На правах рукописи
САВЕЛЬЕВА Ларкеа Яик^злаевна
КОМПЛЕКСНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ОБРАБОТКИ
ОСАДКОВ ГОРОДСКИХ СТОЧНЫХ ВОД
Специальность 0S.23.D4. ­Водоснабжение, канализация, строительные cacrei^
■I.
охраныводарихре^сов^ , , , ' ^ , 5 , ­ ,'..
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на «оииание учёйой степени
кандидата технических наук
г. Новосибирск
2003 г.
Работа вьшолнена на кафедре водоснабжения и водоотведения
Новосибирского государственного архитектурно­строительного университета
Научный руководитель:
Доктор технических наук,
Сколубович Ю.Л.
Официальные оппоненты:
Доктор технических наук,
профессор Рязанцев А.А.
Кандидат технических наук,
доцент Никитин А.М.
Ведущее предприятие:
ОАО «КемВод»
Защита состоится « 16 » декабря 2003 г. в 14
час на заседании
диссертационного совета Д. 212.171.03 Новосибирского государственного
архитектурно­строительного университета по адресу: 630008, г. Новосибирск,
ул. Ленинградская, 113, ауд. 239.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НГАСУ.
Автореферат разослан 6.11.2003г.
Учёный секретарь
диссертационного совета
К.Т.Н., доцент
Дзюбенко Л.Ф.
Общая характеристика работы.
Актуальность темы
На очистных сооружениях канализации большинства городов России в
последнее время сложилась неблагоприятная экологическая обстановка,
связанная с накоплением на иловых картах значительных объёмов осадков
городских сточных вод. Особенно эта проблема обострена в регионах Сибири.
Очистные сооружения канализации сибирских городов, как правило,
выполнены по типовым проектам с традиционной технологией обработки
осадков, предусматривающей его сбраживание и обезвоживание на иловых
картах. Такая технология является несовершенной и не удовлетворяет
современным требованиям, предъявляемым природоохранными службами.
Гравитационный способ обезвоживания осадка неэффективен и неперспективен
в условиях Сибири, так как испарения влаги в период низких температур
практически не происходит, а дренажная система для отвода надиловых вод с
иловых площадок работает нестабильно, вследствие её быстрой кольматации.
Более эффеюивным способом снижения объёма осадков сточных вод является
механическое обезвоживание. Однако такой способ относится к дорогостоящим
решениям. Кроме того, существующие технологии обработки осадков не
решают проблему эффективного их обезвреживания.
Анализ литературных данных показал, что вопросы сокращения затрат на
обезвоживание и утилизацию осадков городских сточных вод за счёт их
предварительной подготовки изучены недостаточно. В связи с этим разработка
эффективных технологических решений по комплексной обработке осадков
городских
сточных
вод
со
снижением
эксплуатационных
затрат,
удовлетворяющих современным экологическим требованиям, является одной
из наиболее актуальных проблем.
Цель
диссертационной
работы
­
разработка
комплексной
экономически и экологически обоснованной технологии обработки осадков
городских сточных вод.
Для достижения цели поставлены следующие задачи: f ~ ­ — ~
3
I
___
РОС. НАЦИОНАЛЬ.«..й"!
I
' ,
БИБЛИОТЕКА
'
СПетервург У д . 4
ОЭ J003«Kr/.?^.r
1. Изучить процесс разрушения
клеточной оболочки
микроорганизмов
активного ила перед подготовкой его к сбраживанию. Исследовать процесс
сбраживания при совместной обработке сырого осадка и разрушенного
избыточного активного ила с определением состава образующегося при этом
биогаза.
2. Изучить действие различных видов реагентов на изменение интенсивности
водоотдачи
осадков городских сточных вод. Определить наиболее
эффективные реагенты и их оптимальные дозы.
3. Установить зависимость технологических характеристик обезвоженного
кека от вида реагента, применяемого для предварительной обработки осадка
при механическом обезвоживании.
4. Изучить процесс обезвреживания осадков сточных вод овицидным
препаратом и разработать эффективн)то технологию дегельминтизации
осадков в условиях Сибири.
5. На основе анализа экспериментальных исследований и теоретических
расчбтов
разработать
комплексную
технологию
обработки
осадков
городских сточных вод. Выполнить технико­экономическое обоснование
разработанной технологии.
Научная новизна.
1. Экспериментально установлена и теоретически обоснована эффективность
использования
фермента
трипсин
при
механическом
разрушении
микроорганизмов активного ила.
2. Определена зависимость эффекта обезвоживания канализационного осадка
от возраста осадка промывных вод водопроводных фильтров при их
совместной обработке.
3. Предложен теоретический расчёт технологических характеристик кека,
получаемого при механическом обезвоживании, учитывающий способ
предварительной обработки осадка.
4. Экспериментально установлена эффективность обезвреживания осадков
сточных вод овицидным препаратом «Пуролат­Бингсти» в условиях
Сибири.
Практическая ценность работы.
1. Разработана комплексная технология обработки осадков городских сточных
вод, позволяющая повысить эффект обезвоживания и обезвреживания
осадка, сократить эксплуатахщонные затраты при его обработке в условиях
Сибирского региона за счёт снижения расхода электроэнергии и платежей за
негативное воздействие на окружающую среду.
2. Внедрение разработанной технологии в г. Кемерово позволило снизить
себестоимость обработки осадка. Подтверждённый экономический эффект
от внедрения составил 3,1 млн. руб. в ценах 2002 г.
3. По результатам работы выданы рекомендации ОАО «КемВод» г. Кемерово,
которые были использованы при реконструкции и строительстве очистных
сооружений канализации г. Кемерово и г. Мариинска Кемеровской области.
Положения, выносимые на защиту;
• Результаты биохимических исследований активного ила, подвергнутого
механическому и ферментному разрушению;
• Результаты исследований процессов совместного обезвоживания осадков
водоподготовительных и канализационных очистных соорз'жений;
• Результаты исследований по дегельминтизации осадков сточных вод
овицидным препаратом «Пуролат­Бингсти» в условиях Сибири;
• Комплексная технология обработки осадков городских сточных вод.
Апробация работы. Основные положения и результаты исследований
докладывались
на
международных
научно­практических
конференциях
«Водоснабжение и водоотведение: качество и эффективность» (г. Кемерово,
1998, 1999, 2001, 2002 г.г.); па ежегодной научно­технической конференции
НГАСУ (2003 г.). По теме диссертации имеется 11 публикаций, подана заявка
на изобретение.
Структура и объём работы. Диссертационная работа изложена на 165
страницах машинописного текста и состоит из введения, 4 глав, заключения,
списка использованной литературы, состоящей из 138 наименований, 2
приложений, включает 61 таблицу, 27 рисунков.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
В первой главе представлена сравнительная оценка существующих
технологий обработки осадков городских сточных вод. Показано, что наиболее
распространенными являются технологии механического и гравитационного
обезвоживания осадков с применением высокомолекулярных флокулянтов.
Одним из перспективных направлений является совместное обезвоживание
осадков водоподготовительных и канализационных очистных сооружений.
Существующие технологии высоконапорной, криогенной и ультразвуковой
деструкции активного ила относятся к сложным и дорогостоящим, поэтому они
не получили широкого применения. Обезвреживание осадков производится, в
основном, путём их пастеризации.
Установлено, что применяемые технологии обработки осадков не
позволяют обеспечить их эффективного обезвоживания и обезвреживания в
условиях Сибири с минимальными затратами. На основании проведённого
анализа определены цели и задачи работы.
Во второй главе приведены результаты исследований по подготовке
осадков к сбраживанию для достижения более полного распада беззольного
вещества с повышением выхода биогаза, утилизация которого позволит снизить
себестоимость обработки осадков за счёт получения электроэнергии.
Известно, что совместное сбраживание сырого осадка и уплотнённого
активного ила протекает эффективнее при подаче в метантенк активного ила с
предварительно
разрушенной
клеточной
оболочкой
микроорганизмов.
Традиционными способами разрушения активного ила .являются химический,
кавитационный, криогенный и механический. Наиболее эффективен и
экономически целесообразен способ механического разрушения активного ила.
Исследование механического способа разрушения проводилось на
шаровой мельнице МШЛК­8/12. Эффект разрушения клеточных оболочек
активного ила оценивался по результатам биохимических и микроскопических
исследований. По данным
микроскопического
анализа
активного ила
прослеживались стадии процесса разрушения микроорганизмов. Оценка
биохимического исследования заключалась в определении биохимической
активности ила (БАИ). При различных скоростях вращения барабана мельницы
происходит спад БАИ с увеличением времени утилизации кислорода
разрушенным активным илом. Снижение БАИ обратно пропорционально
эффекту разрушения микроорганизмов активного ила.
Механический способ деструкции показал высокую степень разрушения
активного ила (до 87%) при его деструкции в течение 1 часа со скоростью
вращения барабана шаровой мельницы ­ 0,85 м/с (рисунок 1).
100
ар .
■©•
­в*
время разрушения, мин.
Рисунок 1. ­ Кинетика деструкции активного ила в шаровой мельнице при
скорости вращения барабана: 1 ­ V=0,25M/C; 2 ­ V=0,45M/C; 3 ­ V=0,85M/C; 4 ­
при обработке активного ила ферментом без механического разрушения; 5 ­
при разрушении активного ила, обработанного ферментом, при скорости
вращения барабана мельницы V=0,85M/C.
Установлено, что возможным направлением повышения степени
деструкции активного ила может быть способ ферментной обработки. При этом
в качестве катализатора процесса нами впервые был использован фермент
трипсин, который активизируется в слабощелочной среде при рН=7,5­8,5.
Трипсин гидролизует пептидные связи, из которых образован поверхностный
белковый слой оболочки микроорганизмов ила, за счёт чего происходит её
разрушение
с
высвобождением
внутриклеточной
жидкости,
В
экспериментальных условиях активный ил обрабатывался 0,25% раствором
трипсина и затем подвергался механическому разрушению. Результаты
биохимических исследований показали, что эффект механического разрушения
активного ила, обработанного ферментом, увеличивается до 96% (рисунок 1).
Для определения условий проведения исследований по сбраживанию
осадка был выполнен расчёт баланса биогаза, получаемого при анаэробной
стабилизации различных видов осадков в мезофильном и термофилыюм
режимах. Процесс сбраживания осадков протекает более интенсивно при
положительном балансе, который достигается при выходе биогаза 10 м' из 1 м'
осадка для термофильного и более 5 м' из 1 м' осадка для мезофильного
режимов
сбраживания.
Установлено,
что
для
очистных
сооружений
канализации г. Кемерово положительный баланс по выходу биогаза достигается
только при мезофильном режиме сбраживания осадков.
Способ
интенсификации
процесса
сбраживания
определялся
на
экспериментальной установке метантенка и проводились по следующим
схемам: 1 ­ е загрузкой сырого осадка (СО); 2 ­ е загрузкой сырого осадка,
обезвоженного реагентным способом (с применением флокулянта ВПК­402М);
3 — с загр)гзкой сырого осадка, обезвоженного механическим способом (СО
ииприф); 4 ­ с загрузкой сьфого осадка и уплотнённого активного ила (УАИ)
исходной влажности; 5 — с загрузкой смеси сырого осадка и разрушенного
активного ила (УАИ разруш.); 6 ­ с загрузкой смеси механически обезвоженного
сырого осадка и разрушенного активного ила. В процессе исследований
определялся количественный и качественный состав образующихся биогазов.
Результаты опытов представлены в таблице 1.
„
Таблица 1. ­ Сравнительная характеристика процесса сбраживания.
Схема
1
2
3
4
5
6
Вид осадка
СО
СО+ВПК­402М
H J це11Т1»1ф
Смесь СО+УАИ
К^Кж^У Лх1
ршруш
с о „е,гфнф.+УАИ ■а1руш.
Влажность,
Степень распада по
Объём
Концентра­
%
сухому веществу, %
газа, л.
ция CH4, %
54,3
4,22
0.84
5,74
2,68
64,3
12,4
3,88
5,43
65,3
69,2
95,5
95,6
93,0
95,3
95,7
91,7
37,7
64,7
36,8
49,1
64,1
66,8
56,1 ,
Экспериментально установлено, что реагентное обезвоживание осадков
перед сбраживанием негативно сказывается на метаболизме аиаэрббных
микроорганизмов метантенка. При использовании флокулянта ВПК­402М
выход газа значительно
предварительное
сокращается
снижение
влажности
(с 64,3% до
осадка
12,4%), поэтому
перед
сбраживанием
целесообразно проводить механическим способом.
Показано, что предварительная подготовка сырого осадка к сбраживанию
путём кратковременного обезвоживания в центрифугах позволяет увеличить
выход биогаза на 36%, с повышением содержания в нём метана на 4%.
Совместное сбраживание разрушенного активного ила и сырого осадка,
подвергнутого кратковременному обезвоживанию, увеличивает выход биогаза
на 28,7%, с повышением концентрации метана на 4,9%.
Исследованиями качественного состава сброженного осадка установлено,
что он имеет высокую агрохимическую характеристику, но не удовлетворяет
требованиям санитарных норм по наличию жизнеспособных яиц гельминтов. В
соответствии с типовым технологическим регламентом по утилизации, такой
осадок может быть использован под зерновые, зернобобовые, технические и
кормовые культуры (кроме корнеклубнеплодовых культур), а также в
промышленном цветоводстве, зелёном строительстве, в лесных и декоративных
питомниках, для биологической рекультивации
нарушенных земель и
полигонов
его
бытовых
отходов
при
условии
обезвоживания
и
исследований
по
обезвреживания.
В
третьей
главе
представлены
результаты
обезвоживанию и обезвреживанию осадков городских сточных вод.
На основании данных литературных источников выбраны наиболее
эффективные
высокомолекулярные
флокулянты,
применяемые
для
обезвоживания канализационных осадков: Fennopol и Zetag ­ из зарубежных,
ВПК­402М и ПАА ­ из отечестве1шых. Эффективность действия флокулянтов
определялась по времени капиллярного всасывания (ВКВ), удельному
сопротивлению при гравитационном обезвоживании осадков и по индексу
центрифугирования при механическом обезвоживании. Оценка ВКВ осадка
проводилась на тестере «Тритон CST ­ 200» (Англия). Эффективность действия
флокулянтов зависит от времени перевода связанной воды в свободное
состояние. Исследования по центрифугированию осадка выполнялись на
пробирочной центрифуге СЕ­3.
Экспериментальными
исследованиями
установлено,
что
наиболее
эффективными для гравитационного обезвоживания являются флокулянты
Fennopo! К­506 и Zetag 7633. Показано, что процесс обезвоживания активного
ила с предварительной обработкой флокулянтом нестабилен из­за высокого
содержания коллоидных и мелкодисперсных частиц. При механическом
обезвоживании
сырого
и
сброженного
осадка
минимальный
индекс
центрифугирования получен при использовании флокулянта Zetag 7689, при
обезвоживании смеси сырого осадка и уплотнённого ила — флокулянта Fennopol
К­506.
В связи со значительной стоимостью флокулянтов следует рассмотреть
методы использования более дешевых реагентов. Исследования Яковлева СВ.,
Сколубовича
Ю.Л. и других показали, что осадок промывных вод
водопроводных фильтров может быть использован в ^сачестве реагента при
обезвоживании осадка канализационных очистных сооружений. При этом
возможно снижение расхода дорогостоящих флокулянтов до 30%. Однако,
процесс совместного обезвоживания этих осадков был изучен недостаточно. В
связи
с этим
исследованы
процессы, протекающие
при совместном
обезвоживании осадков водоподготовительных и канализационных очистных
сооружений. Учитывая способность осадка водоподготрвительных сооружений
к старению, опыты проводились как со «свежим» (со сроком хранения 10
суток), так и со «старым» (со сроком хранения выше 30 суток) осадками.
В ходе экспериментальных исследова1гай определялось изменение индекса
центрифугирования и удельного сопротивления осадков сточных вод
при
использовании осадка водоподготовительных сооружений в качестве реагента,
как при механическом (рисунок 2), так и при гравитационном обезвоживании
(рисунок 3).
10
0,2
о
0,5
1
0,2
О
0,5
1
соотношение объёмов осадков сточных вод и промывных вод водопроводных фильтров
25
I
в)
.,
S
'
;
1 /^з;
j
J^2*
'L^.^'^
Г
т _,­­И^
^^t"""^ Г
^­<i
г) i
0,2
0,5
t
;
1
3^
L^^^^^^^^^^f
I^^^^^^^l
"^
:
0
0
t
:
1
1
1
I
'
1
1
1
[
•
0
1
1
1
[
l
t
1
1
1
>
1
I
0^
1
I
l
1
1
1
I
0,5
1
соотношение объёмов осадков сточных вод и промывных вод водопроводных фильтров
О
0^
0,5
1
соотношение объёмов осадков сточных вод и промывных вод водопроводных фильтров
Рисунок 2. ­ Изменение индекса центрифугирования при механическом
обезвоживании осадков для: а) сырого осадка; б) смеси сырого осадка и
уплотненного активного ила; в) сброженного осадка; г) смеси сброженного
осадка и уплотненного активного ила; д) уплотненного активного ила при их
обработке: 1 ­ «свежим» осадком промывных вод водопроводных фильтров; 2 ­
«старым» осадком промывных вод водопроводных фильтров; 3 — «свежим»
осадком промывных вод водопроводных фильтров и флокулянтом Zetag 7689.
11
1500 ■
500
й
О
0,2
0,5
1
О
0,2
0,5
1
соотношение объёмов осадков сточных вод и промывных вод водопроводных фильтров
о
0,2
0,5
1
о
0,2
0,5
1
соотношение объёмов осадков сточных вод и промывных вод водопроводных фильтров
h
2000
1500 ••
1000
500
:1^Й?
а
соотношение объёмов осадков сточных вод и промывных вод водопроводных фильтров
Рисунок 3. ­ Изменение удельного сопротивления при гравитационном
обезвоживании для; а) сырого осадка; б) смеси сырого осадка и уплотненного
активного ила;, в) сброженного осадка; г) смеси сброженного осадка и
уплотненного активного ила; д) уплотненного активного ила при их обработке:
1 ­ «свежим» осадком промывных вод водопроводных фильтров; 2 ­ «старым»
осадком промывных вод водопроводных фильтров; 3 ­ «свежим» осадком
промывных вод водопроводных фильтров и флокулянтом Zetag 7633.
Определено
оптимальное
водоподготовительных
соотношение
и канализационных
объёмов
очистных
осадков
сооружений
при
обезвоживании — 0,2:1. В результате исследований установлено, что «свежий»
осадок водоподготовительных сооружений обеспечивает более высокую
интенсивность водоотдачи по сравнению со «старым» для: сырого осадка ­ на
18%; сброженного осадка ­ на 43,2%; уплотнённого активного ила ­ на 6%;
смеси ила с сырым осадком ­ на 89%.
Показано, что совместное использование флокулянта со «свежим»
осадком водоподготовительных сооружений для обработки осадков сточных
вод позволяет снизить удельное сопротивление смеси сырого осадка и
активного ила на 10,4%, сброженного осадка ­ на 9,7% и уплотнённого
активного ила ­ на 8,3% при гравитационном способе обезвоживания. При
механическом способе обезвоживания снижается индекс центрифугирования
смеси сырого осадка и активного ила на 38,9%, сброженного осадка­ на 15,5 %
и уплотнённого активного ила ­ на 8%. Установлено, что величина индекса
центрифугирования и удельного сопротивления сырого осадка не изменилась
при обезвоживании с использованием «свежего» осадка водоподготовительных
сооружений и флокулянта.
Анализ методик расчёта технических характеристик осадительных
шнековых центрифуг показал, что они недостаточно отражают влияние
конструктивных параметров центрифуг (радиуса ротора, хода шнека, фактора
разделения
и др.)
обезвоживании
кека.
на технологические
На
основании
показатели
методики,
получаемого
предложенной
при
И.А.
Файнерманом и Е.К. Джинчарадзе, нами получены зависимости, позволяющие
теоретическим путём определить влажность кека и чистоту фугата при
обезвоживании
различных
видов
осадка
на
осадительных
шнековых
центрифугах с различными конструктивными параметрами.
Влажность кека, получаемого при обезвоживании осадка, определялась по
зависимости:
Oi*­^
\­m
G^+G'
+ (G„­Gl)*
0}
1­Й;
0)
1­0
­ + ( G „ ­ G „ ) * l­a
где; О) ­ максимальное значение влажности осадка с полным заполнением пор
жидкостью; оэ^ ­ минимальное значение влажности осадка при
центрифугировании (характеризуется только наличием клеточной и
капиллярной влаги); Goc ­ производительность машины по сухому осадку, кг/с;
Goc ­ производительность машины по сырому осадку, кг/с.
Существующие способы расчёта минимальной влажности осадка после
центрифугирования дают значительную погрешность (до 25%), так как они не
учитывают характера обрабатываемого осадка и изменения его свойств при
использовании флокулянта и различных присадок.
С целью снижения
погрешности расчётов нами предложена зависимость:
(a'^=ti*o)^,^p.,
где: а/^ор ­ теоретическая минимальная влажность осадка, равная 0,7; ;; ­
корректирующий коэффициент.
тгка*ё'*е'',
где: ко ­ коэффициент, учитывающий характер осадка: 0,937 ­ для сырого
осадка, 1,033 — для сброженного осадка и 1,037 — для уплотнённого активного
ила; ef — коэффициент изменения свойств осадка при его обработке
флокулянтом (для флокулянта Zetag 7689 s= — 0,041); е' ­ коэффициент
изменения свойств осадка при введении присадок (для осадка
водоподготовительных сооружений qr=0,01).
Значения коэффициентов ко, ^, е' получены экспериментальным путём.
Для оценки качественной характеристики разделения фаз в поле
центробежных сил определялась крупность частиц u!t, задерживаемых
центрифугами. Основой для вывода зависимости послужила система уравнений
Навье­Стокса и уравнение неразрывности потока:
2г,
_^+_! "^
dl­ of *L
рт
ас
(ш.*3„*{г,+п)
*e­v„
*^2
(м').
где: у„,„„=й)„,„„*гн ­ линейная относительная скорость, м/с; Го­ радиус сливного
отверстия, м.; oiomi~\^pm~^w\ ­ относительная угловая скорость шнека, рад/с;
сорт­ угловая скорость ротора, рад/с; «»„„­ угловая скорость шнека, рад/с; г/ ­
радиус ротора, м; Ьмж­Ь^/'О.Згц ­ длина зоны осаждения, м; А ­ величина,
зависящая от конструктивных особенностей машины и характера
обезвоживаемого осадка, м /с;
j ^ 9*М*'^
^*(P.­PJ'
где: fj­ динамическая вязкость исходного осадка, Н*с/м^; <„„ ­ шаг шнека, м; р„,
рж — плотности твёрдой и жидкой фазы, кг/м^; 5„ ­ наибольший радиус
лодвижного слоя, м;
I
4«»«»*V^>
К'^ш»."
где: Q ­ производительность центрифуги, м'/с; Fr — критерий Фруда; к/ ­>
опытный коэффициент для прямоточной центрифуги, равный 1,2.
Расчёт
влажности
осадка
и
крупности
задерживаемых
частиц
производился для декантеров Westfalia Separator, выбранных на основе анализа
литературных источников и получивших наибольшее распространение в
городах Сибири. Установлено, что в одинаковых условиях декантер марки
AD1220 обеспечивает наименьшую влажность кека. Экспериментальные
исследования подтвердили точность данных, полученных теоретическим путём,
отклонения составили не более 11%.
Санитарно­паразитологический анализ сброженного осадка показал
высокое содержание жизнеспособных яиц гельминтов (до 10 шт.). В связи с
этим
был
исследован
способ
обезвреживания
осадков
сточных вод
гипохлоритом натрия (NaOCl) и овицидным препаратом «Пуролат­Бингсти».
В ходе исследований определено, что для достижения требуемого
эффекта обезвреживания необходимы значительные дозы NaOCl (более 1л на
1м^ осадка). Кроме того, при реагентной
обработке осадков перед
обезвоживанием присутствие гипохлорита натрия способствует разрушению
образованных флокул, ухудшая тем самым качество получаемого кека и фугата.
Овицидный препарат «Пуролат­Бингсти» представляет собой экстракт,
полученный из проростков картофеля и относящийся к 4 классу токсичности.
Действие препарата на яйца гельминтов изучалось в лабораторных условиях на
15
сточной воде и сыром осадке. Исследования показали высокую эффективность
данного препарата.
Так как препарат «Пуролат­Бингсти» ранее не использовался в условиях
Сибири, для изучения его свойств в режиме низких температур были
проведены промышленные испытания на ОСК г. Кемерово. В ходе
исследований установлено, что введение препарата в микродозах (0,1 мл/м ) в
поступающую на очистку сточную воду не оказывает угнетающего действия на
биоценоз активного ила и обеспечивает степень обезвреживания осадков
сточных вод до 97%. (таблица 2).
Таблица 2. ­ Результаты промышленных испытаний по дегельминтизации
осадков сточных вод препаратом «Пуролат­Бингсти»
Время №
Вид
отбора пробы субстрата
пробы
Количество яиц гельминтов, шт.
Общее количество
Из них
жизнеспособных
Исходная проба
6 (аскарид)
Сточная вода
7 (аскарид)
(приёмная камера)
2
Сточная вода
4 (3 ­ аскариды,
3 (аскариды)
1 ­токсокара)
(выход)
3
8 (7 ­ аскарид,
Сырой осадок
10 (8­аскарид,
1 ­ токсокара,
1 ­токсокара)
1 ­ описторха)
4 (3 ­аскариды,
4
Возвратный ил
5 (3 ­ аскариды,
2 ­ токсокары)
1 ­токсокара)
Пробы, обработанные препаратом «ПУРОЛАТ­БИНГСТИ»
Сточная вода
3 (2 ­ аскариды,
2 сутки 5
0
(выход)
1 ­токсокара)
6
Сырой осадок
7 (4 ­ аскариды,
1 (токсокара)
3­токсокары)
7
Возвратный ил
3 (аскариды)
1 (аскарида)
Пробы, обработанные препаратом «ПУРОЛАТ­БИНГСТИ»
3 сутки 8
Сточная вода
0
7 (6 ­ аскарид,
(выход)
1 ­ токсокара)
0
9
Сырой осадок
9 (7 ­ аскарид,
2­токсокары)
0
10
Возвратный ил
2 (аскариды)
1 сутки 1
Установлено, что препарат не только обеспечивает высокую степень
дегельминтизации, но и не снижает эффективности действия флокулянтов при
реагентном обезвоживании осадков.
В четвёртой главе на основании результатов теоретических расчётов и
экспериментальных
обработки
исследований
осадков
сточных
разработана
комплексная
технология
вод
сооружений
различной
для
производительности.
При производительности сооружений 100 тыс. м'/сут и более (рисунок 4,
а) рекомендуется технология обработки осадков, включающая в себя
подготовку активного ила к сбраживанию путём предварительного введения в
него раствора трипсина с последуюишм механическим разрушением. Сырой
осадок подвергается кратковременному центрифугированию. Подготовленный
сырой осадок и активный ил подаются на сбраживание в метантенк.
Образующийся при этом биогаз утилизируется в качестве топлива для
получения тепла и электроэнергии на тепловой энергетической станции.
Сброженный осадок обезвоживается в зимний период механическим способом
на центрифугах, а в летний период ­ реагентным способом на иловых картах,
что позволяет значительно сократить эксплуатационные затраты за счёт
снижения расхода электроэнергии и флокулянта.
Для сооружений производительностью менее 100 тыс. м'/сут (рисунок 4,
б) предлагается избыточный активный ил после уплотнения смешивать с
осадком и подавать на обезвоживание по схеме, аналогичной для технологии
обработки осадков на сооружениях производительностью более 100 тыс. м'/сут.
При гравитационном обезвоживании осадка сточных вод для сооружений
производительностью до 100 тыс. м'/сут целесообразно в качестве добавки к
флокулянту
применение
осадков
водоподготовительных
сооружений.
Обезвреживание стоков и осадков сточных вод осуществляется путём введения
в приёмную камеру овицидного препарата «Пуролат­Бингсти».
Преимущество предлагаемой комплексной технологи обработки осадков
перед
существующими,
включающими
17
лишь
сбраживание
осадков с
Сточная вода
а)
в летний период
центрифуга
Обезвоженный
осадок
Г ­ Ь ^ ^ ^ ^
►с
= : i
Сброженный осадок
фермент
б)
В знмний период
3
Иловая карта
Препарат «Пуролат­Бингсга»
Сточнаа '
вода '
i
■
..А
.
/
­1 Первичный
отстойник
УАИ
СО
Приёмная камера
Избыточный
активный ил
В зимний период
пееколомса
со
центрифуга
Обезвоженный осадок
=к:
нлоуплотнтеш,
флокулянт
УАИ
со
В летний период
Ij
Осадок
промывных вод
npoi
Иловая
карта
смеситель
Рисунок 4. ­ Технологическая схема обработки осадка для сооружений производительностью:
а) 100 тыс. MVcyr. и более, б) менее 100 тыс. м^сут.
последующим
их
обезвоживанием
гравитационным
или
механическим
способами, заключается в том, что комбинированный способ обезвоживания
даёт возможность значительно уменьшить объём осадка с рациональным
использованием дорогостоящего флокулянта и электроэнергии.
Кроме того, для сооружений производительностью 100 тыс. м /сут и более,
предварительная деструкция избыточного активного ила позволяет повысить
эффективность сбраживания осадка с увеличением выхода биогаза, утилизация
которого обеспечивает снижение эксплуатационных затрат на обработку осадка
за счёт получения электроэнергии и уменьшение экологических платежей за счёт
исключения
загрязнения
воздушного
бассейна.
Для
сооружений
производительностью менее 100 тыс. м^сут предлагаемая технология также
позволяет исключить загрязнение воздушного бассейна; использование осадка
водоподготовительных станций в качестве коагулянта решает проблему его
утилизации и снижает расход флокулянта при его использовании для
обезвоживания осадков сточных вод; применение овицидного препарата
позволяет без значительных затрат получить безопасный в санитарно­
эпидемиологическом отношении осадок, который может быть использован в
качестве органического удобрения.
Технико­экономическое
сравнение
комбинирюванной
технологии
обработки осадка с существующей в г. Кемерово показало её экономическую
целесообразность
(таблицы
3, 4). Оценка
экономических
показателей
производилась по программе «Project Exspert 7 Professional».
Таблица 3. ­ Технико­экономические показатели сравниваемых технологий
обработки осадка для сооружений производительностью 100 тыс. м'/сут и более
Наименование показателя
Величина
Срок окупаемости, мес.
Себестоимость обработки осадка, руб/м^
Индекс прибыльности
Приведённый дисконтированный доход по окончании срока
окупаемости, руб.
77
25,92
1,43
47 501732
19
Таблица 4. — Технико­экономические показатели сравниваемых технологий
обработки осадка для сооружений производительностью менее 100 тыс. м^/сут.
Наименование показателя
Величина
Срок окупаемости, мес.
Себестоимость обработки осадка, руб/м^
Индекс прибыльности
Приведённый дисконтированный доход по окончании срока
окупаемости, руб.
Себестоимость обработки осадка при совместной утилизации
канализационного и водопроводного осадков, руб/м'
10
23,76
38,53
10 086 995
Прибьшь
при
использовании
предлагаемых
23,70
технологических
схем
обеспечивается за счёт снижения экологических платежей и сокращения затрат
на оплату за потреблённое тепло и электроэнергию.
ВЫВОДЫ
1.Установлено,
что
при
механическом
предварительно
обработанного
разрушении
активного
ферментом трипсин, эффект
ила,
деструкции
микроорганизмов увеличивается на 9%.
2. Показано, что при сбраживании предварительно обезвоженного сырого осадка
и активного ила после ферментной обработки трипсином с последующей его
дсстрз^'кциси Б шаровой мельнице газооч/разоБание увеличивается па «.S,? /а, при
ЭТОМ содержание в нём метана повышается на 4,9%.
3. Определено, что при гравитационном обезвоживании осадков сточных вод
наибольший эффект достигается при использовании высокомолекулярных
флокулянтов Fennopol К­506 при дозе 0,5 г/кг и Zetag 7633 при дозе 0,25 г/кг.
Рекомендуемые флокулянты позволяют снизить удельное сопротивление
осадков в 40 раз, обеспечивая тем самым наименьшую влажность получаемого
кека.
4. Показано, что при
гравитационном обезвоживании осадков сточных вод
наряду с флокулянтами целесообразно использовать в качестве реагента осадок
водоподготовительных сооружений. Его совместное применение с флокулянтом
20
снижает величину удельного сопротивления осадков сточных вод в 50 раз,
повышая эффект его обезвоживания
на иловых
картах. Оптимальное
соотношение объёмов осадков канализационных и водоподготовительных
сооружений составило 1:0,2.
5. Установлено, что в зависимости от возраста осадка водоподготовительных
сооружений индекс центрифугирования осадков сточных вод снижается на 12­
38%, а удельное сопротивление ­
на 70,3­89,4%. Увеличение эффекта
обезвоживания канализационного осадка по удельному сопротивлению до 96% и
по индексу центрифугирования ­ до 56% достигается за счёт применения осадка
водоподготовительных сооружений совместно с флокулянтом.
6. Предложена зависимость теоретического расчёта влажности кека для оценку
эффективности работы осадительных шнековых центрифуг. Определены
корректирующие коэффициенты, позволяющие повысить точность расчёта.
7. Исследована эффективность обезвреживания яиц гельминтов, находящихся в
стоках и осадках сточных вод, овицидным препаратом "Пуролат­Бингсти" в
условиях Сибири. Установлено, что эффект обезвреживания яиц гельминтов до
97% обеспечивается при дозе препарата 0,1 мл/м''.
8.На основании анализа экспериментальных данных, теоретических расчётов и
производственных испытаний разработана комплексная технология обработки
осадков сточных вод, позволяющая обеспечить соблюдение современных
экологических требований при минимальных эксплуатационных затратах.
Подтверждённый
экономический
эффект
от
внедрения
предложенной
технологии на канализационных очистных сооружениях г. Кемерово составил
3,1 млн. руб.
Основные положения диссертации опубликованы в следующих
работах:
1. Соколов В.Д. Проблемы обработки и утилизации осадков сточных вод на
ОСК г. Кемерово/ В.Д. Соколов, B.C. Галдилов, Л.Н. Савельева// Труды П
международной научно­практической конференции, Кемерово: СибГИУ, КВК
Экспо­Сибирь, 1998.­ С. 56­58.
21
2. Соколов В.Д. Возможные itym решения проблем обработки осадков на
очистных сооружениях канализации г. Кемерово/ В.Д. Соколов, B.C.
Галдилов, Л.Н. Савельева// Труды III международной научно­практической
конференции, Кемерово: СибГИУ, ЬСВК Экспо­Сибирь, 1999.­ С. 48­50.
3. Сколубович Ю.Л. Решение проблемы утилизации осадков сточных вод в г.
Кемерово/ Ю.Л. Сколубович, Л.Н. Савельева// Труды IV международной
научно­практической конференции, Кемерово: СибГИУ, КВК Экспо­Сибирь,
2001.­ С. 66­67.
4. Сколубович Ю.Л. Экспериментальные исследования по обработке и
утилизации осадков сточных вод в г. Кемерово/ Ю.Л. Сколубович, Л.Н.
Савельева, Т.А. Краснова// Труды IV международной научно­практической
конференции, Кемерово: СибГИУ, КВК Экспо­Сибирь, 2001.­ С. 67­68.
5. Сколубович Ю.Л. Выбор реагента для обработки осадков на очистных
сооружениях канализации г. Кемерово/ Ю.Л. Сколубович, Л.Н. Савельева,
B.C. Фролов// Труды IV международной научно­практической конференции,
Кемерово: СибГИУ, КВК Экспо­Сибирь, 2001.­ С. 68­70.
6. Соколов В.Д. Реконструкция
очистных
сооружений
канализации
г.
Мариинска/ В.Д. Соколов, Ю.Л. Сколубович, Д.В. Соколов, Л.Н. Савельева,
О.П. Цветкова// Труды V международной научно­практической конференции,
Кемерово: СибГИУ, КВК Экспо­Сибирь, 2002.­ С. 10­12.
7. Сколубович
Ю.Л.
Опытно­промышленные
испьпания
технологии
реагентного обезвреживания сточных вод и осадков ОСК­2 г. Кемерово/ Ю.Л.
Сколубович, Л.Н. Савельева// Труды V международной научно­практической
конференции, Кемерово: СибГИУ, КВК Экспо­Сибирь, 2002. ­ С. 12.
8. Савельева
Л.Н.
Экспериментальные
исследования
эффективности
дегельминтизации сточных вод и осадков препаратом «Пуролат­Бингсти»/
Л.Н.
Савельева//
Труды
V
международной
научно­практической
конференции, Кемерово: СибГИУ, КВК Экспо­Сибирь, 2002. ­ С. 12­13.
9. Сколубович Ю.Л. Обезвреживание, хозяйственно­бытовых сточных вод
препаратом «Пуролат­Бингсти»/ Ю.Л. Сколубович, Л.Н. Савельева// Труды
НГАСУ ­ Новосибирск: НГАСУ, 2003. ­ Т.6, вып. 4 (25).
22
Ю.Сколубович Ю.Л. Интенсификация процессов обезвоживания осадков
канализационных очистных сооружений г. Кемерово / Ю.Л. Сколубович, Е.Л.
Войтов, Л.Н. Савельева// Труды НГАСУ ­ Новосибирск: НГАСУ, 2003. ­ Т.6,
вып. 4 (25).
11. Сколубович Ю.Л., Савельева Л.Н. Интенсификация процесса подготовки
уплотнённого активного ила к сбраживанию / Изв. Вузов. Строительство,
2003, №9, С. 92­95.
Подписано в печать 30.10.2003. Бумага офсетная. Формат 60x84 1/24.
Гарнитур Times Roman. Печать офсетная.
Усл. пл. 1,395. Тираж 80 экз. заказ № 1007
Кемеровский госуниверситет. 650043, Кемерово, ул. Красная,6.
Отпечатано в типографии издательства «Кузбассвузиздат».
Кемерово, ул. Ермака,?.
•183 8 8
^ Q O 3­A
1g^E6
_1
