К ВОПРОСУ О МОДЕРНИЗАЦИИ ПРОЦЕССОВ ДООЧИСТКИ И ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ СТОЧНЫХ ВОД

Современные темпы градостроительства и строительства промышленных предприятий  связаны с увеличением объемов стоков как бытовых, так и производственных. Очень часто сброс сточных вод осуществляется в водоемы рыбохозяйственного назначения. Если принимать по нормам загрязнения на одного человека в сутки, то средний показатель загрязненности по взвешенным веществам cen составит 260-309 мг/л, а по биологической потребности кислорода Len =300-357 мг/л [1].

В соответствии с нормами [2] очистка сточных вод должна быть осуществлена до следующих показателей качества для сброса их в водоемы, представленных в Табл.1:

Таблица 1  

Требования к составу воды водных объектов.

Таким образом, очистка стоков должна составлять не менее 95%, то есть необходимо предусматривать механическую, биологическую, а также процессы доочистки и обеззараживания.

Существует множество различных технологических схем очистки [3]. Так  например, в классическом варианте используются такие сооружения как усреднитель, вертикальная песколовка, вертикальный первичный отстойник, биофильтр, вертикальный вторичный отстойник, здание доочистки и обеззараживания, быстроток, а также сооружения для обработки осадка. Современные компактные очистные сооружения включают в себя механическую очистку, усреднитель, биологическую очистку, вторичный отстойник, доочистки I и II ступеней, обеззараживание, выпуск в водоем, а также блок по обработке осадка. Если в первом случае площадь занимаемых сооружений составляет 10000м2, то при исполнении очистных сооружений в блочном типе занимаемая площадь составляет 50м2.

Как правило, существующие модели очистных сооружений не включают в себя сооружения доочистки и обеззараживания [4]. В связи с постоянным ухудшением окружающей среды из-за сброса неочищенных сточных вод, нашей задачей было конструирование блока доочистки и дезинфекции. Цель – создание компактной установки, позволяющей очищать и обеззараживать биологически очищенные сточные воды до необходимых показателей для сброса с водоемы.

На основании предыдущих аналогов было произведено их совершенствование, снижение себестоимости очистки сточных вод при получении эффекта доочистки и обеззараживания до требований спуска их в водоемы и/или на поверхность грунта. Техническим результатом модернизаций является фильтр-озонатор [5].

Функциональная схема установки для доочистки воды фильтра-озонатора представлена на Рисунке 1.

Работает фильтр-озонатор следующим образом. Включает в себя корпус 1 с двумя отделениями (верхний 2 и нижний 3) фильтрующей загрузки и контактной камеры 11 смешения озоно-воздушной смеси с фильтратом верхнего отделения. Подачу исходной воды осуществляют по трубопроводу 8 с помощью насоса 4 в регулирующий резервуар очищаемой воды 19. Распределительная система подачи исходной воды 9 является продолжение трубопровода 8. По трубопроводу 10 из генератора озона 5 подают озоно-воздушную смесь в нижнюю часть контактной камеры 11. Удаление избыточного озона из фильтра-озонатора происходит по трубопроводу 14 в деструктор 15. По трубопроводу 17 из нижней части корпуса 1 осуществляют выпуск очищенных и обеззараженных сточных вод в бак фильтрата очищенной сточной воды 13, из которого с помощью насоса 4 по трубопроводу 12 производят подачу промывочной воды для верхнего 2 и нижнего 3 отделения фильтра, а также по трубопроводу 18 подачу очищенной воды к генератору озона 5. Удаления загрязненных промывочных вод осуществляют по трубопроводу 16 в канализацию. На трубопроводах установлена арматура 6, обеспечивающая стабильную эксплуатацию установки. Датчики уровня 7 установлены верхней части корпуса 1 фильтра-озонатора.

Так как процесс фильтрования происходит всего лишь в 40% объема фильтра, то в центральной части корпуса фильтра расположена контактная камера. Основная доза озона расходуется в контактной камере путем его взаимодействия с органическими веществами и патогенной микрофлорой. Непрореагированная часть озона перемещается в верхнее отделение фильтра навстречу движущемуся потоку свежепоступающей исходной воды. Такое конструктивное решение способствует увеличению времени контакта озона со сточной водой и повышает эффективность его использования, а также уменьшение массогабаритные характеристики установки, сокращает длину трубопроводов  и количество запорно-регулировочной арматуры. Диаметр корпуса увеличивается незначительно на 5-7%.

Для выявления основных параметров работы фильтра-озонатора (скорость фильтрования, крупность зерен, доза озона, время контакта озона) была построена математическая модель работы установки с применением матричного подхода к регрессионному анализу [6]. Было получено уравнение работы фильтра-озонатора для параметра оптимизации – концентрации взвешенных веществ:

y0 = 10,65 + 0,65x1 + 2,65x2 + 1,97x3 + 0,33x4 - 0,18(x1 x2 + x3 x4 ) - - 0,3(x1 x3  + x2 x4 ) + 1,53(x1 x4 + x2 x3 ) (1)

где х1 - скорость фильтрования, м/ч; х2 - крупность зерен, мм; х3 - доза озона, мг/л; х4 - время контакта озона, мин;

у0 – требуемая концентрация взвешенных веществ, мг/л.

Можно сделать вывод, что наиболее значимыми параметрами при работе фильтра-озонатора для достижения требуемого эффекта очистки являются крупность зерен (х2 мм) и доза озона (х3 мг/л).

Благодаря усовершенствованию конструкции был достигнут технический результат:

-   увеличение времени контакта озона со сточной водой на 20-30%;

-   повышение эффективности использования озона на 7-12%;

-   снижение массогабаритности установки на 15-20%;

-   сокращение длины трубопроводов, обслуживающих установку, на 20-30%;

-   снижение количества запорно-регулировочной арматуры на 15-25%.

Предложенное техническое решение позволило, согласно опытно-промышленному образцу фильтра- озонатора, получить следующие результаты, представленные в Табл.2.

Показатели опытно-промышленного образца фильтра-озонатор

Рациональное природоиспользование становится наиболее эффективным, когда существует возможность объединения процессов очистки в одном сооружении.

Список литературы

1.     СНиП 2.04.03-85 «Канализация. Наружные сети и сооружения»

2.     СанПиН 4630–88 «Санитарные правила и нормы охраны поверхностных вод от загрязнения»

3.     Левковская В.В., научный руководитель Бурдова М.Г. О выборе технологии очистки сточных вод населенных пунктов c NЖИТ < 1000 // 2-я Международная научно-практическая конференция молодых ученых и студентов. Опыт прошлого – взгляд в будущее. Тула: Изд-во ТулГУ, 2012. С. 424-432.

4.     Левковская В.В., Бурдова М.Г. Анализ методов обеззараживания в компактных сооружениях очистки сточных вод. Известия Тульского государственного университета. Науки о земле. Вып. 3. Тула: Изд-во ТулГУ, 2014. С. 17-21.

5.     Патент РФ 151198 на полезную модель. МПК8 C02F1/78 Фильтр-озонатор / Р.А. Ковалев, М.Г. Бурдова, Б.Ф. Сальников, В.В. Левковская. Опубл. 27.03.2015. Бюл. № 1.

6.     Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановская Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий М.: Изд-во «Наука», 1976. 280 c.