СПОСОБ ОЧИСТКИ ПОВЕРХНОСТНЫХ СТОЧНЫХ ВОД ОТ ВЗВЕШЕННЫХ ВЕЩЕСТВ И НЕФТЕПРОДУКТОВ
METHOD OF CONDITIONING OF SURFACE WATER RUN-OFFS FROM SUSPENDED MATTERS AND PETROLEUM PRODUCTS

Изобретение относится к очистке поверхностных сточных вод от взвешенных веществ и нефтепродуктов и может быть использовано для очистки как поверхностных (дождевых и талых) сточных вод с селитебных территорий, так и сильнозагрязненных поверхностных стоков с территорий промышленных предприятий, полигонов ТБО, нефтеперерабатывающих заводов и нефтебаз, автозаправочных станций, автостоянок.
Известны способы очистки поверхностных сточных вод от взвешенных веществ и нефтепродуктов, включающие стадии предварительной реагентной обработки, удаления песка и крупных частиц, (тонкослойного) отстаивания, грубой сорбционной очистки от свободных и эмульгированных нефтепродуктов, тонкой сорбционной доочистки от растворенных нефтепродуктов. Каждый из способов, включающий перечисленные стадии, может быть использован для очистки поверхностных стоков от взвешенных веществ и нефтепродуктов [1].
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату к предлагаемому способу является способ очистки сточных вод от взвешенных веществ и нефтепродуктов, включающий стадии ввода флокулянта с гидрофобизирующими свойствами, осаждения песка и крупных частиц, тонкую механическую очистку от взвешенных веществ в слое загрузки из цилиндрических колец, засыпанных внавал, сорбцию свободных и эмульгированных нефтепродуктов, дополнительную сорбцию растворимых нефтепродуктов на сорбенте с прикрепленной микрофлорой с подачей кислорода воздуха [2].
Данный способ предназначен для очистки как поверхностных (дождевых и талых) сточных вод, так и производственных нефтезагрязненных стоков промышленных предприятий, в том числе автозаправочных станций, автостоянок, нефтеперерабатывающих заводов и нефтебаз, и позволяет получать воду, качество которой соответствует требованиям ПДК загрязнений в воде водоемов, но имеет недостатки - импульсная периодическая подача стоков на очистку из канализационной насосной станции (КНС) негативно сказывается на эффективности процессов отстаивания и фильтрации, высокое содержание взвешенных веществ в поверхностных стоках приводит к быстрой забивке фильтрующих и сорбирующих загрузок, что делает невозможным применение данного способа для очистки сильнозагрязненных поверхностных стоков.
Целью изобретения является расширение области применения способа очистки сточных вод от взвешенных веществ и нефтепродуктов с возможностью очистки сильнозагрязненных поверхностных стоков с территорий промышленных предприятий, полигонов ТБО, повышение эффективности очистки от взвешенных веществ и нефтепродуктов.
Поставленная цель достигается тем, что подачу поверхностных сточных вод автоматически изменяют пропорционально интенсивности дождя, перед стадией тонкой механической очистки проводят дополнительную механическую очистку с помощью легкорегенерируемого мешочного фильтра.
Напорная подача поверхностных сточных вод на установки очистки осуществляется из аккумулирующих емкостей, регулирующих резервуаров или с помощью канализационных насосных станций (КНС).
Как известно, по классическому принципу работы КНС уровень поступающих сточных вод контролируется с помощью поплавковых датчиков, расположенных на разных уровнях. При этом станция работает в следующем режиме: датчики первого уровня указывают на малый объем стоков, насосы не работают; датчики второго уровня включают насос на перекачку скопившихся стоков, при этом их объем в пределах нормы; датчики третьего уровня срабатывают при повышенном объеме сточных вод и включают резервный насос для откачки избытка стоков; датчики четвертого уровня включают аварийный сигнал, поскольку устройства для откачки сточных вод не справляются с их объемом. Производительность каждого насоса соответствует максимальной производительности установки очистки.
Поскольку поверхностные сточные воды характеризует крайняя неравномерность и нерегулярность их поступления, основным недостатком использования КНС будет являться импульсная периодическая подача стоков на очистку с максимальной расчетной производительностью, что негативно скажется на эффективности процессов отстаивания и фильтрации и даже может привести к выносу загрузок в момент включения насоса.
Данный недостаток может быть устранен путем замены классического принципа работы КНС на автоматическое изменение подачи поверхностных сточных вод пропорционально интенсивности дождя.
При наполнении рабочей камеры КНС до нижнего рабочего уровня (40%) погружной насос включается автоматически на минимальной частоте (25 Гц) и соответствующей минимальной производительности, после чего преобразователь частоты начинает регулировать производительность насоса в зависимости от уровня жидкости в рабочей камере КНС: повышать производительность при увеличении уровня жидкости и уменьшать при его снижении, тем самым обеспечивать подачу сточных вод на очистку пропорционально интенсивности дождя. При достижении верхнего рабочего уровня в КНС (60%) и выше насос будет работать на максимальной частоте (50 Гц) и максимальной производительности. При расходе исходных стоков выше максимального их избыток будет отводиться через перелив в верхней части КНС. При этом максимальная (номинальная) производительность насоса соответствует номинальной производительности установки очистки.
Чем уже диапазон изменения производительности насоса и выше нижний предел автоматического регулирования подачи поверхностных сточных вод, тем ближе режим работы к классическому принципу работы КНС, что делает подачу стоков на очистку импульсной и периодической и понижает эффективности очистки от взвешенных веществ и нефтепродуктов.
Чем шире диапазон изменения производительности и меньше нижний предел автоматического регулирования подачи поверхностных сточных вод, тем более плавное изменение расхода стоков может быть достигнуто, что позволит вести процесс очистки сточных вод на минимальных скоростях и получать максимальную эффективность очистки. Однако, чем меньше нижний предел автоматического регулирования подачи поверхностных сточных вод, тем сложнее и дорогостоящее будет оборудование для его обеспечения.
Экспериментально установлено, что оптимальная величина нижнего предела автоматического регулирования подачи поверхностных сточных вод составляет не менее 10% от номинального.
Основными загрязняющими компонентами поверхностного стока являются взвешенные вещества и нефтепродукты.
По известному способу на очистку подается сточная вода с содержанием взвешенных веществ до 1000 мг/л и нефтепродуктов до 70 мг/л. При этом свободного объема нижнего фильтрующего слоя, который составляет более 90%, достаточно для накопления годового количества осадка при переработке поверхностного стока, что позволяет производить выгрузку осадка и замену фильтрующих загрузок 1 раз/год.
В сильнозагрязненном поверхностном стоке содержание взвешенных веществ может достигать 2000-4000 мг/л. Подача таких стоков на очистку без дополнительной механической обработки (отстаивания или фильтрации) приведет к необходимости замены загрузок 2-4 раза/год, что сделает применение способа более трудоемким и дорогостоящим.
Данный недостаток может быть устранен путем проведения дополнительной механической очистки сильнозагрязненного поверхностного стока.
Дополнительную механическую очистку целесообразно проводить с помощью легкорегенерируемого мешочного фильтра.
Известно, что расход и объем очищаемой воды определяется площадью фильтрации фильтрующего элемента [5].
При увеличении площади фильтрации на стадии дополнительной механической очистки увеличивается расход и объем очищаемой сточной воды, но увеличиваются габариты фильтра, его стоимость, усложняется его обслуживание.
При уменьшении площади фильтрации на стадии дополнительной механической очистки уменьшается расход и объем очищаемой сточной воды и увеличивается нагрузка на стадии основной очистки, что приведет к необходимости более частой замены загрузок.
Экспериментально установлено, что площадь фильтрации на стадии дополнительной механической очистки составляет 0,1-0,25 от площади фильтрации на стадии основной очистки.
Производительность установок очистки поверхностного стока рассчитывается исходя из максимального суточного слоя жидких атмосферных осадков, прием стока от которых на очистные сооружения обеспечивает очистку не менее 70% годового объема дождевого стока [3].
Например, для г. Санкт-Петербург максимальный суточный слой жидких атмосферных осадков, прием стока от которых на очистные сооружения обеспечивает очистку не менее 70% годового объема дождевого стока, составляет 6 мм. Это означает, что на очистные сооружения направляется полный объем стока от всех дождей с суточным слоем осадков не более 6 мм и часть объема стока от дождей с суточным слоем осадков более 6 мм [4].
В таблице 1 представлено число дней с разным суточным слоем осадков за теплый период года для г. Санкт-Петербург.
Как видно из таблицы 1, порядка одной трети всех дней с осадками (33,7 из 100,3) имеют суточный слой осадков, составляющий 0,05-0,125 от максимального суточного слоя жидких атмосферных осадков, отводимых на очистные сооружения (6 мм), а 41 день из 100,3 дней с осадками имеет суточный слой осадков, равный половине указанной величины.
Таким образом, более 50% дней с осадками имеет суточный слой осадков, равный 0,1-0,25 (0,6-1,5 мм) от максимального суточного слоя жидких атмосферных осадков, отводимых на очистные сооружения.
В связи с этим на стадии дополнительной механической очистки от взвешенных веществ может быть очищено более 50% сильнозагрязненных поверхностных сточных вод, что снизит нагрузку на стадии основной очистки и позволит производить замену загрузок не чаще 1 раза в год.
Известно, что степень задержания примесей зависит от рейтинга фильтрации фильтрующего элемента.
При уменьшении рейтинга фильтрации фильтрующего элемента увеличивается степень очистки от взвешенных веществ, но уменьшается скорость фильтрации и, как следствие, объем воды, подлежащий дополнительной очистке.
При увеличении рейтинга фильтрации фильтрующего элемента, уменьшается степень очистки от взвешенных веществ, но увеличивается скорость фильтрации и, как следствие, объем воды, подлежащий дополнительной очистке.
Экспериментально установлено, что рейтинг фильтрации на стадии дополнительной механической очистки составляет 10-100 мкм. Такой рейтинг фильтрации обеспечивает эффективность очистки от взвешенных веществ 50-75%.
Примеры
Пример 1
3
3
3
3
3
Сильнозагрязненные поверхностные сточные воды с переменным расходом подавались в КНС с объемом рабочей камеры 2 м, производительность погружного насоса соответствовала производительности установки очистки - 9 м/ч. КНС комплектовалась преобразователем частоты (ПЧ), который в зависимости от расхода поступающих в КНС сточных вод изменял производительность погружного насоса. При наполнении рабочей камеры КНС до уровня 40% погружной насос включался на минимальной частоте 25 Гц и минимальной производительности 0,9 м/ч, при увеличении уровня жидкости до 60% преобразователь частоты увеличивал частоту работы насоса и его производительность до максимальных величин - 50 Гц и 9 м/ч соответственно, при уменьшении расхода поступающих в КНС сточных вод и падении уровня жидкости преобразователь частоты уменьшал частоту работы насоса и его производительность до минимальных величин - 25 Гц и 0,9 м/ч соответственно. При понижении уровня в КНС до 10% насос отключался.
Результаты испытаний приведены в таблице 2 и на графике фиг. 1.
Примененная система автоматики позволяет устанавливать нижний предел автоматического регулирования подачи поверхностных сточных вод не менее 10% от номинального и плавно выравнивать расходы поступающих и откачиваемых сточных вод.
Пример 2
Сильнозагрязненные поверхностные сточные воды с содержанием взвешенных веществ 2000 мг/л подавались на дополнительную механическую очистку с помощью легкорегенерируемого мешочного фильтра. Площадь фильтрации фильтрующего элемента составляла 0,05; 0,1; 0,15; 0,25; 0,4 от площади фильтрации на стадии основной очистки, рейтинг фильтрации 100 мкм. Объем и расход пропущенной воды увеличивается с увеличением площади фильтрации фильтрующего элемента. Результаты испытаний приведены в таблице 3.
Пример 3
Сильнозагрязненные поверхностные сточные воды с содержанием взвешенных веществ 2000 мг/л подавались на стадию дополнительной механической очистки с помощью легкорегенерируемого мешочного фильтра. Площадь фильтрации фильтрующего элемента составляла 0,15 от площади фильтрации на стадии основной очистки, рейтинг фильтрующего элемента составлял 5; 10, 50; 100; 200 мкм. При увеличении рейтинга фильтрации уменьшается эффективность очистки от взвешенных веществ, но увеличивается объем пропущенной воды. Результаты испытаний приведены в таблице 4.
На фиг. 2 представлена схема, отражающая предлагаемый способ очистки сточных вод от взвешенных веществ и нефтепродуктов.
На фиг. 3 представлена принципиальная конструкция установки очистки по предлагаемому способу.
3
Исходная вода со следующими показателями: взвешенные вещества - 2000 мг/л, нефтепродукты - 70 мг/л подается на установку очистки сточных вод от взвешенных веществ и нефтепродуктов производительностью 9 м/ч.
По известному способу в сточные воды предварительно вводится флокулянт с гидрофобизирующими свойствами, после чего вода последовательно проходит стадии осаждения песка и крупных частиц, тонкую механическую очистку от взвешенных веществ в слое загрузки из цилиндрических колец, засыпанных в навал, сорбцию свободных и эмульгированных нефтепродуктов, дополнительную сорбцию растворимых нефтепродуктов на сорбенте с прикрепленной микрофлорой с подачей кислорода воздуха.
По предлагаемому способу в сточные воды предварительно вводится флокулянт с гидрофобизирующими свойствами, после чего вода последовательно проходит стадии осаждения песка и крупных частиц, дополнительную механическую очистку с помощью легкорегенерируемого мешочного фильтра с площадью фильтрации, составляющей 0,1-0,25 от площади фильтрации на стадии основной очистки, и рейтингом фильтрации 10-100 мкм, тонкую механическую очистку от взвешенных веществ в слое загрузки из цилиндрических колец, засыпанных в навал, сорбцию свободных и эмульгированных нефтепродуктов, дополнительную сорбцию растворимых нефтепродуктов на сорбенте с прикрепленной микрофлорой с подачей кислорода воздуха.
3
3
3
3
Исходные сточные воды поступают в канализационную насосную станцию 1. При наполнении рабочей камеры КНС до нижнего рабочего уровня (40%) погружной насос 2 включается автоматически на минимальной частоте (25 Гц) и минимальной производительности (0,9 м/ч), после чего преобразователь частоты начинает регулировать производительность насоса в зависимости от уровня жидкости в рабочей камере КНС: повышать производительность при увеличении уровня жидкости и уменьшать при его снижении, тем самым обеспечивать подачу сточных вод на очистку пропорционально интенсивности дождя. При достижении верхнего рабочего уровня в КНС (60%) и выше насос будет работать на максимальной частоте (50 Гц) и максимальной производительности (9 м/ч). При расходе исходных стоков выше максимального их избыток будет отводиться через перелив в верхней части КНС. При этом максимальная (номинальная) производительность насоса (9 м/ч) обеспечивает очистку не менее 70% годового объема дождевого стока. Автоматическое регулирование подачи поверхностных сточных вод осуществляется в диапазоне 0,9-9 м/ч. При этом нижний предел автоматического регулирования подачи поверхностных сточных вод составляет не менее 10% от номинального. Это позволит исключить импульсную периодическую подачу стоков на очистку и повысить эффективность очистки сточных вод от взвешенных веществ.
Первоначально исходные сточные воды поступают в распределительную камеру 3, снабженную корзиной для очистки поступающих стоков от песка и крупного мусора 4 и устройством дозирования флокулянта 5, позволяющим осуществлять пропорциональное дозирование реагента без использования дозировочного насоса и электроэнергии. Затем сточные воды проходят стадию дополнительной механической очистки с помощью легкорегенерируемого мешочного фильтра 6.
Мешочный фильтр крепится на корзине для песка и крупного мусора и легко извлекается из распределительной камеры для регенерации (промывки) после каждого дождя или по мере необходимости. Стадия дополнительной механической очистки обеспечивает эффективность очистки от взвешенных веществ 50-75%, что дает возможность снизить нагрузку на стадии основной очистки, производить замену загрузок и выгрузку осадка из блока очистки не чаще 1 раза в год. Проведение дополнительной механической очистки с помощью легкорегенерируемого мешочного фильтра позволяет направлять на очистку сильнозагрязненные поверхностные стоки с территорий промышленных предприятий, полигонов ТБО, нефтеперерабатывающих заводов и нефтебаз, автозаправочных станций, автостоянок.
В блоке очистки 7 вода снизу вверх последовательно проходит через слои фильтрующих и сорбирующих загрузок. Нижний фильтрующий слой 8 из цилиндрических колец, засыпанных в навал, служит для равномерного распределения потока и тонкой механической очистки от взвешенных веществ, а также для накопления и уплотнения накопленного осадка, во втором слое 9 из высокоэффективного нефтепоглощающего полимерного сорбента марки Уремикс-913 происходит сорбция свободных и эмульгированных нефтепродуктов, в третьем слое загрузки 10 из сорбента с прикрепленной микрофлорой на основе природного алюмосиликата марки C-Верад  - дополнительная сорбция растворенных нефтепродуктов и мелкодисперсных взвешенных веществ до норм сброса в водоем рыбохозяйственного назначения.
Свободного объема нижнего фильтрующего слоя, который составляет более 90%, достаточно для накопления годового количества осадка взвешенных веществ при переработке поверхностного стока. Это достигается за счет уменьшения влажности накопленного осадка при его уплотнении, что позволяет производить выгрузку осадка 1 раз/год.
Качество очищенной воды по известному и предлагаемому способу: взвешенные вещества - 3 мг/л, нефтепродукты - 0,05 мг/л.
Список литературы
1. Дикаревский B.C., Курганов A.M., Нечаев А.П., Алексеев М.И. Отведение и очистка поверхностных сточных вод: Учеб. пособие для вузов. Л.: Стройиздат. Ленингр. отд-ние, 1990.
2. Патент Российской Федерации №2525245, МПК C02F 9/08, C02F 1/28, C02F 1/52, B01D 21/01, C02F 103/44, опубл. 10.08.2014 - прототип.
3. СНиП 2.04.03-85. Канализация. Наружные сети и сооружения.
4. Рекомендации по расчету систем сбора, отведения и очистки поверхностного стока с селитебных территорий, площадок предприятий и определению условия выпуска его в водные объекты. - Москва: ОАО «НИИ ВОДГЕО», 2014.
5. Технический справочник по обработке воды: в 2 т. Т. 1: пер с фр. - СПб.: Новый журнал, 2007.