоканал». В результате проведенных исследований отмечается, что качество очистки от нерастворенных примесей полностью отвечает требованиям СанПин 1.2.3685-21, установка стабильно работает при поступлении в нее воды различной степени загрязненности. Внедрение данной установки в технологический процесс очистки воды можно признать целесообразным. Ключевые слова: водоподготовка, гидроциклон, жидкостный дисковый фильтр, взвешенные и дисперсные частицы, центробежная сепарация, степень фильтрации.

Введение

Источниками водоснабжения в большинстве регионов страны являются поверхностные воды рек и озер, на долю которых приходится 65-68 % от общего объема водозабора [1]. В поверхностных водах наряду с природной составляющей все в большем количестве присутствуют техногенные загрязнения. Состав таких вод зависит от многих факторов: времени года, количества осадков, наличия притоков, режима работы промышленных и сельскохозяйственных предприятий.

Повсеместное загрязнение примесями антропогенного и техногенного происхождения обусловлено поступлением в них неочищенных и недостаточно очищенных сточных вод, хозяйственно-бытовых и промышленных, талых и ливневых вод с водосборов. Большую долю загрязнений поверхностных вод составляют взвешенные вещества. Это, как правило, частицы минерального и органического происхождения, находящиеся в воде во взвешенном или коллоидном состоянии. Взвеси попадают в воду в результате смыва с берегов дождевыми и талыми водами песчаных и глинистых частиц и в результате размыва русла рек. Они ухудшают качество воды, неблагоприятно сказываются на режиме перемещения потока, материале трубопроводов, приводя к их заиливанию [2,4,5].

Для очистки воды от взвешенных веществ используют механические и физико- химические методы. К первым относятся процеживание, отстаивание, центрифугирование и фильтрование, ко вторым — коагуляция и флотация. [6]

Фильтровальные сооружения могут использоваться в качестве второй ступени осветления в схеме с отстойником или осветлителем или как самостоятельное сооружение в схемах безотстойного фильтрования [3]. Применяемые на сегодняшний день в российской практике водоочистки традиционные фильтровальные материалы характеризуются большим удельным весом, значительным гидравлическим сопротивлением, приводящим к большим затратам энергии, а также эксплуатационными затратами. А в ряде случаев они не способны обеспечивать требуемый эффект очистки. Многие применяемые загрузки, например, полистирол, плохо регенерируются [3]. В связи с этим поиск новых методов фильтрации, пригодных к внедрению в технологические схемы водоподготовки, является весьма актуальным.

В г. Хабаровске основным источником водоснабжения как для промышленных, так и для бытовых нужд является река Амур. Забор поверхностных вод реки составляют 95% от общей потребности города в воде, 5% составляют воды подземных источников. Водоподготовкой для нужд города занимается МУП «Водоканал». Забор исходной воды из р. Амур осуществляется двумя водоприемными оголовками, расположенными на расстоянии 500 м от берега в русле реки. Водоподготовка проводится по следующей схеме: (см. рисунок 1).

Речная вода поднимается насосами первого подъема, затем по трем водоводам поступает на головные очистные сооружения водоподготовки (ГОСВ). Схема очистки воды классическая — реагентная, двухступенчатая, первая ступень — горизонтальные отстойники со встроенными камерами хлопь-еобразования (КХО), вторая — скорые безнапорные фильтры. Далее очищенная вода собирается в резервуарах чистой воды (РЧВ), откуда насосами второго подъема подается потребителям. Промывка скорых фильтров водовоздушная, осуществляется обратным током воды из РЧВ.

X X

о

го А с.

X

го m

о

2 О

м

CJ

Рисунок 1 Схема водоподготовки

со см о см

со

о ш т

X

<

т о х

X

Для процесса механической очистки входной воды в МУП «Водоканал» было предложено применить пилотную установку фильтра жидкостного дискового серии JYP 2-3-4 степенью фильтрации 100 микрон с максимальной производительностью до 15 м3/час. [7] Пилотная установка представляет собой набор технологического оборудования, включающего в себя инновационные решения, заключающиеся в применении:

- Мембранной зажимной технологии: без использования пружин и металлических пластин, нет прямого контакта воды с металлом, хорошая устойчивость к коррозии;

- Впускной/выпускной технологии: расширенный эффект обратной промывки, экономия воды 40%;

- Технологии поплавкового обратного клапана: нет металла или резины при контакте с водой, отсутствует коррозия или старение;

- Низкого давления обратной промывки: только 1,5 бара, экономия энергии 20%;

- Центробежной технологии: делает фильтрацию и обратную промывку лучше;

- Технологии быстрого уплотнения фильтрационного модуля: это позволяет сделать обслуживание легче;

- Автоматического интеллектуального управления: без необходимости комплексной системы управления, проста в эксплуатации.

Система управляется контроллером, путём снятия показаний давления до и после очистки жидкости. Чистая вода уходит через нормально замкнутый мембранный клапан в водопровод. Испытания по направлению: водоподготовка методом механической фильтрации на основе автоматической установки дисковой фильтрации прошли в штатном режиме.

Параметры испытаний

Место проведения испытаний: территория водоподготови-тельных сооружений, г. Хабаровск, ул. Пионерская 8/1.

Срок проведения испытаний: 5 рабочих дней

Даты испытаний: с 21 октябрь 2022г. по 25 октября 2022г.

Исследуемые потоки:

• Исходная вода с НС-1 подъема

• Установка величин путём лабораторных исследований по параметрам отсутствия фракций песка более 100 микрон на выходе из установки.

• Получение результата затрат промывной воды на собственные нужды путем замера через расходометр.

Процесс фильтрации производился на установке фильтра жидкостного дискового серии JYP 2-3-4 (схема установки приведена на рисунке 2)

Рисунок 2 Схема установки фильтрации воды на основе фильтра жидкостного дисковый серии ЗУР 2-3-4

Процесс фильтрации и удаления песка:

Сырая вода через подающую трубу A поступает в центробежный бак D для обработки песка. После центробежной сепарации чистая вода подается пользователю из водоотводя-щей трубы B. Частицы с большим удельным весом, такие как песок, попадают в трубку для сбора песка ^

Процесс разгрузки песка:

В зависимости от содержания песка в неочищенной воде выпускной клапан для песка F может открываться вручную или автоматически (контроллер E), и твердые частицы из сборной трубы для песка удаляются через выпускной клапан для песка F под действием потока воды.

Площадка для размещения установки: Здание бывшего реагентного хозяйства цеха.

Результаты испытаний

По результатам, предоставленным в таблице №1 можно сделать следующие выводы:

1. Очистка поверхностных вод р. Амур с применением пилотной установки фильтра жидкостного дисковый серии JYP 23-4 степенью фильтрации 100 микрон полностью соответствует требованиям качества питьевой воды СанПин 1.2.368521 «Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и безвредности для человека факторов среды обитания». В ходе испытаний установка работала в разных режимах загрязненности воды, устойчиво без поломок и аварий в штатном режиме. Что подтверждает заявленные техника технические характеристики.

2. В ходе проведения испытаний были достигнуты требуемые результаты по параметрам отсутствия фракций песка более 100 микрон, при взвешенных веществах не более 100 миллиграмм на литр, определение фактического расхода промывной воды на собственные нужды установки составили средний показатель 24,25 % от общего объёма воды, обработанной установкой согласно показателей расходометра электромагнитного РМ-5, установленного службой КИПиА МУП города Хабаровска «Водоканал». При этом воду, которая расходуется на собственные нужды можно повторно использовать в производственном цикле очистке с применением технологии гидроциклона AGMA-JK серии JYX.

Таблица 1

трубы размером 50х50 и 100x50 мм. (Технологическая схема представлена на рисунке 3.)

Дата Наименование пробы Показатели взвешенных частиц свыше 100 микрон, мг/дм3. Расход воды на собственные нужды (промывку) %

21.11.22 вход 9,6 7,7

выход 6,4

дренаж 7,2

Среднечасовой расход 20 м3/час

22.11.22 вход 59,8 14,6

выход 24,6

дренаж 35,2

Среднечасовой расход 14 ,9 м3/час

23.11.22 вход 4,2 13,0

выход 2,0

дренаж 6,2

Среднечасовой расход 14,0 м3/час

24.11.22 Анализ не производился Среднечасовой расход 15 ,0 м3/час 6,0

25.11.22 Анализ не производился Среднечасовой расход 14 ,0 м3/час 8,2

_А

А.

_UU_и»__

А А Li

Выводы:

Фактическая производительность МУП города Хабаровска «Водоканал» составляет в среднем: 115 тыс. м3/сут. (речная вода), вода, направляемая на очистку 130 тыс. м3/сут. (с учетом промывной воды, возвращаемой в голову сооружений) подача в сеть 105 тыс. м3/сут.

Максимальные суточные расходы: 162000 м3 (вода, направляемая на очистку) 154000 м3 (речная вода) Часовая производительность:

От 4200 м3 до 7000 м3 в зависимость от времени суток и необходимости подачи воды на ТЭЦ, при такой средней часовой производительности необходимо применить комплекс из 26 установок JYP 3-22-12. Конструктив установок серии JYP позволяет их соединить параллельно по две установки в единую с общим часовым объёмом фильтрации от 748- 528 м3/час., при степени фильтрации 100 микрон установлена на металлическую конструкцию изготовленную из металлической

Рисунок 3 Технологическая схема, объединяющая 2 установки JYP 3-22-12 в единую.

Для достижения более высоких показателей в использовании промывной воды рекомендуем рассмотреть установку гидроциклона с автоматическим удаления осадка, а бункер нашей компании. Данная технологическая система позволит в автоматическом режиме собирать большую часть песка в бункер с последующим автомеханическим удалением.

Литература

1. Рябчиков, Б. Е. Современные методы подготовки воды для промышленного и бытового использования / Б. Е. Рябчиков — М.: ДеЛи принт, 2004. — 301 с.

2. Молоков, М. В. Очистка поверхностного стока с территорий городов и промышленных площадок / М. В. Молоков, В. Н. Шифрин. — М.: Сройиздат, 1977. — 104 с

3. Алексей, Орлов Методы предварительной, финишной и глубокой очистки воды: моногр. / Орлов Алексей, Сергей Образцов и Сергей Тимченко. - М.: LAP Lambert Academic Publishing, 2015. - 220 c.

4. Технологии очистки воды «ТЕХНОВОД-2017»: материалы X-юбилейной Межд. науч.-практ. конф.; г. Астрахань, 5-6 октября 2017 г. / Юж.-Рос. гос. политехн. ун-т. (НПИ) имени М.И. Платова - Новочеркасск: «Лик», 2017.- 299 с. ISBN 9785-906844-55-2

5. Физико-химические основы процессов очистки воды: учебное пособие / А. Ф. Никифоров, А. С. Кутергин, И. Н. Липу-нов, И. Г. Первова, В.С. Семенищев.— Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та, 2016.— 164 с.

6. Журба, М. Г. Разработка и внедрение водоочистных комплексов поверхностного стока / М. Г. Журба, Ж. М. Говорова, О. Б. Говоров и др. // Водоснабжение и сан. техника. — 2003. — № 3. — С. 25-29.

7. Дисковая система фильтрации JYP 2-3-4. Электронный ресурс. URL: https://vodeco.ru/product/filtry-predvaritelnoy-

X X

о го А с.

X

го m

о

ю 00

2 О

м

CJ

ochistki/diskovye-filtry/diskovaya-sistema-filtratsii-jyp-2-3-4-200-mkm/ Дата обращения (10.08.2023)

Analysis of the technology of mechanical water purification by disc filtration systems

Mishkin D.V., Rumanovski I.G., Dvurechensky D.A.

Pacific State University

JEL classification: C10, C50, C60, C61, C80, C87, C90

The introduction of modern automated technological methods of water treatment in the Municipal Unitary Enterprise "Vodokanal" in Khabarovsk is an urgent task in terms of meeting the requirements of SanPin 1.2.3685-21 "Hygienic standards and requirements for ensuring the safety and harmlessness of environmental factors for humans." The purpose of the presented research is to test a new automatic technological plant for mechanical water purification based on liquid disc filters of the JYP 2-3-4 series with a filtration rate of 100 microns with a maximum capacity of up to 15 m3/hour with a backwash device. As part of the study, a laboratory analysis of the quality parameters of water that has passed filtration on this device was performed for compliance with the requirements of SanPin 1.2.3685-21. A structural layout scheme has been proposed that combines 26 JYP 3-22-12 units to meet the daily needs of Municipal Unitary Enterprise «Vodokanal». As a result of the research, it is noted that the quality of cleaning from undissolved impurities fully meets the requirements of SanPin 1.2.3685-21, the installation works stably when water of various degrees of contamination enters it. The introduction of this installation into the technological process of water purification can be considered expedient.

Keywords: water treatment, hydrocyclone, liquid disc filter, suspended and dispersed particles, centrifugal separation, filtration degree.

References

1. Ryabchikov, B. E. Modern methods of water treatment for industrial and domestic

use / B. E. Ryabchikov - M .: DeLi print, 2004. - 301 p.

2. Molokov, M. V. Purification of surface runoff from the territories of cities and

industrial sites / M. V. Molokov, V. N. Shifrin. - M .: Sroyizdat, 1977. - 104 p.

3. Aleksey, Orlov Methods of preliminary, final and deep water treatment: monograph.

/ Orlov Alexey, Sergey Obraztsov and Sergey Timchenko. - M.: LAP Lambert Academic Publishing, 2015. - 220 p.

4. Water purification technologies "TECHN0V0D-2017": materials of the X-

anniversary Int. scientific-practical. conf.; Astrakhan, October 5-6, 2017 / Yuzh.-Ros. state polytechnic un-t. (NPI) named after M.I. Platova - Novocherkassk: "Lik", 2017.- 299 p. ISBN 978-5-906844-55-2

5. Nikiforov A.F., Kutergin A.S., Lipunov I.N., Pervova I.G., Pervova V.S. Physical and

chemical bases of water treatment processes: textbook. Semenishchev. -Yekaterinburg: Ural Publishing House. un-ta, 2016.— 164 p.

6. Zhurba, M. G. Development and implementation of surface water treatment

complexes / M. G. Zhurba, Zh. M. Govorova, O. B. Govorov et al., Vodosnabzhenie i san. technique. - 2003. - No. 3. - S. 25-29.

7. Disk filtration system JYP 2-3-4 Electronic resource 200-mkm/ URL:

https://vodeco.ru/product/filtry-predvaritelnoy-ochistki/diskovye-filtry/diskovaya-sistema-filtratsii-jyp-2-3-4-200-mkm/ Retrieved (10.08.2023)

fO СЧ

о

СЧ CO

о

Ш

m

X

А

m о x

X