'
Кулешов К.С.
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ОЧИСТКИ ПОВЕРХНОСТНЫХ СТОЧНЫХ ВОД *
Аннотация:
в данной статье рассматриваются технологии очистки поверхностных сточных вод, данные технологии сравниваются и делается выбор наиболее перспективной технологии очистки поверхностных сточных вод, делаются предложения по совершенствованию данной технологии
Ключевые слова:
сточные воды, очистка, совершенствование технологии, флокулянты, коагулянты, фильтры
УДК 628.3
Кулешов К.С.
студент
МИРЭА — Российский технологический университет
Институт тонких химических технологий им. М.В. Ломоносова
(Россия, г. Москва)
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО
ПРОЦЕССА ОЧИСТКИ ПОВЕРХНОСТНЫХ СТОЧНЫХ ВОД
Аннотация: в данной статье рассматриваются технологии очистки поверхностных сточных вод, данные технологии сравниваются и делается выбор наиболее перспективной технологии очистки поверхностных сточных вод, делаются предложения по совершенствованию данной технологии.
Ключевые слова: сточные воды, очистка, совершенствование технологии, флокулянты, коагулянты, фильтры.
Одной из основных экологических проблем является сбор, транспортировка и очистка поверхностных сточных вод. Большинство существующих систем отвода и очистки поверхностных сточных вод уже не справляются с увеличивающимся объёмом стоков или физически изношены. Основными источниками загрязнения поверхностных сточных вод являются продукты смыва почвенного покрова, разрушения асфальтовых и бетонных поверхностей, истирания автомобильных шин, проливы автотоплива и масел, а также строительные и другие материалы, складируемые на открытых площадках хранения. Поверхностные сточные воды загрязняют водоёмы взвешенными, поверхностно-активными веществами, нефтепродуктами, органическими примесями, ионами тяжёлых металлов и другими загрязнителями.
Характерным и наиболее опасным для водных объектов является загрязнение поверхностных сточных вод нефтепродуктами, как правило, сорбированными на взвешенных веществах. Наряду с проблемами отведения поверхностного стока, существует и проблема его очистки.
Оседающие в водоёмах тяжёлые остатки нефтепродуктов, разлагаясь, загрязняют воду продуктами распада, часть из них выносится на поверхность в виде пузырьков газа, образуя нефтяное пятно. Особую опасность представляет длительное воздействие небольших концентраций нефтепродуктов, так как углеводороды, входящие в их состав, способны растворять другие загрязняющие вещества [1, с. 131-133].
Учитывая всё вышесказанное можно сделать вывод, что при проектировании объектов по очистке поверхностных сточных вод необходимо максимальное внимание уделить остаточной концентрации нефтепродуктов.
Существующие ОС ПСВ можно подразделить на пять типов [2,3,4]:
Единственная в стране полноценная система отведения и очистки ПСВ действует в г. Москве и эксплуатируется ГУП «Мосводосток». Данные по эксплуатируемым ГУП «Мосводосток» сооружениям приведены в таблице 1.
Таблица 1 - Данные по сооружениям, эксплуатируемым ГУП «Мосводосток» (2014г.)
Наименование сооружения |
Количество, единиц |
Пруды-отстойники |
45 |
Сооружения камерного типа |
20 |
Щитовые заграждения |
5 |
Фильтровальные ОС |
30 |
Габионные фильтрующие ОС |
39 |
Песколовки |
18 |
Таким образом, около 56 % всех ОС ПСВ в г. Москве относятся к технологиям, использующим процесс фильтрования, из них к современным высокотехнологичным можно отнести только треть (19 % от всех ОС ПСВ) [5, с. 120-127].
Исходя из этого предлагается провести сравнение технологий очистки поверхностных сточных вод именно на примере двух объектов ГУП «Мосводосток»:
Проведём сравнительную оценку объектов по проектным показателям (таблица 2).
Таблица 2 - Проектные показатели объектов очистки
Показатели: |
Объекты |
||
ПО «Северное Бутово» |
ОС ФНС «Москва-Сити» |
||
Мощность очистного сооружения (расход) |
3240 м3/час |
4680 м3/час |
|
Площадь водосборного бассейна |
964,60 Га |
1300 Га |
|
Площадь землеотвода под ОС |
1,2068 Га |
0,24 Га |
|
Проектная эффективность очистки |
ВВ |
74% |
72% |
Нефтепродукты |
42% |
82% |
|
Проектная степень очистки |
ВВ |
5 мг/л |
3 мг/л |
Нефтепродукты |
0,05 мг/л |
0,05 мг/л |
Анализируя проектные показатели ПО «Северное Бутово» и ОС ФНС «Москва-Сити», мы видим:
Проведем сравнение фактических концентраций сбросов со всех ОС, подконтрольных ГУП Мосоводосток с законодательными нормативами. (таблица 3)
Таблица 3 - Сравнение фактических концентраций сброса с законодательными нормативами
Показатели, мг/л |
ПДК рыб/хоз |
Фактические значения на водовыпусках |
||
ОС ФНС (37 шт) |
ПО, ОС, СКТ, ЩЗ (60 шт) |
Водовыпуски без ОС (104 шт) |
||
Взвешенные вещества |
10,75 |
3,12 |
11,7 |
13,97 |
Нефтепродукты |
0,05 |
0,1 |
0,33 |
0,68 |
БПК 5 |
2,1 |
3,2 |
6,1 |
8,2 |
ХПК |
30 |
21 |
45 |
60 |
Фосфор фосфатов |
0,07 |
0,45 |
0,65 |
0,82 |
Азот аммонийный |
0,4 |
1,1 |
0,9 |
1 |
Железо общ. |
0,1 |
0,5 |
0,3 |
0,8 |
Медь |
0,001 |
0,007 |
0,005 |
0,012 |
Цинк |
0,01 |
0,07 |
0,02 |
0,09 |
Алюминий |
0,04 |
0,08 |
0,12 |
0,06 |
Фенол |
0,001 |
0,001 |
0,002 |
0,008 |
Анализируя средние фактические концентрации сбросов, мы видим, что:
В итоге к дальнейшему рассмотрению с целью улучшения технологического процесса предлагаю принять сооружения типа ОС ФНС, как более перспективные, современные и подлежащие улучшению. Далее предложение по улучшение технологического процесса будет рассматриваться на примере ОС ФНС «Узел головных сооружений ММДЦ «Москва-Сити» у Студенец – Ваганьковского ручья» (на основе [6], [7] и данных полученных из «Лаборатории аналитического контроля ГУП «Мосводосток»»).
На ОС ФНС «Узел головных сооружений ММДЦ «Москва-Сити» в качестве реагента, вводимого в проточный кавитационный аппарат, вводится раствор реагента АКФК, представляющего собой алюмокремниевый флокулянт – коагулянт. Рассмотрим возможность замены данного вещества на другое с целью снижения содержания нефтепродуктов в очищенной воде. АКФК является одной из немногих бинарных композиций, в состав которой входят только неорганические компоненты: коагулянт– сульфат алюминия и анионный флокулянт – активная кремниевая кислота [8].
Среди известных реагентов для водоподготовки существует отдельный класс железосодержащих коагулянтов. Из солей железа наиболее употребительны сульфаты железа (II) и хлорид железа (III) [9, с. 287]. Они позволяют устранять запахи и привкусы, обусловленные присутствием сероводорода, удалять соединения мышьяка, марганца, меди, а также способствуют окислению органических соединений. По сравнению с солями алюминия, соли железа могут применяться при очистке вод с более разнообразным солевым составом и различными значениями pH, они оказывают лучшее действие при низких температурах, характеризуются большой прочностью и гидродинамическими размерами хлопьев. Применение методов синтеза, использованных для получения алюмокремниевых флокулянтов-коагулянтов, в частности, использование подходов матричной изоляции активных компонентов, позволило создать аналогичные продукты на основе соединений железа, называемый ЖКФК [10]. Экспериментально показано, что композиционные флокулянты – коагулянты АКФК и ЖКФК, являются самыми эффективными реагентами для очистки нефтесодержащих сточных вод.
Композиционный флокулянт – коагулянт АКФК является более эффективным для снижения цветности сточных вод, по сравнению с ЖКФК, что обусловлено отсутствием окраски соединений алюминия, по сравнению с соединениями железа.
Композиционный флокулянт – коагулянт ЖКФК является наиболее эффективным для снижения содержания нефтепродуктов в сточных водах, что и является целевой задачей работы [8].
После анализа данных по выходным концентрациям нефтепродуктов в очищенной воде ОС ФНС Москва-Сити можно сделать вывод, что данные концентрации близки к искомым значениям в 0,05 мг/л, которые были установлены ПДК рыбхоза. Поэтому одним из предложений по улучшения технологического процесса на объекте ОС ФНС Москва-Сити может служить внедрение в нынешнюю систему Биомикрогеля, вводимого на случай аварийных ситуаций, при которых технологическая схема в нынешнем виде не будет в состоянии справляться с поддержанием значений концентраций нефтепродуктов в очищенной воде на уровне 0,05 мг/л или ниже. Микрогели представляют собой коллоидные растворы органических частиц полисахаридов с концентрацией основного вещества до 4% [11]. Исходя из данный, представленных в таблице 4 «Эффективность применения Биомикрогеля по данным [12], введение Биомикрогеля BMG-P2 в случаях аварийных ситуаций для поддержания значений концентраций нефтепродуктов в очищенной воде очистного сооружения на уровне 0,05 мг/л или ниже является оправданным.
Таблица 4 - Эффективность применения Биомикрогеля по данным [12]
Показатель |
Исходные значения |
Значения после применения Биомикрогеля |
|
|
Нефтепродукты |
50-500 мг/л |
0.05-1 мг/л |
||
рН |
7.0-9.0 |
7.5-8.5 |
||
На объекте ОС ФНС «Москва-Сити» после стадии флотации идёт стадия двухступенчатой фильтрации:
Рассмотрим возможности замены фильтрующего материала (песка) на первой ступени очистки.
Правильный подбор зернистой загрузки во многом определяет эффективность фильтрования, которая зависит от свойств фильтрующего материала (крупность, форма, шероховатость) и геометрической структуры слоя (порозность слоя, размер отдельных межзеренных пор, однородность зерен). Рассмотрим основные физико-химические показатели широко используемых фильтрующих материалов (таблица 5) [13, с. 5].
Таблица 5 - Физико-химические показатели некоторых зернистых фильтрующих материалов [13, с.5]
Показатель |
Песок |
Гидроантрацит-Р |
Гранитный щебень |
Вулканические туфы |
Вермикулит вспученный |
Измельчаемость, % |
2,9 |
1,7 |
3,35 |
0,8 |
2,9 |
Истираемость, % |
0,7 |
0,2 |
0,2 |
0,3 |
0,3 |
Зольность, % |
0,2 |
0,1 |
0,1 |
4,5 |
0,5 |
Окисляемость, мг/л |
9,7 |
9,2 |
8,4 |
7,5 |
6,2 |
Кремниевая кислота, мг/л |
5 |
0,8 |
2,5 |
3,5 |
2,5 |
Плотный остаток, мг/л |
8,7 |
19,7 |
5,7 |
12,6 |
9,3 |
Остаточное содержание нефтепродуктов в воде, мг/л |
3,0-5,0 |
1,5-2,5 |
4,5-5,0 |
3,0-3,5 |
1,0-2,5 |
Исходя из показателей таблицы 5, можно сделать вывод, что лучшими наполнителями, обеспечивающими наиболее качественную очистку воды от нашего целевого показателя - нефтепродуктов являются гидроантрацит-Р и вермукулит вспученный. К дальнейшему рассмотрению предлагаю принять загрузку типа гидроантрацит-Р.
Стоит отметить, что этот материал не может извлекать из воды растворённые формы нефтепродуктов из-за малой внутренней поверхности частиц и из-за низкого суммарного значения пор соответственно. Данный нюанс не является критическим при применении в технологической схеме на рассматриваемом нами очистном сооружении, т.к. стадия фильтрации, на которой предлагается применять гидроантрацит-Р находится после стадии флотации.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
Сологубович Ю.Л., Войтов Е.Л., Цыба А.А. и др. Технология очистки и утилизации поверхностных сточных вод и осадков: Статья в журнале – научная статья. -М.: Российская академия архитектуры и строительных наук, 2020, с. 131, 132, 133.
Тамбовцев Б.В., Хазанов В.Е. Временная инструкция по проектированию сооружений для очистки поверхностных сточных вод. -М.: Стройиздат, 1978, с. 7.
Воронов Ю.В., Яковлев С.В. Водоотведение и очистка сточных вод: Учебное пособие. -М.: МГСУ Издательство Ассоциации строительных вузов, 2006, с. 359, 360.
Меншутин Ю.А., Верещагин Л.М., Керин А.С. Рекомендации по расчёту систем сбора, отведения и очистки поверхностного стока селитебных территорий, площадок предприятий и определению условий выпуска его в водные объекты: Методическое пособие. -М.: Министерство строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации, 2015, с. 84, 85, 87, 88.
ИТС 10-2019 М.: Бюро НДТ, 2019, 120-127с.
Московско-Окское БВУ. Проект нормативов допустимых сбросов веществ и микроорганизмов с ПО «Северное Бутово». -М.: ГУП «Мосводосток», 2015.
Московско-Окское БВУ. Проект нормативов допустимых сбросов веществ и микроорганизмов с ОС «Узел головных сооружений ММДЦ «Москва-Сити» у Студенец-Ваганьковского ручья». -М.: ГУП «Мосводосток», 2015.
П. Г. Кудрявцев, Н. П. Кудрявцев Очистка сточных вод с использованием матрично-изолированных нанокомпозиционныхфлокулянтов-коагулянтов // Инженерный вестник Дона. 2018. №3.
Запольский А.К., Баран А.А. Коагулянты и флокулянты в процессах очистки воды: Свойства. Получение. Применение. – Л.: Химия, 1987. 287 с.
Недугов А.Н., Кудрявцев П.Г., Кудрявцев Н.П. и др. Способ получения железокремниевого флокулянта-коагулянта и способ обработки воды // Патент РФ No 2438993 МПК, C02F1/52, C01G49/14, C01B33/32, B01D21/01, 2010.
[втораяиндустриализация.рф] URL: https://втораяиндустриализация.рф/mikrogeli-dlya-ochistki-vodyi/ (дата обращения - 14.02.22)
[biomicrogel.com] URL: https://biomicrogel.com/ru/about/technology/ (дата обращения - 14.02.22)
Привалова Н. М., Двадненко М. В. и др. Исследование сорбционных свойств фильтрующих материалов: Статья в журнале – научная статья. -Краснодар: Кубанский Государственный Технологический университет, 2017, с. 5.
Kuleshov K.S.
undergraduate student
Federal State Budget Education Institution of Higher Education
«MIREA – Russian Technological University»
(Russia)
IMPROVEMENT OF THE TECHNOLOGICAL
PROCESS OF SURFACE WASTEWATER TREATMENT
Abstract: in this article, surface wastewater treatment technologies are considered, these technologies are compared and the most promising surface wastewater treatment technology is selected, proposals are made to improve this technology.
Key words: wastewater, purification, technology improvement, flocculants, coagulants, filters.
Номер журнала Вестник науки №3 (48) том 4
Ссылка для цитирования:
Кулешов К.С. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ОЧИСТКИ ПОВЕРХНОСТНЫХ СТОЧНЫХ ВОД // Вестник науки №3 (48) том 4. С. 158 - 168. 2022 г. ISSN 2712-8849 // Электронный ресурс: https://www.вестник-науки.рф/article/5428 (дата обращения: 28.03.2024 г.)
Вестник науки СМИ ЭЛ № ФС 77 - 84401 © 2022. 16+
*