CC BY
975. Методическое пособие по экологической оценке инвестиционных проектов. Управление окружающей средой. Компонент РПОИ. М., издательство «НУМЦ Госэкологии России», 2000. http://www.rudocs.exdat.com/docs/index-557013.html (дата обращения 24.12.2017).
6. Ивчик Г.А., Чернышов Л.Н., Зиядуллаев Н.С., Дронов А.А., Продоус О.А. Методология эффективного управления процессом обеспечения экологической безопасности водоемов от загрязнения поверхностными сточными водами. // Монография. Издательство «КСИ-«Принт», Санкт-Петербург, 2014. - 48 с.
Отходы и их переработка. Вторичное сырье. Ресурсосбережение
УДК:358.3:628.169.2.
Коженов Ю.В. Kozhenov Y. V.
Инновационная технология выделения и обезвоживания осадка промывных вод станций обезжелезивания природной воды Innovative technology of separation and dehydration of the sludge of washing water from
natural water deferrization stations
Аннотация:
В статье рассмотрена экономическая и техническая эффективность применения на автономных объектах военной инфраструктуры шнекового обезвоживателя осадка промывных вод от станций обезжелезивания воды. Приведены результаты, полученные в ходе пусконаладочных работ и технических испытаний. Abstract:
The article deals with the economic and technical feasibility of using screw dehydration of sludge from water differentiation plants applying on independent military facilities. The results and conclusions which were obtained during the commissioning and technical testing of the screw dehydration plants are presented in the article.
Ключевые слова: автономные объекты военной инфраструктуры, водоснабжение, водоочистная станция природной воды, промывная вода, выделение и обезвоживание осадка.
Keywords: autonomous facilities of military infrastructure, water supply, natural water treatment plant, wash water, separation and dehydration of the sludge.
Для водоснабжения большинства автономных объектов военной инфраструктуры в качестве источников водоснабжения используются подземные воды. Наиболее характерным загрязнением для подземных вод, не позволяющим использовать воду для хозяйственно-питьевых нужд без очистки, является содержание соединений железа и марганца, превышающие установленные нормы [1]. По этой причине на существующих и проектируемых автономных объектах широко используются установки обезжелезивания воды.
Жесткие требования нормативных документов [2,3,4] к количеству и качеству сбрасываемых в водоприёмники производственных стоков, размеры платежей и штрафов за них, делают проблему выделения, обезвоживания и утилизации осадков промывных вод крайне актуальной. Особенно остро эта проблема стоит в районах дислокации арктической группировки войск Вооружённых сил РФ, где к охране окружающей среды уделяется повышенное внимание.
Кроме того, в настоящее время, практически все водоёмы (ручьи, реки, озёра) отнесены к водоёмам рыбохозяйственного назначения. Установленные для них предельно допустимые концентрации (ПДК) для большинства веществ ниже, чем в нормах [1] к питьевой воде. Так, например, ПДК для питьевой воды составляет: по железу не более 0,3мг/дм3, для марганца не более 0,1мг/дм3, для алюминия не более 0,5мг/дм3. Для рыбохозяйственного водоёма ПДК по железу не более 0,1мг/дм , по марганцу не более 0,01мг/дм3, по алюминию не более 0,04мг/м3.
Одним из обоснований столь жестких нормативов, по утверждениям специалистов [5], являются результаты исследований, утверждающих, что гидроксиды железа Бе(ОН)2 и Бе(ОН)3 осаждаясь на слизистой оболочке жабр у промысловых рыб, могут стать причиной их гибели.
Сегодня наиболее широко применяемой технологией очистки природной воды на рассматриваемых объектах является процесс с использованием предварительного окисления железа. Железо, находящееся в воде в растворённом виде, после предварительного окисления (кислородом воздуха, хлором, озоном) переходит в нерастворимую форму. Далее вода направляется на фильтры с инертной загрузкой (песок), где окисленное железо задерживается. Процесс фильтрации предусматривает периодическую промывку загрузки фильтров от накопившихся в ней загрязнений. В результате образуются производственные сточные воды с высокой концентрацией железа, находящегося в форме гидроксида железа Бе(ОН)3.
Обычно, согласно регламенту, на таких станциях, производится одноразовая промывка фильтров в течение суток, при этом количество образующейся промывной воды составляет 5-8% от суточной производительности станции. Величина усреднённой концентрации железа общего в промывной воде составляет от 150 до 200 мг/дм .
Для большинства автономных объектов военной инфраструктуры характерно относительно невысокое водопотребление. Рассмотрим в качестве примера объект, источником водоснабжения которого является скважина со среднесуточным водопотреблением 200 м /сут (гарнизон численностью от 500 до 1000чел).
Исходя из цифр, приведенных выше, суточный расход промывной воды составит 16м , а годовое поступление железа с промывной водой в водный объект составит: 16м х0,2кг/м х365сут = 1168кг/г=1,17т/г.
Постановление Правительства РФ от 13.09.2016г № 913 «О ставках платы за негативное воздействие на окружающую среду и дополнительных коэффициентах» предусматривает плату за сброс в водный источник одной расчётной тонны железа в размере 5950,8 рубля. Для рассматриваемого объекта, исходя из установленной ставки, плата за сброс расчётной массы железа, в пределах разрешённого за год, составит: 1,17 тх5950,8 руб = 6962 руб. (Следует напомнить, что плата взимается за весь перечень загрязнений, определяемых контролирующей организацией в производственных стоках, а размер платы в зависимости от их количества и степени негативного воздействия на окружающую среду). Так, например, для марганца, который в подземных источниках водоснабжения обычно сопутствует железу, плата установлена в размере 735534,3 руб/т, для алюминия, (входит в состав коагулянта для очистки воды) 18388,3 руб/т и т.д. Нетрудно подсчитать общую сумму платы, а также возможных штрафов, например, по соответствующим объектам МО или других силовых структур.
При сбросе сточных вод в водоём предприятие, в том числе и казённое, или организация обязано иметь согласованный проект нормативов допустимых сбросов (НДС) в соответствии с [6]. На основании этого документа осуществляется контроль над сбросами и размер платы за них. В случае отсутствия согласованного проекта НДС - штраф от 80 до 100 тыс. рублей в соответствии со
[7] ст.8.14 КоАП РФ, плюс плата за негативное воздействие на окружающую среду в 25 кратном размере за каждую тонну загрязняющих веществ, сбрасываемых в водоём, с коэффициентом 25 за сброс сверх лимита НДС.
Если вернутся к нашему примеру, приведенному выше, то плата за негативное воздействие на окружающую среду при сбросе промывной воды по показателям железо общее и марганец:
При согласованном НДС составит: по железу - 6962 руб, без согласования НДС по железу -174050 руб.
Проблема заключается в том, что выполнить установленный НДС особенно по железу и марганцу без проведения дополнительной очистки промывных вод на подавляющем большинстве объектов не удаётся.
Для уменьшения поступлений загрязнений в водные объекты с промывными водами нормами
[8] п.6.195-6.200 и приложением 9 рекомендуется проводить промывных вод и осадка станций водоподготовки. По мнению автора, предлагаемая технология больше ориентирована на очистку и возврат части промывной воды для её повторного использования. В части выделения осадка из промывной воды и его обезвоживания предлагаемая технология недостаточно эффективна и имеет ряд недостатков. Основным недостатком в ней, по мнению автора, следует считать процесс гравитационного отстаивания, при котором из промывной воды происходит выделение осадка и его
27
концентрирование. Для реализации этого процесса необходимы отстойники объёмом не менее суточного объёма промывной воды и сгустители осадка. Процесс осаждения осадка в них длителен и занимает от 4 до 8 часов. Выделенный и сконцентрированный из промывной воды осадок имеет влажность 98-99%. Для дальнейшего обезвоживания полученного осадка рекомендуется устройство накопителей, в качестве которых предлагается использовать спланированные площадки или отработанные карьеры, а для зимнего периода площадки замораживания. Эффективность работы таких площадок сильно зависит от климатических условий, что существенно ограничивает их использование, что также является серьёзным недостатком.
По причинам, описанным выше, реализация предлагаемых в [8] рекомендаций не получила широкого распространения, в связи с чем проблема обезвоживания осадка промывных вод и их утилизация потребовала поиска новых решений.
Инновационным решением проблемы можно считать использование для этой цели шнекового фильтр-пресса. В технической литературе чаще применяют термин «шнековый обезвоживатель».
Шнековый обезвоживатель изначально был спроектирован для обезвоживания осадка канализационных очистных сооружения, где хорошо зарекомендовал себя. Основными его преимуществами можно считать: низкое энергопотребление, низкий расход флокулянта, небольшие габариты, надёжность и простота эксплуатации. Эффективность обезвоживания осадка хозяйственно-бытовых сточных вод в шнековых обезвоживателях составляет от 81% до 75%. (напомним, что при влажности осадка менее 80% его уже можно перегружать лопатой).
Практика эксплуатации шнековых обезвоживателей подтвердила эффективность их использования, поэтому на сегодняшний день они широко внедряются на канализационных очистных станциях. Это послужило основанием для изучения возможности их использования для обезвоживания осадка, образующегося на водопроводных станциях очистки природных вод в частности на стациях обезжелезивания.
Выбор в пользу шнекового обезвоживателя в сравнении с другими устройствами для обезвоживания осадка (ленточными фильтр-прессами, центрифугами, камерными фильтр-прессами, вакуумными фильтрами) был сделан ещё и ввиду возможности совместить в одном аппарате оба процесса обработки промывной воды: сгущение осадка и его обезвоживание.
Забегая вперед, можно говорить, что с помощью шнекового обезвоживателя удаётся снизить содержание железа и марганца в промывной воде до 2-х порядков. Если этот результат применить к нашему примеру, рассмотренному выше, оставив объём сброса без изменения 16 м /сут, то цифры будут следующие: концентрация в промывной воде железа общего после шнекового обезвоживателя (в фугате) будет 2 г/м , за год сброс по показателю железо общее в тоннах составит: 0,002 кг/м3*16м /сут*365сут= 11,7кг/год=0,0117т/год. Соответственно плата за сброс по показателю железо общее 69,6 руб/год в пределах НДС (без утверждённого проекта НДС 1740 руб/год + штраф от 80 до 100 тыс. рублей в соответствии со ст.8.14 КоАП РФ).
28
Пробные испытания шнекового обезвоживателя на модельных растворах промывной воды, подтвердили возможность его использования для обезвоживания осадка. Полученные результаты легли в основу разработанной автором схемы обезвоживания осадка разработанной для реального объекта (рис. 1). В 2015г. эта схема была реализована при техническом участии специалистов ООО «Техно-Эко» (Санкт-Петербург) на водопроводной станции обезжелезивания природной воды производительностью 2000м /сут. на одном из объектов ООО «Газпром добыча». Объект располагается в Ямало-Ненецком автономном округе. Поставка станции осуществлялась в блочно-модульных зданиях с размерами (м) 3*12х3(Ь) с полностью смонтированным и испытанным оборудованием, которые соединялись на объекте в единое здание.
В качестве источника водоснабжения станции использовались артезианские скважины. Показатели качества воды в них, полученные в результате лабораторного анализа проб сертифицированной лабораторией, приведены в таблице 1.
Таблица 1
№ Показатель Единицы измерения Значение
1 Железо общее мг/дм3 4-6
2 Марганец мг/дм3 0,5
3 Цветность градус. ПКШ 60
4 Мутность (по каолину) мг/дм3 4,5
5 рН Единицы рН 6
Технология очистки воды на станции следующая:
Вода из артезианских скважин (6 шт.) поступает в резервуар исходной воды объёмом 200 м . Из резервуара вода с помощью насосов с расходом от 60 до 90 м /час (в зависимости от суточной потребности) подаётся на восемь скорых напорных фильтров. Диаметр фильтра 1,5 м, высотой загрузки 1,1 м, загрузка фильтра кварцевый песок крупностью 0,8-1 мм. Перед фильтрами в поток очищаемой воды с помощью дозаторных насосов вводится окислитель, коагулянт и щёлочь. Для окисления железа и марганца в схеме применяется гипохлорит натрия КаСЮ, получаемый непосредственно на месте потребления из поваренной соли на гипохлоритном электролизёре. В качестве коагулянта применяется сернокислый алюминий А1з(804)з, подщелачивание проводится гидроксидом натрия КаОН. После очистки на фильтрах вода дополнительно хлорируется и направляется в резервуары чистой воды (РЧВ). Промывка фильтров проводится поочерёдно в автоматическом режиме, через каждые 20 ч работы промывался один из восьми фильтров. Подаваемый расход на промывку составлял 90мз/ч, продолжительность обратной промывки 6 мин. Объём воды на обратную промывку с учётом сброса первого фильтрата составлял 12 м . Далее
промывная вода от фильтров отводилась к блоку обработки промывной воды и обезвоживания осадка (см. рис. 1).
Схема работает следующим образом:
Промывная вода от фильтра поступает в накопительную ёмкость промывной воды 1 объёмом 15 м . После двух часов отстаивания из нижней части ёмкости 1 с помощью насоса 2 с расходом 2
3 „
м /ч, промывная вода подаётся на шнековый обезвоживатель 3. Для повышения эффективности обезвоживания осадка дозаторным насосом 4 в смесительную камеру шнекового обезвоживателя подаётся раствор флокулянта, приготовленный в баке 5
В процессе обезвоживания осадка на шнековом обезвоживателе образуется фильтрат (фугат) и обезвоженный осадок. Фугат самотёком отводится в ёмкость 6, откуда перекачивается насосом 7 в бак исходной воды или в производственную канализацию. Обезвоженный осадок по направляющему лотку отводится в фильтрующий мешок 8, установленный в специальном контейнере 9. После заполнения фильтрующего мешка осадком его перемещают в специальную площадку (помещение)
Промывная вида ш
Фугат в исходную воду или канализацию
Фугат канализацию
Рис. 1. Принципиальная схема блока обезвоживания осадка промывной воды от осветительных
фильтров станции обезжелезивания природной воды.
Условные обозначения: 1- ёмкость сбора промывной воды, 2- насос подачи промывной воды, 3-шнековый обезвоживатель, 4- дозаторный насос флокулянта, 5- бак для приготовления раствора флокулянта, 6- емкость сбора фугата, 7- насос перекачки фугата, 8- фильтрующий мешок, 9- контейнердля установки фильтрующего мешка.
для хранения и последующей транспортировки к месту утилизации. Отфильтрованная при заполнении с помощью фильтрующего мешка вода (фугат) собирается на дне контейнера 9 и сливается в производственную канализацию.
1
На станции (рисунки 2, 3, 4, 5) установлен шнековый обезвоживатель осадка фирмы «Volute» разработанного японской компанией Amcon ING модельный ряд ES.
Основные характеристики используемой модели ES-201- диаметр шнека - 200 мм; длинна шнека - 2000 мм, мощность - 0,37 кВт, вес - 300 кг (рисунки 2, 3, 4, 5).
Рис. 2. Шнековый обезвоживатель ES201
Рис. 3. Шнековый механизм установки.
По завершению пуско-наладочных работ блока обработки промывной воды и обезвоживания осадка, были получены следующие результаты. Расход воды промывной воды, подаваемой на шнековый обезвоживатель до 2 м /час, концентрация железа общего в промывной воде после промывки фильтров 450 мг/л, концентрация железа общего в фугате 2,6 мг/л, влажность осадка после обезвоживания 85-90%, используемый флокулянт «Fennopol A-321», расход 0,1% раствора флокулянта 15 г/час.
Выводы по пуско-наладочным работам:
1. Установленный на станции обезжелезивания природных вод блок для обезвоживания осадка промывных вод с использованием на шнекового обезвоживателя позволил практически полностью прекратить сброс промывной воды с высокой концентрацией железа и марганца в реку 1 категории- рыбохозяйственного назначения.
Рис. 4. Обезвоженный осадок с влажностью 90% полученный из промывной воды от
осветлительных фильтров
Рис. 5. Фильтрующий мешок для дополнительного обезвоживания, хранения и транспортировки обезвоженного осадка.
2. Влажность обезвоженного осадка, составила 80%, что позволило осуществлять его транспортировку к местам захоронения.
3. Возврат промывной воды для повторного использования составил не менее 90%.
В 2016г. специалистами ООО «Техно-Эко» (Санкт-Петербург) под руководством автора, совместно с ФГУП «Водоканал» (Санкт-Петербург), была разработана и выполнена программа технического испытания аналогичной по техническому решению не контейнерной установки шнекового обезвоживателя по осушению осадка промывных вод (рисунок 6). Указанное испытание
было необходимо для подтверждения полученных ранее результатов производственного внедрения экспериментальной авторской установки.
Обезвоживанию подвергался осадок от скорых осветлительных фильтров водоочистной станции природной воды, расположенной в городе Зеленогорск (Санкт-Петербург). Производительность станции составляет 5040 м /сут, источником водоснабжения являлись артезианские скважины. В техническом испытании использовался шнековый обезвоживатель фирмы «Amcon» модель ES-051 с диаметром шнека 50 мм. Программа испытаний предусматривала:
1) отбор промывной воды во время проведения промывки скорого осветлительного фильтра с инертной (песок) загрузкой.
2) обезвоживание осадка промывной воды на шнековом обезвоживателе с целью определения технических параметров процесса для совершенствования технологической схемы.
1. Качество исходной воды подаваемой на станцию из артезианских скважин, по которым фиксируются превышение установленных СанПиН2.1.4.1074-01 приведено в таблице 2. Оно было определено на основании лабораторного анализа проб исходной воды сертифицированной лабораторией.
Таблица 2
№ Показатель Ед.изм Значение интервал/среднее Норма по СанПиН 2.1.4.1074-01
1. Железо общее мг/дм3 4,2-6,4/5,3 0,3
2. Марганец мг/дм3 0,63 0,1
3. Мутность мг/дм3 8,6-22/15,3 1,5
4. Цветность 17-23/20 20
2. Результат лабораторного анализа промывной воды от осветлительных фильтров, отобранной из промывного трубопровода, через 3мин после начала промывки (наиболее загрязнённая проба) приведен в таблице 3.
Таблица 3
№ Показатель Ед.изм Значение
1. Железо общее мг/дм3 500±80
2. Марганец мг/дм3 34±6
3. Взвешенные вещества мг/дм3 470±80
3. Лабораторный анализ фугата после установки шнекового обезвоживания осадка «Amcon» ES-50 представлен в таблице 4
Таблица 4
№ Показатель Ед.изм Значение
1. Железо общее мг/дм3 27±4
2. Марганец мг/дм3 1,9±0,3
3. Взвешенные вещества мг/дм3 61±11
Полученные результаты позволяют оценить достигнутую эффективность работы установки шнекового обезвоживания, которая составила:
3 3 „
- по железу с 500мг/дм до 27мг/дм , снижение концентрации в промывной воде на 94,6%;
3 3
- по марганцу с 34мг/дм до 1,9мг/дм снижение концентрации на 94,4%;
3 3
- по взвешенным веществам с 470мг/дм до 61мг/дм снижение концентрации на 87%.
Рис. 6. Пилотная установка шнекового обезвоживателя «Amcon» серии ES-50
Следует отметить, что концентрация железа в фугате составила 27 мг/дм , что в десять раз больше результата, приведенного ранее на шнековом обезвоживателе «Amcon» серии ES-201 установленного стационарно, где содержание железа в фугате составило 2,6 мг/дм . Автор статьи полагает, что причиной этому послужили технические и организационные сложности, связанные с невозможностью установить оптимальный режим реагентной обработки осадка и работы шнекового обезвоживателя, подключённого к системе очистки станции по временной схеме.
В ходе проведения испытаний влажность полученного осадка составила 93,2% (без дополнительного обезвоживания в фильтрующем мешке). Наилучшие результаты были достигнуты с использованием флокулянта «Феннопол» марки А321Е (анионный полиэлектролит, полиакриламид). Эффективность обезвоживания осадка на шнековом обезвоживателе возрастает при увеличении
концентрации загрязнений в промывной воде и от правильно выбранного режима реагентной обработки (типа флокулянта и его дозы). Без обработки осадка флокулянтом эффективность обезвоживания шнековым обезвоживателем резко падает.
Рис. 7. Обезвоженный осадок влажностью 90% полученный из промывной воды.
По результатам испытаний рекомендуемая продолжительность отстаивания промывной воды, обеспечивающая эффективную и стабильную работу шнекового обезвоживателя, составила не менее 2-х часов.
Представленные в статье результаты позволяют говорить об эффективности разработанной технология выделения и обезвоживания осадка промывных вод станций обезжелезивания природной воды с применением шнекового обезвоживателя. Её использование позволяет:
- существенно снизить негативное воздействие производственных стоков на окружающую среду;
- исключить полностью или свести к минимуму плату за негативное воздействие производственных стоков на окружающую среду;
- сократить расход воды на собственные нужды водопроводной станции;
- осуществить обезвоживание осадков промывных вод с обеспечением возможности их дальнейшей утилизации.
Простота технологической схемы, делает несложной автоматизацию процесса, позволяет размещать блок обезвоживания осадка в блочно-модульном здании (контейнерах) транспортных габаритов и доставлять их на автономные объекты военной инфраструктуры с проверенным и испытанным оборудованием в полностью готовом виде и работоспособном состоянии.
Список литературы
1. СанПиН 2.1.4.1074-01 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества. Гигиенические
35
требования к обеспечению безопасности систем горячего
водоснабжения».http://files.stшymfm/Data1/9/9742/ (дата обращения 12.01.2018)
2. Приказ Росрыболовства от 18.01.2010 N 20 "Об утверждении нормативов качества воды водных объектов рыбохозяйственного значения, в том числе нормативов предельно допустимых концентраций вредных веществ в водах водных объектов рыбохозяйственного значения" (Зарегистрировано в Минюсте РФ 09.02.2010 N 16326) http://legalacts.ru/doc/prikaz-rosrybolovstva-ot-18012010-n-20-ob/ (дата обращения 12.01.2018)
3. СанПиН 2.1.5.980-00. Водоотведение населенных мест, санитарная охрана водных объектов. Гигиенические требования к охране поверхностных вод. Санитарные правила и нормы" (утв. Главным государственным санитарным врачом РФ 22.06.2000) (с изм. от 04.02.2011). http://legalacts.ru/doc/sanpin-215980-00-215-vodootvedenie-naselennykh-mest-saшtamaja/ (дата обращения 12.01.2018).
4. Постановление Правительства РФ от 13.09.2016г. №913 «О ставках платы за негативное воздействие на окружающую среду и дополнительных коэффициентах». http://legalacts.ru/doc/postanovlenie-pravitelstva-rf-ot-1309201 6-п-913/ (дата обращения 12.01.2018).
5. Васильев Г.В., Гришенко Л.И., Енгашев В.Г. и др. «Болезни рыб. Справочник» 2-изд. Перераб. и доп. - М. Агропромиздат 1989 с. 288.
6. Федеральный закон от 10.01.2002 №7-ФЗ (в ред. от 03.07.2016г.) «Об охране окружающей среды»; http://legalacts.ru/doc/FZ-ob-ohrane-okruzhajuwej-sredy/ (дата обращения 12.01.2018).
7. Кодекс об административных правонарушениях, N 195-ФЗ (с изм. и доп., вступ. в силу с 29.01.2018) | ст. 8.14 КоАП РФ. Нарушение правил эксплуатации водохозяйственных или водоохранных сооружений и устройств. http://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_34661/ (дата обращения 02.02.2018).
8. СП 31.13330.2012 «СНиП 2.04.02-84*» Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. http://www.chemkor.ru/assets/files/GOST_TU/SNiP_2.04.02-84_2013.pdf (дата обращения 12.01. 2018)
