При создании локальных очистных сооружений на Белгородском абразивном заводе специалисты компании «ЭКОТОН» использовали комплексный многофакторный подход с проведением предпроектных исследований и настройкой работы сооружений для достижения гарантированной эффективности очистки сточных вод. Проведение предпроектных экспериментальных исследований обусловлено разработкой оптимальной технологической схемы локальных очистных сооружений с учетом комплекса взаимосвязанных факторов, определяющих технологическую и экономическую эффективность их работы. В результате изысканий предложена технологическая схема, обеспечивающая нормативное качество очищенных сточных вод для сброса в канализацию. Детально описана технологическая схема очистки сточных вод Белгородского абразивного завода, доказана целесообразность применения нового оборудования торговой марки «ЭКОТОН» – флотационной установки ФТ и шнекового дегидратора MDQ. На основании экспериментальных данных по показателям качества сточных вод до и после обработки рассчитана эффективность очистки и определены параметры для выбора оптимального режима работы локальных очистных сооружений. Результаты проведенных измерений показали, что эффективность очистки сточных вод постоянна во всем исследованном интервале исходных концентраций загрязнений. Это свидетельствует о корректном выборе технологической схемы очистки с учетом графика работы предприятия, характера загрязняющих веществ и т. д. Высокая степень (до 98,2%) снижения концентрации жиров, масел и нефтепродуктов доказывает, что дозы реагентов подобраны оптимально, очистка сточных вод на флотационной установке проходит эффективно. Расход флокулянта составляет не более 25 кг в месяц по сухому веществу при расходе сточных вод до 6200 м3 в месяц.
Введение
В августе 2013 г. специалисты компании ЗАО НПФ «ЭКОТОН», одного из крупнейших в России производителей водоочистного оборудования, ввели в эксплуатацию локальные очистные сооружения производительностью 200 м3/сут на Белгородском абразивном заводе. Оборудование «ЭКОТОН» включало энергоэффективные очистные установки: барабанную решетку с трехгранным профилем, тангенциальную песколовку, флотатор и шнековый дегидратор.
Расположение завода (в самом центре промышленной зоны Белгорода) и состав загрязнений стоков (нефтепродукты, жиры, масла и пр.) осложняли реализацию проекта очистных сооружений. Потребовались специальные работы по обследованию систем водоотведения, дополнительные лабораторные анализы и разработка предварительных вариантов технологических схем очистки сточных вод предприятия. Ситуация также осложнялась сжатыми сроками реализации проекта: на проектирование, изготовление и поставку оборудования было отведено шесть месяцев, а ввод в эксплуатацию комплекса был намечен через девять месяцев после заключения договора.
Технологическая схема очистки сточных вод и состав оборудования
Многоступенчатая технологическая схема очистки сточных вод включает следующие этапы: механическая очистка, усреднение расходов и концентраций, физико-химическая очистка, обработка осадков.
Предварительное обследование системы водоотведения показало, что в хозяйственно-бытовых сточных водах присутствуют загрязнения от производственных цехов абразивного завода. На территории предприятия расположено 38 объектов: административно-бытовой корпус, производственные цеха, склады, здания котельной и компрессорной, трансформаторная подстанция, канализационная насосная станция, овощехранилище, заводская столовая и т. д. Все стоки сбрасываются в общую систему канализации завода. Расход сточных вод, перекачиваемых канализационной насосной станцией, составляет в среднем 200 м3/сут. Особенностью системы водоотведения является то, что ливневые стоки во время дождя и таяния снега также попадают в общую систему канализации завода. Совместно с хозяйственно-бытовыми стоками они самотеком поступают на насосную станцию и далее в городскую систему канализации.
Детальное обследование показало, что сточные воды завода загрязнены преимущественно взвешенными веществами, фосфатами, СПАВ, жирами и нефтепродуктами, во время выпадения атмосферных осадков возможно высокое содержание песка. Данные показатели сточных вод превышали ПДК для сброса в городскую канализацию, что вызвало необходимость их предварительной очистки.
В состав комплекса локальных очистных сооружений Белгородского абразивного завода входит следующее оборудование:
- узел механической очистки – канализационная механизированная решетка барабанного типа с трехгранным профилем РМБ ТП 3/6 с прозором 0,75 мм и пропускной способностью до 35 м3/ч (N = 0,25 кВт);
- тангенциальная песколовка ПТ-50 пропускной способностью до 50 м3/ч и скоростью подачи сточных вод 0,6–0,8 м/с (N = 2,38 кВт);
- узел физико-химической очистки – флотационная установка ФТ-10 производительностью 10 м3/ч в комплекте со смесителем КФ-10 (N = 3,12 кВт); станция приготовления раствора флокулянта производительностью 250 л/ч (N = 0,75 кВт);
- узел обезвоживания осадков – шнековый дегидратор MDQ-101 производительностью до 6 кг/ч по сухому веществу (N = 0,6 кВт); станция приготовления раствора флокулянта производительностью 250 л/ч (N = 0,75 кВт).
Поскольку количество и качество поступающих на очистку сточных вод может существенно изменяться, для очистных сооружений разработана достаточно гибкая технологическая схема. В зависимости от ситуации эксплуатационный персонал имеет возможность изменять технологические параметры процессов очистки сточных вод и обработки осадка, обеспечивая необходимые результаты при минимально возможных затратах всех видов ресурсов.
Технологические решения
Комплекс локальных очистных сооружений располагается в здании ангарного типа (рис. 1), которое было построено в непосредственной близости от канализационной насосной станции. Схема размещения оборудования локальных очистных сооружений на Белгородском абразивном заводе представлена на рис. 2. Сточные воды с предприятия самотеком поступают в приемную камеру КНС и в напорном режиме подаются на узел механической очистки, где происходит удаление грубодиспергированных примесей и песка.
Рис. 1. Локальные очистные сооружения Белгородского абразивного завода
Рис. 2. Схема размещения оборудования локальных очистных сооружений
1 – решетка РМБ ТП 3/6; 2 – мешалка ABS; 3 – тангенциальная песколовка ПТ-50; 4 – флотатор ФТ-10 в комплекте со смесителем КФ-10; 5 – дегидратор MDQ-101; 6 – станция приготовления раствора флокулянта; 7 – блок приготовления коагулянта; 8 – блок приготовления щелочи; 9 – насос подачи флокулянта; 10 – насос подачи коагулянта; 11 – насос подачи щелочи; 12 – насос подачи флотошлама; 13 – насос подачи на флотатор; 14 – насос подачи из насосной станции на локальные очистные сооружения; 15 – усреднитель; 16 – емкость осадка; 17 – контейнер для песка; 18 – контейнер для отбросов; 19 – колодец
Очищенные стоки поступают в усреднитель, представляющий собой наземный резервуар из нержавеющей стали объемом 50 м3 Усреднитель оборудован двумя перемешивающими устройствами, датчиками уровня и насосными агрегатами, системой аварийного опорожнения. Из усреднительной емкости сточные воды в напорном режиме подаются на флотационную установку ФТ-10 (средний уровень в усреднителе, при котором начинается подача, 1,3 м).
Перед подачей на флотационную установку в сточные воды добавляются реагенты – коагулянт и флокулянт. Дозы реагентов, подобранные при проведении пусконаладочных работ, составили:
- 1,7 л/м3 сточных вод – 10-процентный раствор коагулянта на основе железа или алюминия. Коагулянт поставляется в виде 30-процентного раствора, его среднемесячный расход – не более 3,5 м3;
- 2 л/м3 сточных вод (0,004 кг/м3 по сухому веществу) – 0,2-процентный раствор флокулянта. Среднемесячный расход флокулянта на флотационной установке ФТ-10 – не более 25 кг.
Во флотационной установке ФТ-10 образуется флотошлам влажностью 94,3%, который периодически удаляется скребковым механизмом. Флотошлам отводится в приемную камеру шнекового дегидратора MDQ-101. Очищенная вода сбрасывается в систему канализации Белгорода и затем на городские очистные сооружения.
Технологическое оборудование локальных очистных сооружений завода размещено в здании в два яруса. На первом ярусе расположен узел физико-химической очистки: флотационная установка, реагентное хозяйство, операторная, электрощитовая и склад реагентов. На втором ярусе расположены два узла – механической очистки и обезвоживания. Это техническое решение является оптимальным, поскольку отбросы и кек по лотку самотеком поступают в накопительные емкости, которые по мере заполнения вывозятся, а очищенная вода поступает в усреднитель.
Здание локальных очистных сооружений оборудовано централизованной системой отопления, водоснабжения, канализации и системой вентиляции воздуха. В торце здания располагается наземная усреднительная емкость со вспомогательным оборудованием. В комплексе имеются лестницы и переходы, позволяющие обеспечить безопасное обслуживание технологического оборудования.
Для эксплуатации локальных очистных сооружений требуются основные ресурсы: электрическая энергия – 104,4 тыс. кВт·ч/год, техническая вода – 1311 м3/год, химические реагенты ~ 8 т/год. Годовая производственная программа по объему очищенных сточных вод составляет 73 тыс. м3, обезвоженного осадка – 146 м3. Удельные затраты электроэнергии – 1,43 кВт/м3 сточных вод.
Флотационная установка ФТ-10 торговой марки «ЭКОТОН» (рис. 3) разработана с учетом передового мирового опыта эксплуатации, имеет ряд конструктивных особенностей, целесообразность которых подтверждена результатами гидродинамического моделирования, лабораторными исследованиями и эффективной работой поставленного оборудования.
Рис. 3. Флотационная установка ФТ-10
Проведенные исследования показали, что флотошлам образовывает прочные флокулы, от которых при обезвоживании на шнековом дегидраторе MDQ-101 хорошо отделяется вода и образуется флотошлам влажностью 75–80%. Выбор шнекового дегидратора MDQ-101 (рис. 4) для обезвоживания флотошлама обусловлен наличием в сточных водах жиров и нефтепродуктов, высокой эффективностью обезвоживания маслосодержащих осадков, компактностью установки и экономичностью работы (расход электроэнергии, реагентов и других ресурсов ниже, чем у другого обезвоживающего оборудования).
Рис. 4. Дегидратор MDQ-101
Важной особенностью конструкции дегидратора является наличие насоса подачи исходного флотошлама непосредственно в технологическую емкость. Дегидратор MDQ-101 работает в автоматическом режиме в зависимости от уровня флотошлама в емкости: рабочий уровень 0,7 м, минимальный уровень 0,1 м.
Все образующиеся в процессе очистки сточных вод отходы представляют собой твердые, негорючие, невзрывоопасные вещества и могут быть отнесены к четвертому классу опасности: отбросы с решеток (0,9 м3/сут), песок с песколовок (0,015 м3/сут), кек (0,32–0,4 м3/сут).
Все системы локальных очистных сооружений имеют высокую степень автоматизации, что позволяет эксплуатировать комплекс в полностью автоматическом режиме без постоянного присутствия персонала. Для автоматического контроля технологического процесса предусмотрено измерение следующих параметров: расхода сточных вод для подачи на флотатор; расхода реагентов; рН перед смесителем; уровней в усреднителе, дегидраторе, резервуаре КНС.
Необходимый аналитический контроль качества сточных вод на различных этапах очистки выполняется сотрудниками лаборатории, размещенной на территории завода. Лаборатория укомплектована оборудованием для выполнения химических анализов в соответствии с технологическим регламентом.
Автоматизация процессов технологической линии очистки сточных вод предусматривает дистанционный контроль технологического оборудования локальных очистных сооружений и передачу результатов измерений защиты контроля и сигнализации. АСУ ТП верхнего уровня очистных сооружений реализована на базе SCADA TRACE MODE, на нижнем и среднем уровнях используются контроллеры Siemens. Обеспечивается дистанционный контроль работы всех систем очистных сооружений.
Эффективность очистки
С сентября по ноябрь 2013 г. на локальных очистных сооружениях Белгородского абразивного завода был проведен полномасштабный производственный эксперимент с целью организации оптимального режима их работы. В ходе эксперимента по стандартным методикам выполнялись химические анализы поступающей и очищенной сточной воды. Количественные показатели загрязнения сточных вод до и после очистки приводятся в таблице.
Характеристики сточных вод и эффективность очистки.
| Показатель | Единица измерения | После очистки | Эффективность очистки, % |
|---|---|---|---|
| Взвешенные вещества | мг/дм3 | 22 | 88% |
| Железо общее | мг/дм3 | 0,185 | 81% |
| Жиры | мг/л | 0,76 | 94% |
| Нефтепродукты | мг/дм3 | 0,02 | 98% |
| Фосфат ион | мг/дм3 | 0,49 | 91% |
| ХПК | мгO2/дм3 | 99 | 63% |
| Азот амонийный | мг/дм3 | 74,9 | 9,3% |
На основании фактических данных работы локальных очистных сооружений за сентябрь–ноябрь 2013 г. была определена эффективность очистки по основным показателям. Полученные экспериментальные данные удается с достаточной степенью точности аппроксимировать полиномом второго порядка:
W(x) = W0 + W1x + W2x2,
где W(х) – эффективность очистки; х – концентрация загрязнений; W0, W1, W2 – коэффициенты.
Результаты измерений показывают, что эффективность очистки постоянна во всем исследованном интервале исходных концентраций загрязнений. Коэффициенты W0, W1, W2 определяются методом наименьших квадратов. Например, для жиров и масел W0=93,83, W1= 3,44, W2= -1, 24; для нефтепродуктов W0=98,21, W1=2,94, W2= -1,39.
Полученные данные экспериментальных исследований показали стабильно высокую эффективность очистки сточных вод Белгородского абразивного завода и доказали целесообразность применения нового оборудования торговой марки «ЭКОТОН» – флотационной установки ФТ для очистки масло-, жиро-, нефтесодержащих сточных вод промышленных предприятий и шнекового дегидратора MDQ для обезвоживания осадков. В настоящее время комплекс локальных очистных сооружений завода работает в штатном режиме, обеспечивая доведение качественных характеристик сточных вод до норм сброса в канализацию.
Выводы
Компания «ЭКОТОН» обеспечила гарантированно высокую степень очистки сточных вод на локальных очистных сооружениях Белгородского абразивного завода. Это достигнуто за счет слаженной профессиональной работы специалистов фирмы. Комплекс очистных сооружений введен в эксплуатацию в срок в полном соответствии с условиями договора. На основании экспериментальных исследований определены параметры и коэффициенты, необходимые для расчета локальных очистных сооружений. Экспериментальные данные позволили получить технические параметры для дальнейшего выбора режимов работы оборудования и комплекса очистных сооружений. Качественные показатели очищенных сточных вод соответствуют нормативным требованиям, предъявляемым к стокам, сбрасываемым в городскую канализацию.