Пресса о нас

Практика применения анионного флокулянта Flopam AN905PWG в цехе механического обезвоживания на Восточной станции водоподготовки МГУП "Мосводоканал"

Cтатья "Опыт работы цеха механического обезвоживания водопроводного осадка на Восточной станции водоподготовки"
из журнала "Водоснабжение и санитарная техника".

В. П. ПОДКОВЫРОВ, К. Е. ЗВЯГИН, Ю. С. ДМИТРИЕВА, И. Ю. АРУТЮНОВА, С. Ю. ЯГУНКОВ

Введение. Источником водоснабжения Восточной станции водоподготовки является волжская вода, которая характеризуется довольно постоянным химическим составом и относится к категории маломутных, высокоцветных вод со средней минерализацией. Принятая на станции двухступенчатая схема очистки питьевой воды включает в себя отстаивание в горизонтальных отстойниках и фильтрацию на песчаных фильтрах. Традиционный процесс очистки воды сопровождается образованием сточных вод – водопроводных осадков.

В процессе отстаивания воды, предварительно обработанной коагулянтом и флокулянтом, образуется большое количество осадка влажностью 99,5–99,9%. Состав водопроводного осадка определяется химической природой загрязнений, присутствующих в воде, типом используемого коагулянта, а также применяемой технологией очистки воды. При использовании коагулянта сульфата алюминия общее количество алюминия в сухом веществе осадка может достигать 40%. Помимо этого в осадке в большом количестве присутствуют органические вещества (ил, фито- и зоопланктон, коллоиды гуминовых и фульвокислот), а также минеральные примеси в виде песка, глины и других веществ.

В настоящее время в России основным методом обработки водопроводных осадков остается их естественная сушка на иловых картах, либо они сбрасываются в водоисточники. Иловые карты занимают значительные площади, которые определяются объемом сбросов осадка и временем его высыхания до состояния, пригодного для вывоза автомашинами на полигоны. Помимо отведения больших территорий под иловые карты при естественной сушке осадка происходит загрязнение поверхностных и подземных вод. По действовавшей ранее технологической схеме водопроводный осадок Восточной станции водоподготовки также поступал на иловые карты, а осветленная вода сбрасывалась в природный водоем.

С целью отказа от существовавшей схемы утилизации производственных стоков станции с использованием иловых карт и улучшения экологической ситуации в МГУП «Мосводоканал» было принято решение о выводе из эксплуатации иловых карт и переходе на механическое обезвоживание осадка на сгустителях и центрифугах до состояния, пригодного для транспортировки. С января 2010 г. на Восточной станции водоподготовки ПУ «Мосводоподготовка» МГУП «Мосводоканал» эксплуатируются сооружения обработки осадка. Это первый опыт обработки осадка на станциях водоподготовки Москвы.

Описание технологического процесса. В основе работы сооружений обработки осадка Восточной станции водоподготовки лежит принцип его уплотнения в отстойниках, механического сгущения на барабанных сгустителях и обезвоживания на центрифугах. Сооружения обработки осадка включают: насосную станцию подкачки с приемно-регулирующим резервуаром, отстойники-уплотнители, сооружения сгущения (барабанные сгустители) и обезвоживания (центрифуги) осадка, площадку временного складирования осадка. Принципиальная схема сооружений обработки осадка представлена на рис. 1. Проектная производительность сооружений составляет 25 тыс. м3/сут.

ris_01
Рис. 1. Принципиальная схема сооружений обработки осадка

Насосная станция подкачки с приемно-регулирующим резервуаром предназначена для подачи производственных стоков на сооружения обработки осадка. Производственные стоки влажностью 99,7–99,9% поступают в приемно-регулирующий резервуар насосной станции подкачки. В приемной камере резервуара предусмотрен приямок для сбора песка. Подземная часть резервуара состоит из двух отделений, где разме- щаются четыре погружных насосных агрегата, перекачивающие производственные стоки в отстойники-уплотнители.

Отстойники-уплотнители выполняют следующие функции: усреднение расхода поступающих стоков для обеспечения равномерной подачи осадка на последующие сооружения; снижение общего объема обрабатываемого осадка за счет гравитационного осаждения.

На сооружениях обработки осадка предусмотрено шесть отстойников-уплотнителей (рис. 2, а), в которые равномерно распределяются поступающие производственные стоки. Для уплотнения поступающего осадка вводится флокулянт, доза которого зависит от его влажности. Уплотненный в отстойниках-уплотнителях осадок с влажностью 98,5–99,5% через перфорированные трубопроводы, проложенные по днищу отстойников, выпускается в резервуары сбора уплотненного осадка (рис. 2, б).

ris_02
Рис. 2. Отстойники-уплотнители
а – вид снаружи; б – выпуски уплотненного осадка

Барабанные сгустители. Из резервуаров уплотненный осадок с помощью погружных на- сосов подается в сгустители барабанного типа «Rapidrain 70-7.0» (рис. 3, а). Сгуститель представляет собой барабан диаметром 1,2 м и дли ной 3,8 м, на каркасе которого закреплена фильтрующая сетка с ячейками 70x32 мкм. Над барабаном находится промывочное устройство с форсунками, куда постоянно подается вода для промывки фильтрующей сетки. Максимальная производительность каждого сгустителя составляет 20 м3/ч.

Перед поступлением в барабанный сгуститель осадок смешивается с флокулянтом в узле смешения, оборудованном мешалкой с регулируемой скоростью вращения (рис. 3, б). Образующаяся в процессе сгущения сливная вода проходит через сетку барабанного сгустителя и отводится в канализацию. Сгущенный осадок с влажностью 95–98% от каждого сгустителя насосами перекачивается в промежуточные емкости, оборудованные механическими мешалками, и подается на обезвоживание.

ris_03
Рис. 3. Барабанные сгустители
а – общий вид; б – узел смешения осадка с флокулянтом

Центрифуги. Усредненный сгущенный осадок из промежуточных емкостей насосами подается на закрытые шнековые двухфазные центрифуги «Deca Press DP 58-422 BD» фирмы «Хиллер» (рис. 4, а). Раствор флокулянта вводится в обезвоживаемый осадок непосредственно перед входом в центрифугу. Образующийся фугат отводится в канализацию. Полученный обезвоженный осадок (кек) влажностью 82–84% выгружается с помощью транспортера в кузов автомашины и вывозится на утилизацию (рис. 4, б).

ris_04
Рис. 4. Центрифуги
а – общий вид; б – выгрузка обезвоженного осадка

Полученные результаты. Эксплуатация соо- ружений обработки осадка осуществляется в круглосуточном режиме. Опыт работы показал, что поступающие на сооружения сточные воды характеризуются большой неравномерностью в течение суток как по расходу, так и по качеству. Диапазон расходов за 2010 г. составлял от 0 до 23 тыс. м3/сут. Содержание взвешенных веществ в поступающих стоках колебалось от 1,3 до 1200 мг/л. В связи с этим в различные сезоны года производился поиск как оптимального режима работы сооружений, так и оптимальных реагентов (катионных и анионных флокулянтов), позволяющих достичь максимальной эффективности обезвоживания при сохранении приемлемого качества отводимых стоков.

Уплотнение осадка. Ввиду невозможности регулирования количества поступающих стоков на данном этапе особенно важным представлялся подбор эффективного флокулянта, а также его дозы для уплотнения осадка. В течение года была проведена серия экспериментальных исследований с применяющимся на Восточной станции водоподготовки флокулянтом Praestol TR-650, а также с другими анионными и катионными флокулянтами. Результаты экспериментов показали, что применение на данной стадии анионного флокулянта Flopam SNF-905 предпочтительнее по сравнению с катионным флокулянтом Praestol TR-650, поскольку он интенсивнее уплотняет осадок, образуя более крупные и тяжелые хлопья. На рис. 5 показан пример уплотнения осадка при использовании анионного флокулянта Flopam SNF-905 дозой 2 мг/л.

ris_05
Рис. 5. Уплотненный осадок при времени после отбора проб
а – 0 мин; б – 5 мин

В ходе исследований была определена зависимость процесса уплотнения от вида поступающего осадка. При одинаковой дозе флокулянта, но разных характеристиках поступающего осадка в сливной воде на выходе из отстойникауплотнителя могли отмечаться проскоки верхних мелких хлопьев осадка, что свидетельствует о недостаточности времени оседания хлопьев или о недостаточности дозы флокулянта для данного осадка. Проблема также может заключаться в отсутствии этапа усреднения поступающего на сооружения обработки водопроводного осадка Восточной станции водоподготовки. Исследования будут продолжены с целью определения оптимальной дозы флокулянта для разного типа осадка, поступающего на сооружения обработки осадка.

Сгущение осадка. Режим работы барабанных сгустителей зависит от свойств и расхода поступающего уплотненного осадка, а также от концентрации сухого вещества. На эффективность работы оборудования сгущения осадка оказывают влияние гидравлическая нагрузка, режим промывки и эксплуатации, тип и дозы флокулянта.

Опыт эксплуатации показал, что для эффективного сгущения осадка на барабанном сгустителе на выходе из реактора требуется получение плотных компактных хлопьев с хорошим отделением от осадка сливной воды. В связи с этим на барабанных сгустителях проводились экспериментальные исследования по подбору режимов смешивания осадка с флокулянтом (подбор скорости вращения мешалки в узле смешивания), производилась оценка эффективности сгущения в зависимости от дозы флокулянта, а также от расхода поступающего уплотненного осадка. На рис. 6 представлена зависимость снижения влажности сгущаемого осадка на барабанных сгустителях от частоты вращения мешалки в узле смешивания осадка с флокулянтом (рис. 6, а) и от расхода поступающего уплотненного осадка (рис. 6, б).

ris_06
Рис. 6. Зависимость снижения влажности осадка от частоты вращения мешалки (а)
и расхода поступающего уплотненного осадка (б)

1 – снижение влажности; 2 – доза флокулянта

Из рис. 6 следует, что оптимальная частота вращения мешалки составила 40 Гц, что соответствует примерно 18,5 об/мин. Дальнейшие эксперименты при различных режимах работы барабанного сгустителя подтвердили это значение. Данный эксперимент, а также дальнейшие испытания показали, что для рассматриваемого типа водопроводного осадка значение оптимального расхода составляет 10–15 м3/ч.

Аналогично стадии уплотнения на барабанных сгустителях осуществлялся подбор флокулянтов и их дозы с целью определения оптимального режима сгущения осадка. Было отмечено, что, как и для этапа уплотнения, лучшие характеристики показал анионный флокулянт Flopam SNF-905 по сравнению с катионным флокулянтом Praestol TR-650.

ris_07
Рис. 7. Зависимость снижения влажности сгущаемого осадка от дозы флокулянтов
а – Praestol TR-650; б – Flopam SNF-905;
1 – расход уплотненного осадка; 2 – снижение влажности;
3 – снижение влажности на барабанном сгустителе № 5;
4 – то же, № 4
Как видно из рис. 7, применение анионного флокулянта Flopam SNF-905 позволяет достичь большей величины снижения влажности (т. е. лучше сгущается осадок) по сравнению с флокулянтом Praestol TR-650. Визуально было отмечено, что флокулянт Flopam SNF-905 образует плотные хлопья, которые не размазываются по сетке барабана. На барабанном сгустителе № 5 также отмечен больший процент снижения влажности. Сетка данного барабана промывалась чистой водой, тогда как сетка барабанного сгустителя № 4 промывалась сливной водой. Далее опыты проводились с промывкой сетки барабана чистой (технической) водой.

Опыт работы сгустителей при использовании для промывки чистой технической воды показал следующие преимущества:

  • значительно повышается эффективность отмывки сетчатого полотна и снижается заиливание сетки осадком;
  • увеличивается межрегенерационный период работы;
  • увеличивается максимальная производительность сгустителя;
  • достигается большее снижение влажности осадка.

Таким образом, проведенные экспериментальные исследования позволили определить оптимальный режим работы барабанных сгустителей для данного типа осадка и выбрать оптимальный флокулянт. В настоящее время поиск флокулянтов для стадии сгущения осадка продолжается.

Обезвоживание осадка. В течение года, как и на барабанных сгустителях, на центрифугах производился подбор режимов их работы. Центрифуга представляет собой достаточно сложное техническое устройство, в котором возможно изменение множества параметров. Основная настройка центрифуг производилась специалистами фирмы «Хиллер». Кроме этого, специалистами Восточной станции водоподготовки и Инженернотехнологического центра МГУП «Мосводоканал» также проводился подбор флокулянтов и их доз. В качестве примера на рис. 8 представлена зависимость влажности обезвоженного осадка (кека) от производительности центрифуги (расхода сгущенного осадка), а также от дозы флокулянта.

При изменении нагрузки на центрифуги оба флокулянта показали одинаковые характеристики, однако доза флокулянта Praestol 853 была вы-ше примерно в 1,7 раза. Также опыт эксплуатации показал, что, чем ниже влажность поступающего осадка, тем меньше производительность центрифуг. Помимо этого, тщательный подбор флокулянта позволял достигать дозы порядка 6–6,5 кг/т.

В течение всего периода эксплуатации влажность обезвоженного осадка составляла 82–84% при применении всех флокулянтов. Изменение параметров работы центрифуг, а также типа и дозы флокулянта не приводило к существенному изменению данного значения влажности. Из опыта эксплуатации центрифуг и проведенных экспериментальных исследований следует, что на этапе обезвоживания водопроводного осадка Восточной станции водоподготовки на центрифугах возможно применение как катионных, так и анионных флокулянтов, эффективность использования которых (в первую очередь по дозе, а не по влажности кека) может изменяться по сезонам года и в зависимости от типа осадка.

Утилизация обезвоженного осадка. Окончательным «продуктом» сооружений обработки осадка Восточной станции водоподготовки является обезвоженный осадок (кек) влажностью 82–84%. В Инженерно-технологическом центре МГУП «Мосводоканал» была разработана технология изготовления кондиционных почвогрунтов, которые могут использоваться для открытого и закрытого (тепличного) растениеводства. На основе осадка станций водоподготовки получается кондиционный почвогрунт с добавлением торфа и минерального грунта (песок, суглинок). Добавляемый в почвогрунт обезвоженный осадок станций водоподготовки содержит азот, фосфор и калий в доступных для растений формах. Осадок формирует в почвогрунте мелкокомковатую почвенную структуру и создает оптимальные влагоудерживающие условия. Водопроводный осадок стимулирует также микробиологическое разложение торфа, что увеличивает содержание питательных веществ в почвогрунте, поддерживая его на необходимом уровне в течение значительного времени без добавления минеральных удобрений.

ris_08
Рис. 8. Зависимость влажности обезвоженного осадка от расхода сгущенного осадка (а) и от дозы флокулянтов (б).
На графиках указаны расчетные дозы флокулянтов реально вводившиеся дозы флокулянтов:
1 – 11,5 кг/т (Praestol 853); 2 – 6,5 кг/т (Flopam SNF-905); 3 – 10,7–8,5 кг/т (Praestol 853); 4 – 6,8–6,5 кг/т (Flopam SNF-905)

Почвогрунт может применяться для выращивания растений и озеленения газонов, спортивных площадок, дорожных откосов, поскольку расширяет ассортимент растительных питательных смесей и обладает высокими противоэррозионными свойствами, а также высокой стойкостью по отношению к неблагоприятным условиям городской среды.

Предлагаемый состав почвогрунта позволяет в течение длительного времени сохранять структуру почвы газона, в том числе на спортивных площадках, что обеспечивает снижение затрат на их содержание. Для создания оптимально сбалансированных условий при выращивании конкретных культур в зависимости от их потребности в питательных веществах в состав почвогрунта могут быть введены минеральные удобрения, микроэлементы, стимуляторы роста. Для сокращения времени создания газона в состав смеси почвогрунта могут быть включены семена растений.

Выводы

В течение времени, прошедшего с момента запуска в эксплуатацию сооружений обработки осадка на Восточной станции водоподготовки, были опробованы различные режимы работы сооружений, подобраны флокулянты и их дозы. Основные результаты накопленного опыта эксплуатации сооружений обезвоживания осадка:

  • работа сооружений обработки осадка в круглосуточном режиме позволяет повысить их эффективность за счет обеспечения более равномерной подачи производственных сточных вод по расходу и качеству в течение суток;
  • важным параметром для отстойника-уплотнителя является тип используемого флокулянта. Предпочтительными на данный момент являются анионные флокулянты, однако существует неопределенность с зависимостью дозы флокулянта от типа осадка, поступающего на сооружения;
  • совершенствование процесса промывки сетчатого полотна барабанных сгустителей, регулировка дозы флокулянта и оптимизация рабочих параметров сгустителей в зависимости от состава сточных вод позволяют обеспечить требуемую степень сгущения осадка;
  • на этапе обезвоживания осадка на центрифугах возможно применение как катионных, так и анионных флокулянтов, эффективность применения которых (в первую очередь по дозе, а не по влажности кека) может изменяться по сезонам года и в зависимости от типа осадка;
  • обезвоженный осадок может быть использован для производства экологически чистых сертифицированных кондиционных почвогрунтов для озеленения города.

Помимо этого, сооружения обработки осадка по сути являются пилотными, и продолжительный опыт их эксплуатации на Восточной станции водоподготовки будет учтен при проектировании аналогичных сооружений на других станциях водоподготовки МГУП «Мосводоканал».

Просмотреть статью в PDF

Печать Печать