Поиск новых технологий по очистке биологических прудов, очистных сооружений

А.В. Согин

ПОИСК НОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ПО ОЧИСТКЕ БИОЛОГИЧЕСКИХ ПРУДОВ, ОЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЙ

Проведен системный анализ всей технологической цепочки по очистке биологических прудов, при этом выделены не только функции земснаряда, но и функциональное воздействие окружающей среды как в забое, так и на карте намыва.

Ключевые слова: биологические пруды, земснаряд, карта намыва, фракционирование, классификация сред.

~П технологии очистки сточных вод больших городов в обяза-

-Я-М тельном порядке присутствуют биологические пруды.

Построенные 20-30 лет назад по проектам «Гипроводкоммун-водоканал» МЖКХ РСФСР эти пруды в настоящее время выходят из строя по причине их полного заиления. Для восстановления работоспособности таких прудов необходимо удаление иловых осадков и очистка самих прудов.

Иловые осадки в биологических прудах относятся к дисперсным составляющим преимущественно органического происхождения и характеризуются текучими и вязко-пластичными свойствами. Работы по удалению таких составляющих могут быть выполнены средствами гидромеханизации с использованием земснарядов.

Однако, при гидромеханизированном способе производства работ удаления иловых осадков происходит в виде пульпы по трубам с консистенцией не превышающей 10 %. В этом случае требуется большое количество площадей под отстойники, что сдерживает выполнение таких работ из-за отсутствия площадей.

В настоящее время необходима разработка новых приемлемых технологий очистки биологических прудов, которая должна основываться на системном подходе. При таком подходе целесообразно рассмотреть понятия «функции - Ф_^> и «структуры - SJ» системы.

В любом технологическом процессе, технологической машине функция и структура взаимосвязаны и эта связь обуславливает определенный функционально--структурный подход к вопросу проектирования новых технологий и машин [1].

В нашем случае принятый функционально-структурный под-

Обозначение показателя функционирования, Фц Наименование показателя функционирования

Ф1 Забор ила из массива отложений и перемешивание его с водой

Ф2 Транспортирование ила по трубам в отстойники в виде пульпы

Фз Выпуск пульпы на карту намыва

Ф4 Отделение воды из пульпы (осветление пульпы) путем отстоя

Ф5 Обезвоживание намытого массива путем испарения или промораживания

ход позволяет провести системный анализ всей технологической цепочки по очистке биологических прудов, при этом необходимо выделить не только функции земснаряда, но и функциональное воздействие окружающей среды как в забое, так и на карте намыва.

При рассмотрении функционирования всей технологической системы от забоя до карты намыва составим перечень функций, для чего расчленим объект исследования на отдельные составляющие, при котором каждой единичной функции соответствует определенная операция.

Результаты анализа функций представим в виде результирующей таблицы.

При анализе функций видим, что функция Ф1 и функция Ф5 находятся в противоречии Ф1 Ф^^которое заключается в том, что в забое иловый массив смешивается с водой за счет работы грунтозаборного устройства земснаряда, транспортируется по трубам, а на карте складирования происходит обратный процесс - создание массива и освобождение его от воды.

Для разрешения существующих противоречий в технологических системах используются различные эвристические приемы [2].

Для выбора наиболее подходящего приема проведем анализ внешней среды в забое. Рассмотрим и предоставим на едином графике характерные свойства сред в биологических прудах (рис. 1).

Рис. 1 Условная классификация сред в биологических прудах очистных сооружений

По исследованиям, проведенным на биологических прудах Нижегородской станции аэрации водный массив составляет всего 10-20 см; взвешенные иловые осадки - текучая составляющая 40 см; вязкий и пластичный массив 1,5-2,0 м. Как видим, основной массив составляет неподвижная составляющая - вязкая и пластичная среда, которую при существующей технологии разрабатывают земснарядом и перемещают на новое место в карту намыва. Из карт намыва после обезвоживания эта масса должна вывозиться автотранспортом к месту утилизации.

Явные противоречия в технологической цепочки - разработка неподвижной вязко-пластичной среды в биологических прудах и перемещение этого массива на другое место в карты намыва усложняют технологический процесс, требуют дополнительных площадей под карты намыва, увеличивают сроки производства работ. Такие противоречия в технологических системах разрешаются с помощью эвристических приемов [2]. В нашем случае наиболее подходящим приемом Ц может быть прием дифференциации -разделение окружающей среды на отдельные составляющие: вода, текучая взвешенная смесь и вязко-пластичный компонент. Такое представление разрабатываемой среды дает возможность анализировать процесс разработки в забое и с помощью эвристических приемов дифференциации и позволяет рассматривать удаление ка-

ждой среды в отдельности, что приводит к другой технологии выполнения работ, отличающейся от существующей.

Ф1 ^5 Щ где ПJ - прием дифференциации.

После конструкторско-технологической проработки с использованием данного подхода, был предложен способ очистки биологических прудов очистных сооружений, который защищен патентом на изобретение [3].

Конструктивное исполнение биологических прудов представлено на рис. 2.

Вдоль биологического пруда 1, выполненного многосекционным, проходят основная дамба 2 и подводящий сточные воды канал 3, который соединен с биологическим прудом через штатный впускной коллектор 4. Для отвода сточных вод из пруда 1 выполнены штатный выпускной коллектор 5 и отводной канал 6. По всей длине пруда между впускным и выпускным коллекторами 4, 5 (соответственно) на определенном расстоянии друг от друга расположены заградительные земляные валы 7, которые разбивают пруд на отдельные секции I - VIII и обеспечивают движение загрязненных сточных вод по серпантину. В заиленных секциях I - VIII биологических прудовна поверхности находится осветленная, отстоявшаяся вода, образующая первый слой биологического пруда, ниже которой располагаются иловые осадки 8 в текучем состоянии и далее плотные слежавшиеся иловые осадки 10.

Плотные слежавшиеся иловые осадки 10 расположены на песчаной подушке 11, под которой разостлана водонепроницаемая пленка 12.

Для сохранения функционирования биологического пруда предлагается проводить подготовительные операции.

Для этого соединяют биологический пруд 1 с подводящим каналом 3, преимущественно в середине, путем прокладки дополнительного впускного коллектора 13 через основную дамбу 2, разделяя пруд на две рабочие зоны А и Б.

Рис. 2. Общий вид биологического пруда и начало производства работ по очистке

Устанавливают заглушку 14 на штатный впускной коллектор 4 первой секции I рабочей зоны А.

Перекрывают I секцию биологического пруда грунтовой плотиной 15, путем ее возведения в виде продолжения заградительного земляного вала 7, отделяющего первую секцию от последующей, второй секции II. Затем производят земснарядом непосредственную очистку первой секции I биологического пруда следующей последовательностью операций.

На первом этапе с поверхности воды земснарядом 16 в середине секции I вдоль заградительного вала 7 и плотины 15

а

б

Рис. 3. Разработка траншеи земснарядом: а - с поверхности пруда; б - удаление текучих составляющих

выбирают траншею 17 шириной не менее 5 м и глубиной до основания - ложа 9 пруда (рис. 2).

На втором этапе устанавливают земснаряд на поверхности воды над траншеей 17 в самой низкой ее части. Производят откачку воды земснарядом со сбросом воды в отводной канал 6.

На третьем этапе по окончании сброса осветленной воды переключают земснаряд на откачку иловых отложений 8 в текучем состоянии (рис. 3, б) путем прокладки пульпопровода для сброса пульпы на иловые площадки или в отстойники.

На четвертом этапе после удаления текучих иловых отложений 8 земснаряд 16 вытягивают бульдозером 18 (рис. 4, а) на берег по подготовленной траншее 17 и на берегу в створе проделанной траншеи 17 с двух сторон устанавливают тепловые вентиляторы 19 (рис. 4, б).

1 \ Г-Г-1 Г-Г \ М ь II* 1 1 1 , ? \ ? 01>и.

^ Ъ 5 -? >/ { )Л :

1эГ •'

к *> V ^ > Г\ :

р 1 I , 1 , л_1—1_1 Г ? 7 ( 1 . ( 1 _1_1 1_ 1 1 1 1 1 1_! 7 >,1,1 —1—

Рис. 4. а - удаление земснаряда бульдозером из траншеи; б - активное вентилирование; в - погрузка и вывозка подсохшей массы

Включают один из вентиляторов, в зависимости от направления атмосферных воздушных потоков (по направлению ветра) на данный момент, и осуществляют активное вентилирование сле-

жавшихся иловых отложений 10 и основания - ложа 9 пруда (рис. 2), для ускорения подсушки. По мере подсыхания оставшейся иловой массы и дна траншеи отсыпают песчаным грунтом съезды в траншею, производят выемку экскаватором 20 подсохшего верхнего слоя иловых отложений и их вывозку автотранспортом 21 на площадки складирования (рис. 5). После вывозки иловых отложений 10 и песчаной прослойки 11 производят восстановление - зачистку и планировку основания ложа 9 секции I, затем на подготовленное основание - ложе 9 очищенной секции укладывают водонепроницаемую пленку 12 и засыпают пленку 12 песчаной подушкой 11 (рис. 2).

Перекрывают следующую секцию II. грунтовой плотиной и производят очистку секции II по описанной выше последовательности операций.

После очистки секции II первой зоны А убирают грунтовую плотину 15 из секции I и переносят ее на секцию III.

Производят планировку, прокладывают пленку и песчаную подушку под убранной плотиной в очищенной секции II и далее операции по очистке секций повторяются до земляного вала 7, за которым установлен дополнительный впускной коллектор 13.

После очистки секции, в зоне А, расположенной перед дополнительным впускным коллектором 13, прокладывают дополнительный выпускной коллектор 22, соединяя очищенную в середине пруда секцию с отводным каналом 6, и удаляют заглушку 14 на штатном впускном коллекторе 4 первой секции первой зоны А, подготовленной к дальнейшему функционированию. Ставят заглушки на дополнительном впускном 13 и выпускном 5 коллекторах и производят очистку и восстановление оставшихся неочищенных секций У-УШ второй рабочей зоны Б пруда аналогичными, описанными выше технологическими операциями (рис. 5).

В заключении следует отметить, что предлагаемый способ очистки биологических прудов с помощью земснаряда позволяет первоначально удалить воду, а в последующем текучую составляющую иловых отложений с консистенцией до 60%, что уменьшает потребное количество площадей под отстойники.

Рис. 5. Очистка второй зоны Б при сохранении работоспособности биологического пруда

Кроме этого, по нашим данным более 30% слежавшихся иловых осадков остается на ложе пруда после удаления текучих составляющих. Эти осадки после подсушки и погрузки доступными средствами вывозят на площадку складирования. При этом потребное количество площадей для складирования ила также уменьшаются в несколько раз по сравнению с разработкой и перекачкой всего массива обычным гидромеханизированным способом пульпой по трубам.

Предлагаемый способ позволяет производить очистку отдельных секций многосекционных биологических прудов очистных сооружений за счет создания замкнутого изолированного пространства с помощью грунтовой плотины и дополнительных временных подводящих и отводящих коллекторов, перекрываемых в процессе очистки съемными заглушками, что, в свою очередь, обеспечивает возможность осуществления очистных и восстановительных работ при сохранении работоспособности биологических прудов и соответственно очистных сооружений.

--------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Половинкин А.И. Основы инженерного творчества //Санкт-Петербург *Москва*Краснодар «Лань», 2007 год, 361 с.

2. Воинов Б.С. Информационные технологии и системы: поиск оптимальных, оригинальных и рациональных решений - М.: Наука, 2007, 730 с.

3. Патент на изобретения № 2338832 приоритет 12.03.2007, опубликован 20.11.2008г. Бюл. №32 Способ очистки и восстановление биологических прудов очистных сооружений. Авторы: Согин А.В., Иванов Е.Г., Дзиминскас Ч.А., Согин И.А. ВТШ

A. V. Sogin

THE SEARCH OF THE NEW TECHNOLOGY FOR OXIDATION POND AND SEWAGE DISPERSAL PLANT PURIFICATION

The systematical analysis of the whole technological chain of purification is stated. Not only the dredger functions are marked out but also the environment impact on the working bench as well as on the pool.

Key words: oxidation ponds, dredger, pool.

— Коротко об авторе ---------------------------------------------

Согин А.В. - кандидат технических наук, доцент, директор ООО «Сапропель», тел. (8312) 69-21-49