CC BY
7Проектирование, строительство и реконструкция объектов военного назначения
УДК 355.5, 004.51, 004.52, 004.55
Чистяков А.Э., Кащеев Р.Л., Игнатчик В.С., Анисимов Ю.П.
Chistyakov A.E., Kashcheev R.L., Ignatchik V.S., Anisimov Yu.P.
Проблемные вопросы обработки и утилизации отходов, образующихся в результате очистки сточных вод на объектах военной инфраструктуры Минобороны России
Problematic issues of processing and disposal of waste generated as a result of wastewater treatment at military infrastructure facilities of the Russian Ministry of Defense
Аннотация. Механическое обезвоживание является основным способом обработки осадка, рекомендованным при новом проектировании, строительстве, модернизации очистных сооружений сточных вод. Для центрифугирования, как одного из основных способов обезвоживания обоснованы параметры, влияющие на эффективность. Предложена автоматизированная система управления. Основой которой является применение комплексного, приведенного параметра - величины крутящего момента на валу шнека.
Abstract. Mechanical dewatering is the main method of sludge treatment recommended for new design, construction, modernization of wastewater treatment plants. For centrifugation, as one of the main methods of dehydration, the parameters affecting the efficiency are justified. An automated control system is proposed. The basis of which is the use of a complex, given parameter - the amount of torque on the screw shaft.
Ключевые слова. Системы водоотведения, очистка сточных вод, отходы при очистке сточных вод, утилизация отходов.
Keywords. Wastewater disposal systems, wastewater treatment, waste during wastewater treatment, waste disposal.
В процессе очистки сточных вод образуются осадки (песок из песколовок, осадок первичных отстойников, избыточный активный ил и др.). Они должны подвергаться обработке для обезвоживания, стабилизации, снижения запаха, обеззараживания, улучшения физико-механических свойств, обеспечивающих возможность их экологически безопасной утилизации или размещения (хранения или захоронения) в окружающей среде. В Российской Федерации в соответствии с СП 32.13330.2018 при новом проектировании очистных сооружений, начиная от категории «Средние» следует предусматривать обезвоживание осадков механическими методами. При этом, для механического обезвоживания осадков допускается использовать центрифуги (центробежные декантеры), ленточные, камерные и шнековые фильтр-прессы.
Таким образом, выбор технологии обезвоживания осадков следует производить по результатам технико-экономических расчетов с учетом их состава и свойств, физико-химических и теплофизических характеристик и с учетом последующих методов использования или размещения в окружающей среде. В соответствии с [1] обработка осадков с применением центрифуг экономически целесообразна при расчетной производительности очистных сооружений от 10 тыс. м3/сут и более. Среди объектов военной инфраструктуры такие случаи единичны, но объемы очищаемых сточных вод и обработки осадков достигают на них до 30%.
По этой причине обоснование оптимальных технологических схем обработки осадков сточных вод с применением центрифугирования является актуальным.
В общем случае технологическими схемами обработки осадков на центрифугах предусматривается их подача в барабан центрифуг специальными насосами - дозаторами совместно с растворами флокулянтов, см. рис. 1.
Рис. 1. Технология обезвоживания осадков с применением центрифуг: 1 - датчик концентрации;
2 - насос подачи осадков на обезвоживание; 3 - преобразователи частоты; 4- насос подачи раствора флокулянта; 5 - датчик расхода; 6 - главный привод центрифуги; 7 - центрифуга; 8 -обратный привод центрифуги (Backdrive); 9-датчик скорости вращения барабана; 10- датчик
скорости вращения шнека; 11- контроллер.
При этом эффективность центрифугирования оценивается двумя показателями: эффективности задержания сухих веществ (95% и более) и влажности кека 9 (от 70%), см. рис. 2.
В общем случае технологический процесс обезвоживания осадков сточных вод на центрифугах характеризуется достаточно большим числом параметров, см. рис. 2 [2]. В то же время их можно классифицировать по трем признакам: по происхождению; по степени устойчивости и управляемости.
Рис. 2. Основные параметры технологического процесса центрифугирования: 1 фиксируемые параметры; - управляемые параметры; - изменяющиеся параметры; ■У- сложные параметры; а) параметры, характеризующие тип и режим работы центрифуг; б) тоже, режимы флокулирования; в) тоже, режимы исходный шлам; г) тоже,
эффективность центрифугирования
По происхождению параметры делятся на четыре группы (см. рис. 2): характеризующие тип и режимы работы центрифуг; характеризующие режим флокулирования; характеризующие исходный шлам (смесь осадков из первичных отстойников и избыточного ила); характеризующие эффективность центрифугирования.
К первой группе параметров относятся: тип применяемой центрифуги диаметр D и скорость вращения N ее ротора, дифференциал dN (разница в скоростях вращения ротора и шнека центрифуги), диаметр сливных отверстий Dsl, ко второй группе- тип применяемого флокулянта Tf, его дозу Dfl и концентрацию в растворном баке Cfl, к третьей группе- расход шлама Q, поступающего на обезвоживание, концентрацию в нем сухих веществ Ссв или влажность Wl, соотношение доли осадка и ила в шламе ^ зольность Zoln, температура ^ влагоотдающие свойства осадков (зависят от содержания белка, углеводов и др.), к четвертой группе-эффективность задержания сухих веществ Е, и влажность кека Wk или концентрация сухих веществ в нем Ск.
По устойчивости параметры делятся на две группы: простые и сложные.
К простым параметрам (№ 1-9, 11, 13) относятся те, которые в технологическом процессе остаются неизменными при изменении других. В процессе работы центрифуг они могут быть изменены только эксплуатационным персоналом. К сложным параметрам (№ 10, 12, 14, 15, 16) относятся те, которые в технологическом процессе изменяются при изменении других, например, параметры №10 и 14 изменяются при изменении параметра №11. На сложные параметры 15 и 16 оказывают влияние все параметры технологического процесса.
По управляемости параметры делятся на три группы: фиксированные (№ 1, 2, 6, 8), которые по соображениям поставки, взаимозаменяемости, удобства в обслуживании должны быть одинаковыми для центрифуг всех станций аэраций регионов; управляемые (№ 3-5, 7, 9, 13, 15, 16), устанавливаемые оптимальными для каждой станции аэрации отдельно; и изменяющиеся (№ 10-12, 14) параметры, управление которыми невозможно или затруднительно.
В нашей стране уже накоплен опыт управления параметрами технологического процесса обезвоживания, позволяющий на высоком уровне поддерживать эффективность задержания сухих веществ и концентрацию кека. Это стало возможным благодаря тому, что водоканалами России успешно завершены работы [2], позволившие определить основные закономерности влияния этих параметров на эффективность центрифугирования и зафиксировать отдельные из них на оптимальных значениях. Например: тип центрифуги и тип флокулянтов. При этом, с учетом особенностей осадков каждой станции аэрации на основании экспериментальных исследований проведены работы по обоснованию дозы флокулянтов, скорости вращения ротора, дифференциала и диаметра сливных отверстий центрифуг. В то же время стало очевидным, что дальнейшее совершенствование технологии становилось возможным только посредством автоматического контроля и регулирования этих параметров.
По этой причине на всех узлах обезвоживания применяется автоматизированная система управления (АСУ), см. рис. 3. В основу способа управления заложено применение комплексного, приведенного параметра- величины крутящего момента М на валу шнека, измерение которого отработано. Его величина зависит от всех параметров (см. рис. 2), т.е. М=/1(Ы", dN, Dsl, Tf, Dfl, СИ, Q, Wl, к, Zoln, ^ влагоотдающие свойства осадков). Сущность способа заключается в том, что с целью стабилизации концентрации кека в условиях колебаний параметров, характеризующих исходный шлам, измеряют величину крутящего момента М на валу шнека и, в зависимости от его значения, корректируют дифференциал dN.
Рис. 3. Принципиальная схема АСУ технологического процесса обезвоживания: 1 -трубопровод для подвода смеси исходного шлама и раствора флокулянта, 2 - центрифуга, 3 -барабан, 4 - шнек, 5 - редуктор, 6 - измеритель разности скоростей вращения ротора и шнека, 7, 9 - каналы для передачи информации, 8 - функциональный блок, 10 - обратный привод, 11 -кабель, 12 - главный привод, подсистема для наладки АСУ центрифуги
В то же время алгоритмы управления технологическими процессами обезвоживания осадков отработаны для центрифуг больших производительностей, которые без доработки невозможно применять для центрифуг с диаметром барабана менее 500 мм, характерным для объектов военной инфраструктуры Минобороны России, поскольку поддержание величины крутящего момента на постоянном уровне не обеспечивает оптимальных параметров обезвоживая, т.к. его значение может меняться не только от влагоотдающих свойств осадков, но и от расхода (по сухому веществу), подаваемого на центрифугу. В условиях небольших диаметров барабанов и мощностей их приводов такой подход будет приводить к забиваю центрифуг с последующим сбросом фугата низкого качества. В связи с этим, для эффективного
применения центрифугирования при обезвоживании осадков сточных вод на очистных сооружениях «средних» категорий необходимо совершенствование алгоритмов их автоматизированного управления.
Выводы
1. В Российской Федерации в соответствии с СП 32.13330.2018 при новом проектировании очистных сооружений, начиная от категории «Средние» следует предусматривать обезвоживание осадков механическими методами. Для объектов военной инфраструктуры целесообразно использовать центрифуги (центробежные декантеры) ввиду более простых транспортных схем для их реализации.
2. Алгоритмы управления технологическими процессами обезвоживания осадков отработаны для центрифуг больших производительностей, которые без доработки невозможно применять для центрифуг с диаметром барабана менее 500 мм, характерным для объектов военной инфраструктуры Минобороны России. В связи с этим, для эффективного применения центрифугирования при обезвоживании осадков сточных вод на очистных сооружениях «средних» категорий необходимо совершенствование алгоритмов их автоматизированного управления.
Список литературы:
1. Булат Р.Е., Анисимов Ю.П., Вакуненков В.А. Модернизации объектов коммунального назначения Министерства обороны Российской Федерации / // Сборник докладов круглого стола «Современное состояние эксплуатационного содержания казарменно-жилищного фонда Министерства обороны России и инновационные пути перспектив его развития». - Москва, 2018. - С. 19-27.
2. Ильин Ю.А., Трухин Ю.А., Игнатчик В.С., Игнатчик С.Ю. Управление процессами обезвоживания осадков сточных вод на центрифугах // -М.: Водоснабжение и санитарная техника, №8, 1997 г. С. 12-18;
3. Кармазинов Ф.В., Цветков В.И., Ильин Ю.А., Трухин Ю.А., Игнатчик В.С., Игнатчик С.Ю. Реконструкция цеха обработки осадков Кронштадтской станции аэрации // -М.: Водоснабжение и санитарная техника, №4, 2005 г. С. 5-10.
