III Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2011

В настоящее время особое значение имеет развитие современных систем водоотведения хозяйственно-бытовых и производственных сточных вод, обеспечивающих высокую степень защиты окружающей природной среды от загрязнений. Наибольшее внимание при проектировании, строительстве и реконструкции канализационных очистных сооружений уделяется разработке новых технологических решений в вопросах улучшения качества очищенных сточных вод, а также обработки и утилизации осадков, образующихся на сооружениях.

Большое расходование запасов природного топлива, ограничение строительства гидро- и атомных электростанций вызвали интерес к применению возобновляемых источников энергии, в том числе огромных масс органических отходов, образующихся в сельском хозяйстве, промышленности, городском коммунальном хозяйстве. В связи с этим использование методов биологической конверсии органических отходов с получением топливного биогаза на метановой основе и удобрений при одновременном решении ряда вопросов охраны окружающей среды от загрязнения представляется весьма перспективным и привлекает внимание специалистов - экологов, энергетиков, экономистов, биотехнологов.

Среди перерабатываемых жидких органических отходов важное место занимают осадки городских сточных вод, которые по своей химической природе являются прекрасным субстратом для образования биогаза и удобрений в процессе анаэробного сбраживания, Осуществляемого в специальных емкостных сооружениях - метантенках. В метантенках органическое вещество осадков переводится в незагнивающую форму, то есть стабилизируется, при этом заметно снижаются санитарная зараженность и выделение неприятных запахов при хранении и утилизации осадков.

В ряде случаев, вопреки распространенному предубеждению, может быть предотвращено ухудшение и даже достигнуто улучшение водоотдающих свойств сброженных осадков, что имеет важное значение для их последующего обезвоживания.

Северные очистные сооружения г.Екатеринбурга имеют очень большое значение, так как очищают сточные воды таких больших промышленных районов как Уралмаш и Эльмаш. Аэрационная станция имеет в своем составе сооружения биологической очистки, на которых образуется большое количество осадка. Существующие сооружения обработки осадка не справляются с такими объемами.

Очистные сооружения Северной аэрационной станции (САС) расположены в северо-восточной части г.Екатеринбурга, в районе железнодорожной станции Калиновка.

Северная аэрационная станция была введена в эксплуатацию в 1975 г., имеет классический для того времени набор сооружений: приемная камера, здание с решетками, аэрируемые песколовки, первичные радиальные отстойники, двухкоридорные аэротенки - вытеснители с пневматической аэрацией, вторичные радиальные отстойники, смеситель сточной воды с хлором, контактный канал сточной воды с хлором с водоизмерительным лотком «Паршаля», выпуск очищенной сточной воды из контактного канала в р.Камышинку, насосно-воздуходувная станция; хлораторная на жидком хлоре со складом хлора, иловые площадки, котельная с паровыми котлами (топливо - природный газ из городской сети), АБК с хим. лабораторией, механическими мастерскими и складом.

В 2001 г. на САС построен цех механического обезвоживания осадка (ЦМО) с ленточным фильтр - прессом, производительностью 50 м³/ч. В ЦМО подаются несброженные сырой осадок и избыточный активный ил. Обезвоженный осадок влажностью 75% вывозится на полигон.

В 2009 году на Северных очистных сооружениях была произведена реконструкция, которая включала в себя:

1) Строительство новых сооружений биологической очистки сточной воды на производительность 100.0 тыс.м³/сут, в том числе:

• - первичные горизонтальные отстойники;
• - аэротенки-нитрификаторы-денитрификаторы;
• - вторичные горизонтальные отстойники;
• - насосная станция сырого остатка;
• - насосная станция избыточного активного ила;
• - насосная станция плавающих веществ из вторичных отстойников;
• - воздуходувная станция;
• 2) Реконструкцию существующих сооружений биологической очистки сточной воды на линии производительностью 50.0 тыс.м³/сут с созданием в них процессов нитрификации и денитрификации.

Анализ работы очистных сооружений позволил сделать следующие выводы:

• - обеспечивается проектная степень очистки по БПК, взвешенным веществам и соединениям азота;
• - сооружения биологической очистки работают эффективно;, но
• - иловые площадки перегружены, дренаж площадок работает неудовлетворительно;
• - после реконструкции и увеличении производительности станции требуется строительство дополнительных сооружений уплотнения осадка и установка второго фильтр-пресса;
• - необходимо усовершенствовать систему сооружений обработки осадка сточных вод для сокращения их объемов;
• - ввести стадию сбраживания осадков с последующим использованием биогаза;
• - ввести стадию обеззараживания обезвоженных осадков для возможности использования осадков в качестве удобрений.

Для решения перечисленных проблем предлагается система сооружений обработки осадка, в которую входят: гравитационный сгуститель сырого осадка; декантировочный усреднительный резервуар для избыточного активного ила; механические барабанные сгустители избыточного активного ила, новые метантенки; дегазатор - усреднительный резервуар для сброженного осадка; установка в ЦМО второго фильтр-пресса, аналогично существующему, оборудования для обеззараживания осадка негашеной известью СаО; газгольдер; газовый факел.

На САС в процессе очистки сточной воды образуются два вида осадка:

• ¾ осадок из первичных отстойников (сырой осадок),
• ¾ избыточный активный ил, образующийся в процессе биологической очистки сточной воды.

Сырой осадок и избыточный активный ил сбраживаются в метантенках. Конечным продуктом процесса является биогаз, который состоит из 65% метана и 34% углекислого газа.

Система сбраживания в метантенках предусматривает следующее:

• 1. Отдельно сгущенные сырой осадок и избыточный ил подаются в течение 24 часов в сутки в 2 метантенка с мезофильным процессом сбраживания.
• 2. Подача сгущенного сырого осадка и сгущенного активного ила в метантенки по времени отделяется друг от друга. Во время подачи сырого осадка не подается избыточный активный ил и наоборот.
• 3. Функции перемешивания и теплообмена отделены друг от друга. Требуемый для теплообмена поток ила значительно меньше, чем поток для перемешивания и этот меньший поток обеспечивается отдельными насосами.
• 4. Подогрев сбраживаемой смеси осуществляется острым паром, подаваемым инжектором.

Образующийся биогаз предлагается использовать как топливо для паровых котлов в котельной, Неиспользованный биогаз сжигается в газовом факеле. При отводе биогаза выделяется значительное количество конденсата, который отводится в канализационную сеть САС.

Обеззараженный осадок возможно реализовывать как удобрение для лесопосадок.

Обеззараживание осадка предусматривается добавлением к нему негашеной извести СаО.

Дозировка СаО, предназначенная для уничтожения патогенных микроорганизмов обезвоженного ила, имеет двойное действие:

• 1. Под влиянием дозировки СаО ил нагревается. При температуре ила 60 ^оС патогенные микроорганизмы погибают в течении 30 - 60 минут.
• 2. В результате дозировки СаО увеличивается рН. Если рН ила достигает значение 12 - 12,5, очень быстро наступает гибель патогенов. По экспериментальным данным при рН=12 потребуется минимум 2 часа для гибели патогенов. При рН=12,5 этот же процесс произойдет в течение 30 минут.

Произведен расчет сооружений обработки осадка с учетом производительности станции по сточным водам 150000 м³/сут.

Согласно СНиП 2.04.03.-85 п.6.368 предусмотрены аварийные иловые площадки емкостью 20% годового количества осадка.

Необходимое количество тепла  для нагрева осадка, загружаемого в метантенки, и восполнения тепловых потерь метантенков - 2874614 кДж/час.

Экономический анализ проекта показал, что проект является выгодным, так как экономический эффект покрывает дополнительные эксплутационные затраты. Срок окупаемости проекта составит 10,4 года.

Данный проект обладает большим экологическим эффектом, вследствие использования альтернативного источника топлива (биогаза) и сокращении занимаемых площадей на полигоне ТБО.

Код для цитирования: Скопировать