ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ СОЕДИНЕНИЙ АЗОТА НА КАНАЛИЗАЦИОННЫХ СООРУЖЕНИЯХ ГОРОДА КРАСНОПЕРЕКОПСКА Текст научной статьи по специальности «Экологические биотехнологии»

УДК 628. 356

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ СОЕДИНЕНИЙ АЗОТА НА КАНАЛИЗАЦИОННЫХ СООРУЖЕНИЯХ ГОРОДА КРАСНОПЕРЕКОПСКА

Эдимова С.Р., Салиев Э.И.

Крымский Федеральный университет имени В. И. Вернадского, Академия Строительства и Архитектуры, г.

Симферополь, ул. Киевская, 181, корп. 3,

saliv.en@mail.ru, edimova.safure@mail.ru

Аннотация. Приведены данные по повышению эффективности очистки сточных вод от соединений азота на канализационных очистных сооружениях г. Красноперекопска в Республике Крым. Рассмотрена целесообразность использования новых систем аэрации, изменение подачи сточной воды в аэротенки для увеличения производительности канализационных очистных сооружений и повышения эффективности очистки сточных вод от соединений азота.

Ключевые слова: канализационные очистные сооружения, сточные воды, аэротенк, нитрификация.

ВВЕДЕНИЕ

Повышение эффективности очистки сточных вод от соединений азота на канализационных очистных сооружениях чрезвычайно актуально. Загрязнение природных вод представляет опасность для жизни на Земле, поэтому нельзя допускать сброс неочищенных или недостаточно очищенных сточных вод в природные водоемы. В настоящее время в Крыму практически все канализационные очистные сооружения не позволяют обеспечить требуемое содержание в очищенной сточной воде соединений азота. Это приводит к загрязнению водных объектов биогенными элементами, что в свою очередь приводит к эвтрофикации водоёмов.

В связи с этим большое значение имеет уменьшение концентрации в очищенных сточных водах соединений азота от объектов водопользования и внедрение новых безотходных технологий на канализационных очистных сооружениях.

АНАЛИЗ ПУБЛИКАЦИЙ

В результате аналитического обзора литературы была собрана информация о существующих канализационных очистных сооружениях, а также технические возможности с применением современных технологий [1-3], в процессе исследований проведен ряд расчетов, в которых рассмотрены различные варианты работы секций аэротенков [4-6]. В результате разработанных технических и технологических решений имеется возможность повысить эффективность очистки сточных вод от соединений азота на существующих канализационных очистных сооружениях г. Красноперекопска.

ЦЕЛЬ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ

Целью данной работы была научная разработка технических и технологических решений повышения эффективности очистки сточных вод от

соединений азота на канализационных очистных сооружениях г. Красноперекопска.

Существующие канализационные очистные сооружения КРП "ППВКХ г. Красноперекопск" рассчитывались на полную биологическую очистку сточных вод общей производительностью 17500 м3/сут. Вводились в эксплуатацию в период 19731976 гг., реконструкция и расширение были произведены частично в 1985 году.

Очистные сооружения включают полный комплекс сооружений необходимый для очистки 17500 м3/сут. сточных вод и обработки образующихся осадков.

На канализационные очистные сооружения поступают хозяйственно-бытовые и

производственные сточные воды. В настоящее время, объем поступающих сточных вод составляет 5700 м3/сут. Промышленные предприятия г. Красноперекопска предварительной очистки производственных сточных вод на собственных локальных очистных сооружениях, до нормативов, заложенных в разрешении на сброс сточных водв систему канализации, не имеют. Хозяйственно -бытовые сточные воды города и сточные воды промышленных предприятий по двум напорным коллекторам поступают в приемную камеру канализационных очистных сооружений, расположенную перед зданием решеток. В приемную камеру также поступают собственные хозяйственно-бытовые сточные воды и дренажные воды с песковых и иловых площадок.

После приемной камеры по лоткам сточные воды поступают в здание решеток, котороеоборудовано 2-мя механическими решетками РММВ-1000 с прозорами 16 мм, для задерживания крупных отбросов.

Далее сточные воды поступают на вертикальную песколовку диаметром 4 мс круговым движением воды, где удаляются тяжелые минеральные примеси (песок). Расчетная производительность песколовки - 8500 м3/сут.

Песок удаляется из песколовок на песковые площадки за счет гидростатического давления.

Пройдя песколовку, где осели песок и другие грубые механические примеси, сточная вода попадает в два первичных радиальных отстойника диаметром 20 м и 18 м, где происходит осаждение взвешенных веществ, находящиеся в сточных водах, а жиры и другие плавающие органические вещества накапливаются на поверхности и периодически убираются. Осадок в отстойниках накапливается в центре отстойной части и периодически по установленному графику отводится на иловые площадки.

В распределительную чащу первичных отстойников подается избыточный активный ил, который оседая вместе с сырым осадком, удаляется на иловые площадки.

После осаждения сырого осадка и избыточного активного ила, осветленная сточная вода поступает в два 3-х коридорных аэротенка-вытеснителя размером 42 на 18 м и рабочей глубиной 3,85 м.

Сточные воды из верхнего канала поступают в распределительный лоток, смонтированный на перегородочной стене между первым и вторым коридором. Распределительный лоток имеет 8 отверстий для регулирования подачи осветленной сточной воды по всей длине коридора. Отверстия оборудованы щитовыми затворами-водосливами. Первый коридор аэротенка используется как регенератор.

В зависимости от необходимого времени регенерации вместимость регенератора можно изменять путем регулировки количества открытых отверстий распределительного лотка. В табл. 1 указана объемная доля сточных вод (в процентах от общего объема) и номера отверстий, через которые подается вода в зависимости от необходимой вместимости регенератора.

Таблица 1. Объемная доля осветленных сточных вод, подаваемых через шиберы, в% от объема всего

стока

Table 1. The volume share of clarified wastewater supplied through the gates, in % of the total flow

Вместимость регенератора, % от общей вместимости аэротенка Объемная доля осветленных сточных вод, подаваемых через шиберы, в % от объема всего стока

1 2 3 4 5 6 7 8

25 10 - 35 - 35 - 20 -

38 10 - 35 - 35 - 20

43 10 - 35 - 35 20

48 10 25 - 35 20

52 10 35 35 20

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ АНАЛИЗЫ

Учитывая качественный состав поступающих сточных вод на очистные сооружения, наиболее благоприятным является вместимость регенератора, составляющая 25% от вместимости аэротенка.

Воздух, для обеспечения процессов биологической очистки, поступает в сточную воду через аэрационную систему конструкции НПФ "Экотон", смонтированную у днища и состоящую из трубчатых аэраторов с наружным диаметром 120 мм. Визуально видно, а также подтверждено лабораторией очистных сооружений, что система аэрации находится в удовлетворительном состоянии и успешно выполняет свои функции. Для предотвращения выпадения взвешенных веществ в верхнем и нижнем каналах аэротенка также установлены аэраторы НПФ "Экотон".

Подача воздуха на аэротенки осуществляется двумя воздуходувками ТВ-80-1.6, которые установлены в воздуходувной станции. Производительность одной воздуходувки по подаче

воздуха составляет 4800 м3/ч, давление воздуха на напорном трубопроводе 0,16 Мпа (1,6 кгс/см2), мощность двигателя каждой воздуходувки составляет 160 кВт.

После аэротенков сточные воды вместе с активным илом по трубопроводу поступают в распределительную чашу вторичных отстойников, и далее во вторичный отстойник диаметром 20 м, где происходит разделение активного ила и очищенных сточных вод.

Активный ил, осевший на дно отстойника, поступает в резервуар активного ила. Из резервуара циркуляционный активный ил насосами возвращается в аэротенк, а избыточный активный ил направляется в распределительную чашу первичных отстойников.

Очищенные сточные воды сбрасываются в акваторию Черного моря.

Сырой осадок в смеси с избыточным активным илом и плавающие веществаиз первичного отстойника перекачивается на иловые поля.

Условия качественной характеристики очищенных сточных вод продиктованы требованиями "Правил охраны внутренних морских

вод и территориального моря от загрязнения и замусоривания".

Показатели качества состава сточных вод и требования ПДС приведены в табл. 2.

Таблица 2. Показатели качества воды Table 2. Water quality indicators

№ Показатели качества воды Ед. ПДС 2017 2018

п/п Изм. Вход Выход Вход Выход

1 Взвешенные вещества мг/л 15 234,8 14 212,8 15

2 БПКполн мгО2/л 15 126,4 15 210,5 16

3 ХПК мг/л 80 232,6 70,7 182,25 78

4 Сухой остаток мг/л 300 3296 2246 3120,9 2878,7

5 Хлориды мг/л 948,7 911,7 894,1 766,9 730,5

6 Сульфаты мг/л 600 811,69 650,5 820,4 670,0

7 Азот аммония мг/л 0,416 34,5 0,54 51,6 15,5

8 Нитраты мг/л 37,9 2,5 38,0 3,7 до 70

9 Нитриты мг/л 0,07 0,34 0,1 0,4 до 0,2

10 Фосфаты мг/л 2,78 40,3 5,4 43,6 10,9

11 Железо мг/л 0,1 0,47 0,1 0,73 0,25

12 Нефтепродукты мг/л 0,05 10,33 0,25 2,9 0,5

13 АПАВ мг/л 0,03 1,13 0,25 0,9 0,3

14 рН мг/л 6,5-8,5 7,6 7,4 7,8 7,5

Как видно из табл. 2 качество сточных вод, сбрасываемых очистными сооружениями, не соответствует ПДК по следующим показателям: азотосодержащей группы, фосфатов, железа, нефтепродуктов и АПАВов.

В отдельные дни наблюдается в поступающих сточных водах содержание биогенных загрязнений до 80-100 мг/л, что резко ухудшает качество очистки.

При обследовании выявлены следующие недостатки в работе технологии и состоянии сооружений:

- механизированные решетки не работают, отсутствует оборудование для обезвоживания крупных отбросов;

- на первичных радиальных отстойниках наблюдается неравномерный отвод осветленных сточных вод из отстойников;

- технологическая схема работы аэротенков, при существующих объемах поступления сточных вод, приводит к длительному пребыванию смеси активного ила и сточной воды в емкостях, что в свою очередь, влечет повышенный расход электроэнергии и увеличению нитратов в очищенных сточных водах;

-отсутствие обратных клапанов на напорных воздуховодах приводит к ухудшению качества работы аэрационной системы в целом и скорейшему ее износу;

- воздуховоды в воздуходувной станции смонтированы с нарушением правил эксплуатации данных систем, что приводит к снижению КПД воздуходувок;

- существующие воздуходувные агрегаты морально и физически устарели и требуют замены;

- во вторичных отстойниках системы сбора активного ила и отвода осветленных сточных вод работают неэффективно.

Проведенный визуальный анализ активного ила показал следующие результаты: ил светло-коричневого цвет, и характеризуется как средне окисляющий.

Очищенные сточные воды перед сбросом в водоем не обеззараживаются.

Для оптимальной работы КОС г. Красноперекопск, предлагается нижеследующая схема.

Сточные воды подаются по трубопроводу в здание решеток, в которых установлены две механические решетки с прозорами 5 мм. Грубые

отбросы прессуются, а затем транспортируются в мусорный контейнер. Заполненные контейнеры вывозятся к месту складирования.

Далее сточные воды поступают на вертикальную песколовку диаметром 4 м с круговым движением воды, где удаляются тяжелые минеральные примеси (песок). Расчетная производительность песколовки 8500 м3/сут.

Очищенные от тяжелых механических примесей сточные воды из песколовок по водоизмерительному лотку поступают в распределительную чашу. Туда же поступает избыточный активный ил из вторичных отстойников.

Из распределительной чаши сточные воды подаются в нижнюю часть приемно-распределительного устройства первичного отстойника диаметром 20 м, и производительностью 585 м3/ч при 1,5 часовом отстое вод.

Сырой осадок и избыточный активный ил, осевший на дно отстойника, сгребается илоскребом в иловую чашу, откуда насосом по трубопроводу его перекачивают на иловые поля. Плавающие вещества из отстойника через погружной бункер удаляют в резервуар и затем по мере накопления также перекачивают насосом на иловые поля.

После первичных отстойников сточные воды поступают на биологическую очистку в две секции трехкоридорныхаэротенков. При расходе сточных вод 5700-7000 м3/сут. с проектными показателями по БПК и аммонийному азоту целесообразно использовать одну секцию

трехкоридорногоаэротенка. При поступлении на очистные сооружения сточных вод с повышенными показателями азотосодержащей группы, фосфатов, железа, нефтепродуктов и АПАВ целесообразно использовать двухступенчатую очистку, т.е. работу трехкоридорныхаэротенков последовательно.

В процессе исследований проведен ряд расчетов, в которых рассмотрены различные варианты работы секций аэротенков: одной или двух секций, одноступенчатой схемы работы аэротенков или 2-х ступенчатой, при повышенных концентрациях БПК и аммонийного азота, при различном количестве аэраторов и соответственно нагрузке.

Как показали расчеты, установленное в аэротенке количество полимерных аэраторов марки АПКВ-120 полностью не способно обеспечить процессы биологической очистки при максимальных показателях загрязнений по БПК и азоту.

В настоящее время, в двух секциях аэротенков во всех коридорах установлено по две плети аэраторов. Исходя из проведенных расчетов, необходимо установить в аэротенках дополнительные плети аэрационной системы по схеме:

первый аэротенок 3 / 3 / 2

второй аэротенок 3 / 2 / 2

Для обеспечения полной биологической очистки при максимальных показателях биогенных загрязнений, фосфатов в технологической схеме

задействованы обе секции аэротенков. Часть сточных вод (60%) из верхнего канала поступают в распределительный лоток, смонтированный на перегородочной стене между первым и вторым коридором, в конец первого коридора первого аэротенка, который используется как регенератор. Учитывая качественный состав осветленных сточных вод, поступающих на очистные сооружения, наиболее благоприятным является вместимость регенератора, составляющая 25% от вместимости аэротенка.

Пройдя первый аэротенк, сточные воды и активный ил, через переливное окно, в котором установлен плоский щитовой затвор, обладающий повышенной износоустойчивостью и

ремонтопригодностью, поступают в конец первого коридора второго аэротенка. Сюда же подаются по лотку и 40% осветленных сточных вод. Во втором и третьем коридорах второго аэротенка сточные воды проходят окончательную биологическую очистку.

Для подачи сжатого воздуха на аэротенки (при максимальных показателях биогенных загрязнений) необходимо установить на воздухопроводах обратные клапана и заменить существующие воздуходувки на две воздуходувки марки 3D90B-300 производства фирмы "KUBICEK" (Чехия), установленные в воздуходувной станции и укомплектованные блоками частотного

регулирования и датчиками растворенного кислорода. Это позволит повысить энергоэффективность работы всей системы подачи сжатого воздуха на аэротенки на 25%.

ВЫВОДЫ

Разработанные технические и технологические решения позволяют повысить эффективность очистки сточных вод от соединений азота на существующих канализационных очистных сооружениях г. Красноперекопска.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.Щетинин А.И., Есин М.А., Есин А.М. Повышение эффективности удаления биогенных элементов из городских сточных вод г. Харькова. // Науковий вюник будiвництва.-Харкiв:ХДТУБА, ХОТВ АБУ - 2006.- С. 112-115.

2.Эпоян С.М., Друшляк О.Г., Исакиева О.Г., Айрапетян Т.С., Бруев Н.А. Современные водяные системы пожаротушения С.95-98.

З.Сорокина Н.В. Нитриты-денитрификация сточной жидкости в аэробном трехступенчатом биореакторе. //

ВiсникОдеськоlдержавноlакадемilбудiвництва та архтгектури. - Одеса:

Одеськадержавнаакадемiябудiвництвата архтгектури. - 2005.- С.190-193.

4.Эпоян С.М., Штонда Ю.И., Зубко А.Л. Повышение эффективности очистки сточных вод от соединений азота на малогабаритных канализационных очистных сооружениях. //

Науковий вюник будiвництва. -Харшв : ХДТУБА, ХОТВ АБУ. - 2011.- С.493-498.

5.Салiев Э.И. Напрямки вдосконалення систем водопостачання i водоввдведення з метою забезпечення рацiональнного використання природних ресурсiвКриму.//66-а. Науково-технiчнаконференцiя. Харшв-2011. С.461-470.

6.Салiев

Э.И.Комплекснаоцiнкасистемиводопостачання м. Красноперекопськ АР Крим.

ВоднегосподарствоУкраши. - 2007, № 3.-С.33-38. (ВАК)

7.Ильин Ю.А. Надежность водопроводного оборудования и сооружений. М.: Стройиздат, 1985. -240 с.

8.Павлинова И.И., Баженов В.И., Губий И.Г. Водоснабжение и водоотведение, 2013 -472 с. -Серия: Бакалавр. Базовый курс.

9.Березин С.Е., Баженов В.И. "Воздуходувные станции с регулируемыми центробежными компрессорами" "Ариал"2019.

REFERENCES

1. Shchetinin A.I., Esin M.A., Esin, A.M. improving the efficiency of nutrient removal from municipal wastewater of the city of Kharkov. // Naukovij Visnik budivnitstva.-Harkiv:KSTUCA - 2006.- pp. 112-115.

2. Epoyan S.M., Drushlyak O.G., Isakieva O.G., Hayrapetyan T. S., Bruev N. A. Modern water fire extinguishing systems pp. 95-98.

3. Sorokina N. V. Nitrites - denitrification of wastewater in an aerobic three-stage bioreactor. // Bulletin of the Odessa state Academy of construction and architecture. - Odessa: Odessa state Academy of construction and architecture. -2005. - pp. 190-193.

4.Epoyan S.M., ShtondaYu.I., Zubko A.L. Improving the efficiency of wastewater treatment from nitrogen compounds in small-sized sewage treatment plants. // Naukovij Visnik budivnitstva.-Harkiv : KSTUCA.- 2011.- pp. 493-498.

5. Saliev E.I. directions of improvement of water supply and sanitation systems in order to ensure the rational use of natural resources of the Crimea.// 66th Scientific and technical conference. Kharkiv-2011. pp. 461-470.

6. Saliev E.I. complex assessment of water supply system in Krasnoperekopsk, Crimea.Water economy of Ukraine. - 2007, No. 3. - pp. 33-38.

7.Ilyin Y.A. Reliability of water supply equipment and facilities. Moscow: Stroizdat, 1985. -240 s.

8.Pavlinov, I.I., Bazhenov V.I., I.G. Gobi Water supply and sanitation, 2013-472 p. - Series: the Bachelor. Basic course.

9.Berezin S.E., Bazhenov V. I. "Blower stations with adjustable centrifugal compressors ""Arial" 2019.

IMPROVING THE EFFICIENCY OF WASTEWATER TREATMENT FROM NITROGEN COMPOUNDS AT SEWAGE FACILITIES IN KRASNOPEREKOPSK

Edimova S. R., Saliev E. I.

Summary The data on improving the efficiency of wastewater treatment from nitrogen compounds at sewage treatment plants in Krasnoperekopsk in the Republic of Crimea are presented. The expediency of using new aeration systems, changing the supply of wastewater to aeration tanks to increase the productivity of sewage treatment plants and improve the efficiency of wastewater treatment from nitrogen compounds is considered.

Key words: sewage treatment plants, wastewater, aerotank, nitrification.