Авторы Е.М. Крючихин, А.Н. Николаев

Проблемы охраны окружающей среды от загрязнений является одной из важнейших экологических и социальных задач, решение которой в первую очередь направлено на охрану здоровья нынешнего и будущих поколений, а также на обеспечение воспроизводства и рационального использования ресурсов. Статья 3 Федерального закона РФ «Об охране окружающей среды» подчеркивает, что «охрана, воспроизводство и рациональное использование природных ресурсов является необходимым условием обеспечения благоприятной окружающей среды и экологической безопасности» .

Экологические нормативы, действующие на территории России, диктуют очень жесткие требования к качеству сбрасываемых в водоёмы сточных вод [1]. Допустимые концентрации загрязняющих веществ, во многих случаях, устанавливаются на уровне ПДК для водоёмов рыбохозяйственной категории водопользования. Обеспечение соответствующей глубины очистки сточных вод требует применения новых высокоэффективных технологий и оборудования. Для очистки сточных вод до нормативных требований ЗАО «Креал» разработаны и реализованы в промышленном масштабе технические решения по реконструкции существующих очистных сооружений.

Нормативная очистка сточных вод от взвешенных веществ требует их доочистки на фильтрах с зернистой загрузкой. Для стоков, прошедших биологическую очистку, хорошие результаты дает применение фильтров с плавающей загрузкой (ФПЗ). В сравнении с песчаными фильтрами, ФПЗ устойчиво работают в условиях значительных колебаний концентрации взвешенных веществ в поступающей на фильтрование сточной воде.

Строительство отдельной фильтровальной станции для доочистки сточных вод сопряжено с большими капитальными вложениями и влечет существенные эксплуатационные затраты. Значительное сокращение затрат может дать совмещение процессов осветления и фильтрование сточной воды в одном сооружении типа отстойник-фильтр. Такое техническое решение разработано, запатентовано и успешно реализовано в промышленном масштабе ЗАО «Креал» (г. Санкт-Петербург).

Разработка комбинированного сооружения типа отстойник-фильтр выполнялась в несколько этапов.

В сентябре 2002 г. на Центральной станции аэрации г. Санкт-Петербурга произведены испытания фильтра с плавающей загрузкой, разработанного ЗАО «Креал». В задачи испытаний входил выбор материала загрузки, размера гранул, высоты слоя загрузки, скорости фильтрования, отработка режима промывки, определение грязеемкости и длительности фильтроцикла.

В процессе испытаний на фильтр подавалась биоочищенная сточная вода из лотка осветленной воды вторичного отстойника 2-ой очереди очистных сооружений. Для повышения концентрации взвешенных веществ к поступающим на фильтрование стокам периодически добавляли активный ил из канала активного ила вторичных отстойников 2-ой очереди.

Измерение расхода сточной воды на входе и выходе фильтра производили объемным методом — по времени заполнения емкости объемом 10 л.

Потери напора воды в загрузке фильтра определяли прямым измерением уровней воды после выравнивания входного и выходного потоков сточной воды.

Определение концентрации взвешенных веществ в пробах, отбираемых на входе фильтра, выходе фильтра и в потоке грязной промывной воды (ГПВ), производилось стандартным методом в аккредитованной лаборатории. При расчете массы взвешенных веществ, задержанных загрузкой фильтра, использовались данные аккредитованной лаборатории по содержанию взвешенных веществ в биоочищенной сточной воде (выход вторичных отстойников) и концентрации возвратного ила на 2-ой очереди очистных сооружений.

Полученные результаты приведены в табл. 1-2 и на рис. 1 .

Безнапорный режим фильтрования (потери напора Ä Н Ф < 0,4 м вод.ст.) устойчиво сохраняется до массы накопленных в загрузке взвешенных веществ 5 кг/м 3 нас.об.загр. при скорости фильтрования 6,25 м/час ( табл. 1, рис. 1 ).

При скорости фильтрования 10 м/час предельное накопление взвешенных веществ в загрузке, отвечающее потерям напора 0,35-0,4 м вод.ст., составляет 3 кг/м 3 нас.об.загр. (согласно табл. 1 ).

Зависимость потерь напора в фильтре от массы задержанных взвешенных веществ (времени фильтрования) имеет нелинейный характер, что типично для фильтрования через зернистую загрузку суспензии, содержащей хлопьевидные органические частицы, в частности хлопья активного ила.

Вместе с тем, особенностью испытанной загрузки является сохранение потерь напора на постоянном (минимальном) уровне вплоть до содержания задержанных взвешенных веществ 2 кг/м 3 нас.об.загр. с последующим резким возрастанием потерь напора по линейному закону (см. рис. 1 ).

Указанная закономерность, наиболее вероятно, является следствием первоначально равномерного распределения взвеси по высоте загрузки фильтра (без изменения потерь напора) с последующим концентрированием взвешенных веществ преимущественно в нижнем слое загрузки (наблюдали визуально через смотровое окно фильтра), что сопровождалось возрастанием потерь напора.

Эффект очистки от взвешенных веществ (хлопьев активного ила) сохранялся на высоком уровне в течение всех фильтроциклов во всем рабочем диапазоне скорости фильтрования и составил ( табл. 2 ):

■ свыше 80% при входной концентрации взвешенных веществ более 35 мг/л;

■ свыше 70% при входной концентрации взвешенных веществ от 20 до 35 мг/л.

Водовоздушная промывка загрузки фильтра (в течение 4 мин.) обеспечивает её полную регенерацию с восстановлением первоначальных потерь напора воды при фильтровании. Были отработаны режимы промывки с приведением загрузки в псевдожиженное состояние с помощью газлифтных потоков.

На этой основе разработана технология промывки фильтра осветленной водой непосредственно в проточной зоне отстойника.

По результатам испытаний была разработана конструкция отстойника-фильтра, и в октябре 2002 г. произведена реконструкция вторичного отстойника № 2 на ОАО «Соликамскбумпром».

В отличии от установок, разработанных ЦНИИЭП «Установка по доочистке сточных вод на песчаных фильтрах» [2], фильтр с плавающей загрузкой, работающий в режиме безнапорного фильтрования, размещен непосредственно в проточной зоне вторичного отстойника. Испытания показали, что такое решение даёт дополнительный положительный эффект (в сравнении с очисткой суспензии или эмульсии последовательно в раздельных сооружениях осветления и фильтрования), который выражается в следующем:

■ увеличивается эффективность очистки от взвешенных и эмульгированных веществ в сооружении осветления за счет повышения коэффициента использования объема проточной зоны и усреднения расхода воды через эту зону;

■ увеличивается эффективность фильтрационной доочистки осветленной воды за счет предотвращения измельчения агрегативно неустойчивых взвесей и эмульсий, которое происходит при транспортировке осветленной воды из сооружения осветления в фильтр при очистке на раздельных сооружениях;

■ сокращается общий объем очистного сооружения, количество трубопроводов и запорно-регулировочной арматуры (существенно ниже затраты);

■ упрощается схема промывки фильтра (меньше длительность промывки и затраты на автоматизацию);

■ уменьшается объем грязной промывной воды.

Достигнутые показатели приведены в табл. 3 .

Технико-экономический анализ показал, что достижения аналогичного результата за счет строительства отдельной фильтровальной станции потребовало бы в 5-10 раз больше капитальных вложений и в 20 раз больше эксплуатационных затрат.

Реконструкция всех пяти вторичных отстойников в отстойники фильтры позволило надежно обеспечить норматив ПДС по сбросу взвешенных веществ. Двухлетняя эксплуатация отстойников-фильтров подтвердила высокую эффективность и надежность разработанной технологии.

В настоящее время разработанные конструкции отстойников-фильтров широко применяются ЗАО «Креал» и реализованы в серийно выпускаемых этой фирмой модульных установках очистки сточных вод типа БТФ. ■

Литература

1. Сан ПиН 2.1.5.980 — 00. «Гигиенические требования к охране поверхностных вод».

2. Э.С. Разумовский, Г.Л. Медриш, В.А. Казарян. «Очистка и обеззараживание сточных вод малых населенных пунктов».М:Стройиздат, 1986.