УДК 621.311.22
621.311.25
, ,
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ФИЛЬТРА С ПОДВИЖНЫМ СЛОЕМ В ПРОЦЕССЕ УДАЛЕНИЯ ФОСФАТОВ ИЗ ХОЗЯЙСТВЕНО-БЫТОВЫХ СТОЧНЫХ ВОД
В статье приведены результаты экспериментальных исследований очистки сточных вод от фосфатов на опытно-промышленном фильтре беспрерывного противоточного действия «К-В-150», с подвижным слоем песчаного фильтрующего материала. Предложенная установка обеспечивает одновременное осуществление процессов противоточной фильтрации и отмывки фильтрующего материала с возможностью дозировки в зону фильтрации реагентов, которые переводят растворимые формы фосфатов в нерастворимые.
Решение проблемы очистки хозяйственно-бытовых сточных вод в условиях всё возрастающей антропологической нагрузки на экосистемы современного индустриального общества имеет непреходящее актуальное значение. Одной из трудно решаемых проблем очистки хозяйственно-бытовых сточных вод является извлечение фосфатов. Попадание больших количеств фосфатов в природные водоёмы приводит к интенсивному росту сине-зелёных водорослей и последующей гибели рыбы и других гидробионтов.
При реализации стандартной технологической схемы очистки хозяйственно-бытовых стоков, которая включает в себя использование первичного отстойника, аэротенка, вторичного отстойника, сточные воды на финише имеют, как правило, неплохие показатели по основным загрязняющим компонентам. Однако проблема высокого содержания растворимых форм фосфатов практически остается не решенной.
Традиционная методика финишного удаления фосфатов предусматривает обработку сточных вод соответствующими реагентами, например, сульфатом алюминия и флокулянтами на основе поли акриламида с последующей фильтрацией на песчаных фильтрах[1,243;]. Однако при использовании в данном процессе стандартных песчаных фильтров периодического действия, происходит быстрая необратимая кальматация фильтрующего песчаного слоя. Это приводит к необходимости вывода фильтрующего оборудования из технологической схемы очистки сточной воды, а значит - к сбросу не до очищенной воды в природные водоемы. Следует, что отметить, что различных регионах ПДК фосфатов для водоёмов имеют значения от десятых долей миллиграмма до нескольких миллиграммов на кубический дециметр [2],
в то время как, в сбрасываемых хозяйственно-бытовых водах содержание фосфатов составляет от нескольких десятков до сотен миллиграммов на кубический дециметр.
Для решения данной практической задачи, используются песчаные фильтры с подвижным слоем. Наиболее известные коммерческие марки: «DYNA SAND» (Швеция) и «ASТRA SAND» (Голландия) [3;4;]. В них происходит одновременно два процесса - собственно фильтрация и отмывка фильтрующего материала. При определенных преимуществах эти фильтры имеют существенные конструкционные недостатки. Так, например, невозможно производить обработку фильтрующего материала подходящим биоцидом, который бы не попадал в очищаемую жидкость. Кроме того, данное оборудование весьма дорогостоящее, что не позволяет его массово использовать на отечественных предприятиях, а номенклатура фильтров не предусматривает изделий с малой производительностью
Рис.1 –Внешний вид промышленного песчаного фильтра серии KRF.
Альтернативой зарубежному оборудованию является разработанная отечественными специалистами конструкция фильтра KRF [5;5;7;], которая лишена указанных выше недостатков. Производство этого фильтра налажено в Украине; на рис. 1 приведены промышленные установки «Фильтр-KRF-10/1» производительностью до 10 м3/час каждый, установленные на очистных сооружениях одного из посёлков Одесской железной дороги.
В данной работе представлены результаты экспериментальных исследований опытно-промышленного фильтра «Установка беспрерывного противоточного действия «К-В-150» (далее «Фильтр К-В-150», которая имеет подвижный слой песчаного фильтрующего материала. Целью данной работы является исследование очистки сточных вод на предложенном нами «Фильтре К-В-150». Данное очистное сооружение предназначено для одновременного проведения двух процессов: противоточной фильтрации и отмывки фильтрующего материала, с возможностью дозировки в зону фильтрации подходящих реагентов, которые переводят растворимые фосфаты, содержащиеся в сточных водах, в нерастворимые формы. В представленной работе представлен экспериментальный материал, полученный на протяжение марта-апреля 2014 года на очистных сооружениях цеха водоотведения Смелянского гор водоканала.
Методика эксперимента. Принципиальная схема фильтра «К-В-150» представлена на рис.2. Фильтр функционирует на принципе противотока. Исходная технологическая жидкость поступает на входной патрубок 1, затем по коаксиальной трубе 2 через распределительную воронку 3 фильтруется через слой песка, который находится в корпусе 4, очищенная вода сливается через затвор 5 по назначению. Загрязненный песок опускается в коническую часть фильтра 8, откуда с помощью эрлифта 6 подаётся в узел отмывки 9, далее по специальному патрубку дренажная вода сбрасывается в пластинчатый отстойник. Очищенный песок по лабиринтному каналу 10 поступает в верхнюю часть фильтрующего слоя. Таким образом, песок движется сверху вниз, а очистка воды происходит через слой чистого песка – это обеспечивает постоянный процесс фильтрации.
Рис.2 –Схема устройства песчаного «Фильтра KRF».
1 – входной патрубок; 2 – коаксиальная труба; 3 – распределительная воронка; 4 – корпус; 5 – затвор; 6 – эрлифт; 7 – патрубок; 8 – коническая часть фильтра; 9 – узел отмывки; 10 – («Фильтр- К-В-150» лабиринтный канал.
Внешний вид фильтра «К-В-150» представлен на рис.3.
Сточная вода подавалась на фильтр «К-В-150» в количестве до 200 дм3/час после вторичных отстойников. Производительность фильтра по очищенной воде 120 – 250дм3/час Лабораторный контроль по фосфатам, взвешенным частицам, группе азота осуществлялся лабораториями Смелянского и Черкасского горводоканалов с использованием стандартных аттестованных методик. Основные геометрические размеры фильтра «К-В-150» общая высота – 1,7м, внутренний диаметр корпуса – 0,150м, высота слоя песка – 1м (фракция 2-3мм). Общий номинальный расход подаваемой воды составлял 3,9·10-5м3/с (140дм3/час); скорость фильтрации 7,8м/час. Подача реагентом осуществлялась перестальтическими насосами-дозаторами во входную линию сточной воды в фильтр. Температура воды находилась в пределах 15-20°С. Результаты двухмесячной непрерывной опытно-промышленной эксплуатации фильтра «К-В-150» приведены в Таблице.
Результаты опытно-промышленной эксплуатации фильтра «К-В-150»
по основным загрязняющим веществам.
Дата анализа | Загрязняющие вещества | Концентрация на входе в фильтр (мг/дм3) | Концентрация на выходе из фильтра (мг/дм3) | Концентрация в дренаже фильтра (мг/дм3) | ПДК * (мг/дм3) |
21.03.14 | Взвеси | 89,4 | 73,0 | 83,5 | 15 |
Азот аммонийный | 53,5 | 35,3 | 53,5 | 0,39 | |
Нитриты | менее 0,01 | менее 0,01 | менее 0,01 | 0,08 | |
Фосфаты | 23,7 | 23,7 | 24,35 | 3,0 | |
28.03.14 Дозировка реагентов | Взвеси | 194,3 | 20,0 | 46,5 | 15,0 |
Азот аммонийный | 35,5 | 39,1 | 42,5 | 0,39 | |
Нитриты | 0,041 | менее 0,05 | менее 0,05 | 0,08 | |
Фосфаты | 26,5 | менее 0,05 | менее 0,05 | 3,0 | |
Qдрен =240дм3/час; Qочищ =150дм3/мин; Qфлок =4,3дм3/час; Qкоаг=6,0дм3/час; Концентрация коагулянта сульфата алюминия: 20г/дм3; Концентрация флокулянта TR-650: 0,4г/дм3. | |||||
14.04.14 Дозировка реагентов | Взвеси | 102 | 22,0 | 214 | 15,0 |
Фосфаты | 25,9 | 0,57 | 0,88 | 3,0 | |
Qдрен =220дм3/час; Qочищ =120дм3/мин; Qфлок =1,3дм3/час; Qкоаг=2,0дм3/час; Концентрация коагулянта сульфата алюминия: 10г/дм3; Концентрация флокулянта TR-650: 0,3г/дм3. *Требования, утверждённые экологической службой для Смелянского горводоканала. | |||||
Также были проведены лабораторные анализы по тяжёлым металлам, нефтепродуктам и ПАВ, которые показали, что данный фильтр производит очистку сточных вод также и от данных загрязняющих веществ.
Анализ полученных данных позволяет сделать следующие выводы:
- удаление фосфатов из сточной воды без их реагентной обработки не представляется возможным;
- предложенная конструкция фильтра с использованием реагентов позволяет очистить сточную воду от фосфатов до значений существенно меньших ПДК;
- механические примеси, присутствующие в очищаемой воде, удаляются при постоянной промывке песка в лабиринтном канале, что устраняет их накопление в фильтрующем слое и приводит соответственно к уменьшению гидравлических сопротивлений и стабилизации производительности фильтра в течение всего периода его эксплуатации;
- высота фильтрующего песчаного слоя (песок фракции 2-3мм) при скорости фильтрации 7,8 м/час должна быть не менее 1.5 м;
- загрязнения, которые накапливаются в фильтрующем слое, при работе эрлифта подаются в узел отмывки, где они отделяются от песка и виде отдельного технологического потока направляются на поля фильтрации;
- дозировка реагентов возможна в питательную линию фильтра, отпадает необходимость специальной предварительной смесительной камеры;
- установка «Фильтр К-В-150» показала высокую степень надёжности, за почти два месяца непрерывной круглосуточной эксплуатации не было зафиксировано ни одного случая отказа или сбоя в работе; главная проблема эксплуатации стандартных фильтров – кальматация фильтрующего песчаного слоя, полностью устраняется при эксплуатации «Фильтра К-В-150»;
- азот аммонийный удаляется в аэротенке, однако при достаточно большом сроке (как показывает практика эксплуатации подобных фильтров, этот срок равняется временному интервалу 3-4 месяца) эксплуатации данного фильтра на зернах песка образуется соответствующая биоплёнка, которая преобразует аммонийный в свободный азот [3;4].
На основании проведенных испытаний авторы пришли к заключению о целесообразности использования промышленных установок «Фильтр KRF» для удаления фосфатов на финишной стадии очистки хозяйственно-бытовых сточных вод. Производительность очистных сооружений цеха водоотведения Смелянского горводоканала составляет величину порядка 6000м3/сут или 250м3/час. Таким образом для доочистки хозбытовых сточных вод необходимо использование 4-х фильтра KRF с производительностью 60 м3/час каждый.
Резюме. У статті наведено результати експериментальних досліджень дослідно-промислового фільтра безперервного протиточної дії «К-В-150», який має рухливий шар піщаного фільтруючого матеріалу. Установка забезпечує проведення одночасно двох процесів: процесу протиточної фільтрації та процесу відмивання фільтруючого матеріалу з можливістю дозування в зону фільтрації відповідних реагентів, які переводять розчинні хімічні форми фосфатів, що містяться в стічних водах, в нерозчинні форми.
V. A.Kostygin, V. N.Vaschenko, G. M. Kochetov, G. S.Stolyarenko
Reults the process of removing phosphate on the stage finishing cleaning wastewater by a moving bed sand filter «K- V-150»
Summary
The paper presents the results of experimental studies for pilot filter continuous countercurrent action «K - V-150» with a moving sand filter material. The installation provides for two simultaneous processes: countercurrent filtration and cleaning process of the filter material with the possibility of dosing into the filtration zone of the reagents that convert soluble forms of phosphates into the insoluble ones.
National University of Construction and Architecture, Kiev, Ukraine
1. ,Канализация/, ,, -М.:Стройиздат, 1975, 632с.
2. Уберман сброса фосфатов на основе экологических ПДК / , -Харьков, УкрНИИЭП.
3. Сайт www. nordic water products.
4. Сайт www. astraco paques.
5. , Очистка скважинной воды с помощью самопромывного цеолитного фильтра / , , // Вестник ЧГТУ -2008 №4 с.42-44.
6. Патент № 000. Україна МПК (2006) В01Д24/00 Спосіб безпреривної протиточної фільтрації та пищаний фільтр з рухомим шаром для його здійснення./ Костигін В. О., , Фоміна Н. М. – заявник и власник Черкаський державний технологічний университет, UA.-№u2005 02082, заявл.05.03.2005, публ. 10.10.2008 Бюл.№19.
7. Патент № 000. Україна МПК (2013) В01Д24/00 Пристрій для відокремлення механічних і хімічних домішок у рідинах./Костигін В. О.– заявник и власник патенту Костигін В. О. UA № 000, заявл.16.09.2011, публ. 25.02.2013. Бюл.№4.
