Реконструкция объединенных канализационных очистных сооружений ОАО «НЛМК» и г. Липецка ведется с 2004 года. Ввиду большого объема работ, невозможности остановки поступления сточных вод и условий действующего производства, реконструкция выполняется на имеющихся двух технологических линиях очистки сточных вод поэтапно.
В рамках данной статьи описывается часть наладочных работ ЗАО НПФ «ЭкоТОН» (согласно договору с ЗАО «Фирма «СЭНС» г. Санкт-Петербург – Генподрядчик), произведенных в рамках реконструкции второй технологической линии по очистке сточной воды правобережной части города (рис.1), общей производительностью 221тыс.м3/сутки. Проект реконструкции выполнен ООО «ЭКОВОДОКАНАЛ» г. Липецк в 2008 г.
Реконструкция второй технологической линии разбита на 4 этапа. В нашей статье описывается 2 этап, включающий в себя реконструкцию сооружений биологической очистки – аэротенков и вторичных отстойников.
Состав сооружений приведен в таблице 1.
Рис. 1. План сооружений 2 технологической линии МУП «ЛиСА»
Таблица 1. Состав сооружений второй технологической линии МУП «ЛиСА»
| Стадия очистки | Наименование сооружений | Наименование сооружений |
|---|---|---|
| Механическая очистка | 1. Камера гашения и здание решеток | грабельные решетки производства ЗАО НПФ «ЭкоТОН» - 3 шт. |
| 2. Аэрируемые песколовки | 3 шт. Гидросмыв и удаление пескопульпы погружными насосами | |
| 3. Первичные радиальные отстойники Ду=40м | Илоскребы ИРПО-40 производства ЗАО НПФ «ЭкоТОН» - 3 шт. | |
| 4. Насосная станция сырого осадка | Насосы сырого осадка Flygt, производительность 250 м3/ч. | |
| 5. Распределительный канал осветленной сточной воды | Система барботажа | |
| Биологическая очистка | 6. Аэротенк №1 (W=19300 м3), запущен с ноября 2013 г. Нитри-денитрификатор с биологической дефосфотацией | Мешалки и насосы фирмы Willo, система аэрации ЗАО НПФ «ЭкоТОН» |
| 7. Аэротенк №2 (W=19300 м3), выведен на реконструкцию | - | |
| 8. Аэротенк №3 (W=13600 м3) Аэротенк-вытеснитель с регенератором ( 25%). | Система аэрации ЗАО НПФ «ЭкоТОН» | |
| 9.1÷3.Аэротенк №4 (W=15600 м3 м3), запущен с 2011 г. Нитри-денитрификатор с биологической дефосфотацией | Мешалки и насосы фирмы Flygt, система аэрации ЗАО НПФ «ЭкоТОН» | |
| 10.1÷4. Вторичные радиальные отстойники №1÷4, Ду=40м | Илососы ИРВО-40 производства ЗАО НПФ «ЭкоТОН» - 4 шт. | |
| 11.1÷4. Вторичные радиальные отстойники №5÷8, Ду=40м | Илососы ИВР-40 | |
| 12. Насосная станция возвратного активного ила | Полуосевые насосы – 3 шт. производительностью по 3000 м3/ч | |
| 13. Воздуходувная станция | ТВ 150 1,6 – 5 шт. | |
| Обеззараживание | 14. УФ станция | оборудование НПО «ЛИТ» |
| Доочистка | 15. Контактные резервуары | Полимерная загрузка, система аэрации ЗАО НПФ «ЭкоТОН» |
| Обработка осадка | 16.1÷2. Илоуплотнитель №1÷2, Ду=24 м | Илососы ИРВО-24 производства ЗАО НПФ «ЭкоТОН» - 2 шт. |
| 17.1÷2. Шламовый резервуар №1÷2 | Система барботажа | |
| 18. Цех механического обезвоживания осадка | Ленточный сгуститель и ленточный фильтр-пресс – 4 шт. Суммарная производительность -90 м3/ч (по исх.осадку). |
Технологический процесс удаления азота и фосфора организован по схеме JHB (Университета Йоханнесбурга) – рис. 2.
Особенностью технологической схемы обработки осадка на станции являлось совместное уплотнение осадка первичных отстойников и избыточного активного ила.
Целью проведения пусконаладочных работ было обеспечение высокой эффективности удаления соединений азота и фосфора на аэротенках №1 и №4, и обеспечения стабильного процесса нитрификации в аэротенке №3 в условиях проведения реконструкции второй технологической линии.
Рис. 2. Схема биологического удаления соединений азота и фосфора внедряемая на второй технологической линии КОС г. Липецка
D = денитрификация, A = анаэробная зона, N = нитрификация, G = дегазация.
Положение на начало работ
Фактическое поступление сточной воды в ноябре 2013 г. на 2 технологическую линию составляло 84÷92 тыс.м3. Для ее очистки были задействованы все сооружения механической очистки, 3 аэротенка из 4-х (№1,3÷4); 5 вторичных отстойников из 8-и (№1÷2,5÷7), один илоуплотнитель.
По результатам анализа среднесуточной пробы сточной концентрации загрязняющих веществ составили:
| Наименование показателя | Значение концентрации | ||
|---|---|---|---|
| После здания решеток | После первичных отстойников во входном канале аэротенка | Выход после контактных резервуаров | |
| Взвешенные вещества, мг/дм3 | 298 | 324 | 24,0 |
| БПК5, мгО2/дм3 | 248 | 225 | 12 |
| Фосфаты (по Р), мг Р-РО4/дм3 | 2,5 | 4,5 | 0,35 |
| Азот аммонийный, мг N-NН4/дм3 | 34,7 | 37,3 | 5,6 |
| Азот нитратов, мг N-N03/дм3 | 0,35 | 0,3 | 8,9 |
| Азот нитритов, мг N-N02/дм3 | - | - | 0,1 |
Таким образом, до пуско-наладки можно было констатировать отсутствие эффективности первичного отстаивания и высокий вынос взвешенных веществ со сточной водой. Концентрация ила в аэротенках №1 и №4 в среднем составляла 8,5 г/дм3, в аэротенк №3 в зоне регенерации — 12 г/дм3. Столь высокая доза ила была объяснена:
- мощным рециклом взвешенных веществ активного ила из илоуплотнителей в аэротенки,
- попаданием избыточного активного ила с 1 технологической линии (обогащенного железом, т.к. линия работает на сточных водах Новолипецкого металлургического комбината),
- выводом аэротенка №2 под реконструкцию,
- ограниченной производительностью узла механического обезвоживания осадка и т.д.
Концентрация кислорода на выходе из аэротенков составляла менее 1 мгО/дм3.
Создавшаяся ситуация, несмотря на большое количество вторичных отстойников, постоянно создавала угрозу самопроизвольной выгрузки активного ила с очищенной водой.
Корректировка технологического процесса
А. Технология обработки осадка
Первым шагом была изменена схема обработки осадков – прекращена подача сырого осадка в илоуплотнители. На период корректировки схемы в работу был введен 2-й илоуплотнитель.
Таким образом, илоуплотнители были переведены только на уплотнение избыточного активного ила в количестве 120÷130 м3/ч, при концентрации 10÷11 г/дм3 ила. Это позволило исключить массовый вынос ила с надиловой водой, поступающей в один из первичных отстойников и привело к снижению концентрации взвешенных веществ на входе в аэротенки примерно на 30% — до 200 мг/л. Это повлекло за собой существенное уменьшение прироста избыточного ила.
Откачку сырого осадка стали производить в барботируемую усреднительную емкость при цехе механического обезвоживания.
В течении недели была снижена концентрация ила в аэротенках №1 и №4 до 5 г/дм3, а в аэротенке №3 до 3,5 г/дм3. Это дало возможность исключить из работы один вторичный отстойник, и снизить объем перекачиваемого возвратного активного ила на 20 % (1200 м3/ч). После снятия угрозы самопроизвольной выгрузки ила с очищенной сточной водой, была выполнена регулировка шиберов в иловых камерах вторичных отстойников, позволившая получать более концентрированный возвратный ил и снизить объем рецикла еще на 450 м3/ч.
Достижение оптимальной дозы и оптимальной величины рецикла ила позволило:
- Вывести из эксплуатации один из двух работающих насосов возвратного активного ила (экономия 1440 кВт-ч в сутки);
- Снизить объем избыточного активного поступающего на илоуплотнитель до 90 м3/ч;
- Вывести из эксплуатации 2-й илоуплотнитель (его включение изначально было временным шагом) и т.д.
- Перейти к настройке биологической ступени очистки.
Б. Технология биологического удаления соединений азота и фосфора
Наладка системы биологической очистки, проводилась пошагово, когда каждый последующий шаг выполнялся только после устоявшегося режима предшествующего шага.
По результатам анализа среднесуточной пробы сточной концентрации загрязняющих веществ составили (после вышеописанной оперативной стадии наладки – таблица 2):
| Наименование показателя | Значение концентрации | ||
|---|---|---|---|
| После здания решеток | После первичных отстойников во входном канале аэротенка | Выход после контактных резервуаров | |
| Взвешенные вещества, мг/дм3 | 280 | 200 | 6,4 |
| БПК5, мгО2/дм3 | 320 | 283 | 5,2 |
| Фосфаты (по Р), мг Р-РО4/дм3 | 3,0 | 5,0 | 0,2 |
| Азот аммонийный, мг N-NН4/дм3 | 28,0 | 32,0 | 1,2 |
| Азот нитратов, мг N-N03/дм3 | 0,1 | 0,1 | 9,3 |
| Азот нитритов, мг N-N02/дм3 | - | - | 0,4 |
Таким образом, качество очистки улучшилось по всем показателям.
С помощь компьютерного моделирования был рассчитан и задан оптимальный технологический режим биологической очистки (см. таблицу 3 и рис. 3-4), адаптированный под круглосуточную работу сооружений с одновременным ведением реконструкции на различных участках.
Таблица 3. Технологические параметры работы аэротенка №1
| Наименование параметра | Величина |
|---|---|
| Среднесуточный расход сточных вод, м3/сут | 32 832 |
| Аэротенки | |
| Количество аэротенков, шт. | 1 |
| Время гидравлического удержания сточной воды, часов | 14,6 |
| Объемы зон | |
| Первая зона денитрификации, % от общ.объема | 8,9 |
| Зона дефосфотации, % от общ.объема | 16,1 |
| Вторая зона денитрификации, % от общ.объема | 12,7 |
| Зона нитрификации/денитрификации, % от общ.объема | 12,3 |
| Зона нитрификации, % от общ.объема | 45,5 |
| Зона дегазации, % от общ.объема | 4,5 |
| Параметры функционирования системы | |
| Масса ила в системе, кгСВ | 94 700 |
| Средняя доза ила, кгСВ/м3 | 4,7 |
| Объем внутреннего рецикла нитратов, м3/сут | 46 800 |
| Минимальный возраст активного ила, сут | 9,0 |
| Расчетный расход воздуха на аэрацию и перемешивание, м3/ч | 16 500 |
| Вторичные отстойники | |
| Количество вторичных отстойников, шт. | 2 |
| Гидравлическая нагрузка, м3/м2хч | 0,53 |
| Массовая нагрузка, кг/м2хч | 4,13 |
| Объем рециркуляции возвратного активного ила, м3/сут | 24 000 |
| Обработка осадков | |
| Избыточный активный ил (ИАИ), м3/сут. | 1016 |
| Масса ИАИ, кгСВ/сут | 10 540 |
Рис.3. Прогноз изменения концентрации фосфатов (по Р) в зонах аэротенка №1
Рис.4. Прогноз изменения концентрации соединений азота в зонах аэротенка №1
В ходе наладки было выполнено:
- подстройка всех аэротенков по воздуху, распределен воздух между аэротенками №1,3÷4 и распределен воздух между аэробными зонами (концентрация кислорода в аэробных зонах составила 1,8÷3,5 мгО2/дм3);
- корректировка расхода возвратного активного ила (степень рециркуляции 35÷40 %, при дозе 2,6÷4,7 г/дм3);
- корректировка расхода внутреннего рецикла из конца зоны нитрификации (80÷150%, при нитратах на выходе 28÷38 мг/дм3);
- корректировка выводимого расхода избыточного активного ила (2040÷2520 м3/сут, включая объем ИАИ с 1 технологической линии) и т.д.
Проведенные уточнения режима позволили снизить концентрацию фосфатов (по Р) на выходе до 0,2÷0,4 мг/дм3.
Эффективность удаления биогенных элементов достигла больших величин, чем предусмотрено проектом (см. табл. 4) и было рассчитано при компьютерном моделировании.
| Наименование показателя | Проектные величины | Фактические величины* | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Вход в аэротенк | ПДК | Эфективность, % | Вход в аэротенк | Выход из вторичных отстойников | Эфективность, % | |
| БПК5, мгО2/дм3 | 200 | 2,0 | 98,0 | 200÷355 | 2,9÷5,6 | 98,4÷98,6 |
| Взвешенные вещества, мг/дм3 | 142 | 7,05 | 95,0 | 170÷280 | 4,3÷6,9 | 97,5 |
| Азот аммонийный (N-NH+4) | 21,3 | 0,39 | 98,3 | 31÷34 | 0,4÷0,8 | 97,6÷98,5 |
| Фосфаты по фосфору (P-PO4) | 3,02 | 0,2 | 93,4 | 4,5÷5,0 | 0,2÷0,4 | 92,0÷95,6 |
| * согласно результату анализа среднесуточной пробы, после недели функционирования по установленному технологическому режиму | ||||||
Сделан вывод, что высокая эффективность дефосфотации обусловлена попаданием в систему биологической очистки ила с первой технологической линии, с высоким содержанием железа, что приводит к частичному химическому связыванию фосфатов. Наличие значительного количества вторичных отстойников позволило поддерживать высокую дозу ила и аккумулировать в нем фосфаты. Таким образом, благодаря особенности сточных вод и наличию анаэробной зоны, на станции без применения реагентов реализовано химико-биологическое удаление фосфора.
Также были предложены и реализованы следующие шаги по корректировке механической ступени очистки:
- Выключение из работы одной решетки, что позволило исключить отложение песка в каналах решеток из-за малой скорости воды. Каналы решеток не должны брать на себя функцию песколовок;
- Выключение из работы одной песколовки, что позволило сократить время пребывания в остальных песколовках, тем самым снизить количество органических веществ, оседающих с песком;
- Нормализация ситуации в системе обработки осадка позволила в целях оптимизации удаления азота и фосфора выключить из работы один из трех первичных отстойников (рис. 6) и сократить время пребывания в остальных первичных отстойниках. В результате выросла концентрация органических веществ поступающих на биологическую очистку и соотношение БПК/N и БПК/Р;
- Регулирование системы откачки осадка из первичных отстойников, что позволило снизить влажность откачиваемого сырого осадка с 98,3% до 95,5% и соответственно уменьшить объем перекачки.
Выводы
В результате совместной работы специалистов ЗАО НПФ «ЭкоТОН», ЗАО «Фирма «СЭНС» и эксплуатирующего персонала МУП «ЛиСА» был оптимизирован технологический режим работы второй технологической линии очистных сооружений канализации правобережной части города Липецк (рис. 7), в условиях проведения реконструкции, что позволило:
- получить высокие показатели эффективности очистки в аэротенках №1 и 4 и сократить платежи за загрязнение водного объекта;
- снизить энергоёмкость процесса и себестоимость очистки;
- на основании работы аэротенка №1 внести предложения по корректировке реконструируемого аэротенка №2.
- увеличить устойчивость технологического процесса, проверенного даже при наличии залповых сбросов жиров и др. ингибирующих биологическую очистку веществ.
Полное достижение установленных нормативов допустимых сбросов веществ в водный объект будет обеспечено после реконструкции аэротенка №2 (конец 2014 г.) и №3 (2015 г.)
а)
б)
в)
Рис. 7. Оборудование производства ЭКОТОН установленное на МУП «ЛиСА»:
а) Илоскребы ИРПО-40; б) Трубчатый диспергатор воздуха АПКВ, алюминевый мостики, щитовые затворы, дроссельные задвижки, подъемное оборудование; в) Илосос ИРВО-40 и др.