Применение дискового фильтра для очистки сточных вод

Применение дискового фильтра для очистки сточных вод

Н.Н. Гризодуб Ростовский государственный строительный университет

Аннотация: Исследована возможность применения дискового микрофильтра «DynaDisc» в схемах биологической очистки сточных вод. Смоделированы возможные режимы работы фильтра: в составе сооружений полной биологической очистки и доочистки сточных вод, с реагентной обработкой и без нее. Сделаны основные выводы о практической применимости дискового микрофильтра «DynaDisc».

Ключевые слова: дисковый фильтр, активный ил, биологическая очистка, доочистка, илоразделение, реагент, микрофильтрование, фильтр-кассета.

При строительстве новых или реконструкции уже существующих очистных сооружений все чаще наблюдается тенденция отказа от традиционных схем обработки сточных вод и переход к новым с применением современного оборудования. Среди фильтровальных установок особую популярность приобретают дисковые микрофильтры. Они получили широкое применение за рубежом за счет своих очевидных преимуществ: высокой надежности, широкого диапазона рабочих характеристик, экономичности и низкого потребления промывной воды (1-3% от исходного объема обрабатываемой воды) [1,2]

Практическая применимость дисковых фильтров в схемах биологической очистки сточных вод определялась в промышленных условиях, на городской станции аэрации. Целью исследования стало определение эффективности применения микрофильтра DynaDisc (Nordic Water Products AB, Швеция) как для доочистки биологически очищенных сточных вод, так и для разделения иловой смеси непосредственно после аэротенка-нитрификатора.

Конструктивно фильтр DynaDisc состоит из ряда дисков, присоединенных к барабану ротора. Каждый диск состоит из легко снимаемых фильтр-кассет, снабженных фильтрующей тканью с обеих

сторон. Количество дисков в корпусе, а также размер пор фильтрующего материала зависят от производительности фильтра и его назначения.

Схема работы дискового микрофильтра Бупа01вс представлена на рис.1. Исходная вода подается в ротор фильтрующего диска. Попадая в диски через отверстия в барабане ротора, вода проходит под действием силы тяжести через фильтрующие элементы дисков. Взвешенные твердые частицы отделяются и собираются на фильтрующей ткани внутри дисков.

Рис.1- Принципиальная схема работы дискового фильтра ВупаВ1БС: 1 - исходная вода, 2 - очищенная вода, 3 - промывная вода Ротор изнутри заполняется водой приблизительно на 60% своей высоты, снаружи диск погружен на 50% в бак для сбора фильтрата. Движущей силой процесса фильтрования является разница уровней (АР). При достижении уровня воды внутри ротора фильтра определенной отметки ротор начинает вращаться, и одновременно включается обратная промывка фильтрующего элемента. Она осуществляется частью фильтрата, который подается под высоким давлением в промывочную головку, а затем в разбрызгивающие сопла. При обратной промывке происходит удаление скопившихся твердых частиц с поверхности фильтрующего элемента в

выпускной желоб, находящийся внутри фильтра. Вместе с промывной водой загрязняющие вещества выводятся через выпускную трубу [3,4].

Определение оптимальных параметров работы дискового микрофильтра производилось для двух режимов: на сточных водах после вторичных отстойников, т.е. прошедших полную биологическую очистку, и в иловой смеси после аэротенка-нитрификатора [5,6].

На первом этапе испытаний были установлены оптимальные размеры пор фильтровальной ткани и скорости фильтрования. Для режима доочистки были выбраны фильтр-кассеты с размером пор 10 и 20 мкм, для разделения иловой смеси - 20 и 30 мкм. Скорости фильтрования варьировались в диапазоне 6^14 м/ч (табл.1, 2).

Таблица №1

Работа дискового микрофильтра в режиме доочистки сточных вод

Размер пор, мкм Расход, м3/ч Скорость фильтрования, м/ч Содержание взвешенных веществ на входе, мг/л Содержание взвешенных веществ в фильтрате, мг/л Работа насоса промывки фильтра, с Пауза работы насоса промывки фильтра, с Расход промывной воды, м3/ч Доля промывной воды, %

20 17 6 70,5 6,3 36 634 0,04 0,24

22,6 8 26,1 5,5 38,7 467 0,1 0,44

28,3 10 159 3,4 44,5 160 0,2 0,71

34 12 122 8,6 58 150 0,3 0,88

39,6 14 45,4 7,4 81 116 0,4 1,00

10 17 6 20,5 5,9 37 575,3 0,1 0,59

22,6 8 25,7 4,7 41 319,3 0,1 0,44

28,3 10 25,6 4,6 46,5 251,5 0,2 0,71

34 12 22,9 3,3 58 170,3 0,2 0,59

39,6 14 17,7 7,5 94 133,7 0,4 1,00

Полученные результаты показывают, что в режиме доочистки применение дискового микрофильтрования позволяет значительно снизить содержание взвешенных веществ. Наибольшую эффективность по содержанию взвешенных частиц в фильтрате показал фильтровальный элемент с размером пор 10 мкм. Доля промывной воды при оптимальном режиме работы установки на стадии доочистки не превышает 1%.

Таблица №2

Работа дискового микрофильтра в режиме илоразделения

Размер пор, мкм Расход, м3/ч Скорость фильтрования, м/ч Содержание взвешенных веществ на входе, мг/л Содержание взвешенных веществ в фильтрате, мг/л Работа насоса промывки фильтра, с Пауза работы насоса промывки фильтра, с Расход промывной воды, м3/ч Доля промывной воды, %

20 8,5 3 2283,0 13,3 153 89 0,51 6,0

5,6 2 1804,9 9,4 87 165 0,27 4,9

30 8,5 3 1183,5 25,5 155 92 0,50 5,9

5,6 2 1974,6 35,5 102,7 171,3 0,30 5,4

При работе дискового микрофильтра в режиме илоразделения отмечено, что фильтровальный элемент с размером пор 20 мкм демонстрирует наибольшую эффективность. Однако полученные результаты свидетельствуют и о том, что использование фильтров ВупаВ1БС для илоразделения требует доочистки фильтрата в качестве обязательного условия. В этом случае возможно применение установок ВупаВ1БС на второй ступени фильтрования.

На втором этапе испытаний была исследована эффективность применения дополнительной реагентной обработки для снижения концентрации как взвешенных веществ, так и фосфора [7].

В ходе исследования в сточную жидкость после вторичных отстойников вводился раствор сернокислого алюминия дозой 2,6 мг/л (по А1203), расход сточных вод - 34 м /ч при соответствующей скорости фильтрования 12 м/ч. Было отмечено снижение концентрации фосфора фосфатов на 47% (с 1,50 мг/л в исходной воде до 0,79 мг/л в обработанной реагентом).

Параметры работы установки в режиме илоразделения, полученные по результатам первого этапа испытаний, следующие: расход сточных вод - 8,7 м /ч при соответствующей скорости фильтрования 3 м/ч, размер пор фильтровального элемента - 20 мкм. В качестве реагента был выбран оксихлорид алюминия дозами 10,3 и 20,5 мг/л (по А1203). По результатам обработки отмечено, что доза реагента 10,3 мг/л (по А1203) является оптимальной, при которой происходит снижение содержания фосфора с 1,50 до 0,03 мг/л (на 98%). Увеличение дозы до 20,5 мг/л не приводит к повышению эффективности очистки. В результате реагентной обработки время промывки фильтра сокращается практически в 2 раза [7-10].

Положительные результаты исследований, полученные при илоразделении, позволяют рекомендовать применение двухступенчатого фильтрования иловой смеси на дисковом фильтре взамен традиционным вторичным отстойникам, имеющими значительно большие габариты. Также отмечено, что фильтры выступают в роли сгустителей, доза ила в промывной воде - 45 г/л, что по сравнению с традиционным осветлением во вторичных отстойниках дает возможность в несколько раз уменьшить физический объем (расход) возвратного и избыточного ила.

При обработке реагентом промывную воду рекомендуется отправлять не в «голову» сооружений, а подвергать очистке на второй ступени фильтрования на дисковых фильтрах, что позволит избежать нежелательного аккумулирования ионов металлов в аэротенке и угнетения активного ила.

Литература

1. Porter M. C. Handbook of industrial membrane technology. Westwood, New Jersey, U.S.A: Noyes publications, 1990. 912 p.

2. Sutherland Ken. Filters and filtration handbook. Oxford, UK: Elsevier,

2008. 523 p.

3. Жужиков В.А. Теория и практика разделения суспензий. М.: Химик, 1971. 440 с.

4. Кузьмин Ю.В. Сетчатые установки систем водоснабжения. Справочное пособие. Ленинград: Стройиздат, 1976. 160 с.

5. Козлов М.Н., Дорофеев А.Г., Асеева В.Г. Микробиологический контроль активного ила биореакторов очистки сточных вод от биогенных элементов. М.: Наука, 2012. 80 с.

6. Серпокрылов Н.С., Вильсон Е.В., Гетманцев С.В., Марочкин А.А. Экология очистки сточных вод физико-химическими методами. М.: АСВ,

2009. 264 с.

7. Гетманцев С.В., Нечаев И.А., Гандурина Л.В. Очистка промышленных сточных вод коагулянтами и флокулянтами. М.: АСВ, 2008. 272 с.

8. Серпокрылов Н.С., Петренко С.Е., Борисова В.Ю. Повышение эффективности и надежности очистки сточных вод на разных стадиях эксплуатации очистных сооружений канализации // Инженерный Вестник Дона, 2013, №2 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2013/1602.

9. Паненко Н.Н. Энергосбережение при очистке сточных вод населённых мест / Н.Н. Паненко, А.Ю. Скрябин, К.К. Популиди, А.В. Денисова, В.В. Денисов // Инженерный Вестник Дона, 2014, №2 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2014/2339.

10. Борисова В.Ю., Скибина Е.В., Серпокрылов Н.С. Особенности протекания процессов очистки сточных вод в биосистемах аэротенка //

Интернет-вестник ВолгГАСУ, электронный журнал, 2013, №1 URL: vestnik.vgasu.ru/?source=4&articleno=1173.

References

1. Porter M. C. Handbook of industrial membrane technology. Westwood, New Jersey, U.S.A: Noyes publications, 1990. 912 p.

2. Sutherland Ken. Filters and filtration handbook. Oxford, UK: Elsevier, 2008. 523 p.

3. Zhuzhikov V.A. Teorija i praktika razdelenija suspenzij [Theory and practice of suspensions separation]. M.: Himik, 1971. 440 p.

4. Kuz'min Ju.V. Setchatye ustanovki sistem vodosnabzhenija [Mesh installations for water supply systems]. Spravochnoe posobie. Leningrad: Strojizdat, 1976. 160 p.

5. Kozlov M.N., Dorofeev A.G., Aseeva V.G. Mikrobiologicheskij kontrol' aktivnogo ila bioreaktorov ochistki stochnyh vod ot biogennyh jelementov [Microbiological control of activated sludge of wastewater treatment bioreactors from nutrients]. M.: Nauka, 2012. 80 p.

6. Jekologija ochistki stochnyh vod fiziko-himicheskimi metodami [Ecology of wastewater treatment by physical and chemical methods]. Serpokrylov N.S., Vil'son E.V., Getmancev S.V., Marochkin A.A. M.: ASV, 2009. 264 p.

7. Getmancev S.V., Nechaev I.A., Gandurina L.V. Ochistka promyshlennyh stochnyh vod koaguljantami i flokuljantami [Industrial wastewater treatment by coagulants and flocculants]. M.: ASV, 2008. 272 p.

8. Serpokrylov N.S., Petrenko S.E., Borisova V.Ju. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2013, №2 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2013/1602.

9. Panenko N.N., Skrjabin A.Ju., Populidi K.K., Denisova A.V., Denisov V.V. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2014, №2 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2014/2339.

и

10. Borisova У.^., БИНт Б.У., Serpokrylov N.8. Internet-vestnik VolgGASU, 2013, №1 ШЬ: vestnik.vgasu.ru/?source=4&articleno=1173.