Достижение ПДК на очистных сооружениях

Задача соответствия нормативам на сброс очищенных сточных вод всегда актуальна как для промышленных, так и для коммунальных предприятий. На одних очистных сооружениях нормативы стабильно соблюдаются, на других – регулярно нарушаются, а на третьих – выполняются с перебоями. Причины таких отклонений могут быть разнообразными, как и подходы к их устранению.

Основные причины превышения ПДК Среди частых причин превышения ПДК можно выделить недостаточно эффективные технологии очистки, ошибки в эксплуатации сооружений, а также кратковременные или постоянные вторичные загрязнения очищенных вод.

Малоэффективные технологии

Одной из самых серьёзных проблем является использование малоэффективных технологий и оборудования. Это ситуации, когда очистные сооружения функционируют, но их работа не обеспечивает достижение нормативных показателей на сброс. В документации сооружений указано соответствие ПДК, эксплуатация проходит в соответствии с регламентом, и входные параметры соблюдаются, однако на выходе регулярно фиксируются превышения нормативов. Такие очистные сооружения не могут обеспечить нормативные значения по ряду причин. Среди них можно выделить следующие:

• Недостаточная вместимость сооружений (особенно биологической очистки);
• Отсутствие необходимых технологических потоков (например, рецикла иловой смеси в аэротенках) или оборудования (например, мешалок, насосов);
• Недостаток важных технологических узлов (например, доочистных сооружений, реагентного хозяйства);
• Работа в нестабильных режимах из-за отсутствия усреднителя или его недостаточного объема;
• Неправильная технология, не подходящая для конкретных сточных вод.

Для решения проблемы превышения ПДК необходимо провести анализ причин и разработать комплекс мероприятий по повышению эффективности работы сооружений, такие как:

• Строительство дополнительных очистных сооружений;
• Переоборудование существующих сооружений и ёмкостей для повышения их эффективности;
• Установка дополнительных технологических узлов и оборудования;
• Корректировка технологических потоков или схемы;
• Модернизация или установка новых доочистных сооружений.

Решение проблемы малоэффективных очистных сооружений требует значительных затрат как по времени, так и по финансам, поскольку часто необходимо дополнительное строительство и установка нового оборудования. В некоторых случаях удаётся улучшить существующие сооружения, что позволяет существенно сократить расходы на модернизацию. Проведение технологического аудита помогает определить направления для дальнейшего развития очистных сооружений.

Нарушения в эксплуатации

Иногда очистные сооружения имеют достаточные объёмы, все необходимые узлы и оборудование, но сбросы всё равно не соответствуют нормативам. Такие случаи редки, но встречаются на практике. Основной причиной могут быть ошибки в действиях обслуживающего персонала, такие как:

• Неправильный выбор реагентов или их дозировка;
• Отсутствие контроля важных технологических параметров или некорректный контроль;
• Недостаток технологического контроля и обратной связи при управлении процессами на КОС;
• Внесение неэффективных изменений в рабочие технологические схемы;
• Отключение важных технологических потоков (например, рециклов) или их изменение до недопустимых значений;
• Несвоевременное выполнение задач по эксплуатации.

Эти проблемы часто носят индивидуальный характер и могут возникать периодически. Основная причина – недостаток знаний и опыта у персонала или нечеткие инструкции по эксплуатации. Решением является обучение сотрудников, корректировка режима эксплуатации и разработка ясных регламентов управления технологическим процессом.

Вторичное загрязнение очищенной воды

Когда все технологические процессы на очистных сооружениях соответствуют нормам, но всё же наблюдается превышение ПДК, это может быть связано со вторичным загрязнением. Например, после предварительной очистки, биологической очистки и фильтрации, на выходе из отстойника показатели воды в норме, но на этапе сброса отмечаются превышения по взвешенным веществам, ХПК или аммонийному азоту. Причина может скрываться в загрязнении фильтров или трубопроводов на пути к сбросу. Решение включает промывку фильтров с дезинфицирующими растворами, замену фильтрующих элементов, а также проверку и очистку сетей и сооружений.

В другом случае, когда на выходе из аэротенка азот аммонийный и нитритный в норме, но на этапе сброса наблюдается превышение, причиной может быть трансформация азота в толще вторичного отстойника. Это приводит к увеличению концентрации аммония и нитритов. Для решения требуется настройка работы отстойников, корректировка рециклов и откачка избыточного ила.

Также возможны перегрузки вторичных отстойников, которые приводят к выносу ила и загрязнению фильтров, что вызывает вторичное загрязнение воды после очистки.

Методы доочистки сточных вод

Во многих случаях для достижения предельно допустимых концентраций (ПДК) необходимо применять методы доочистки сточных вод. Существует два основных подхода к нормированию: технологические нормативы, которые применяются для очистных сооружений поселений с преобладанием хозяйственно-бытовых стоков, и нормативы на уровне ПДК вредных веществ в водных объектах рыбохозяйственного значения (ПДКрх), которые чаще используются на промышленных предприятиях. В некоторых случаях применяются более строгие нормы, чем ПДКрх.

Сооружения доочистки предназначены для дальнейшего снижения концентраций загрязняющих веществ после основных этапов очистки (чаще всего биологической или физико-химической). Для сточных вод поселений актуальной задачей является доочистка от взвешенных веществ (ВВ), химического (ХПК) и биологического (БПК) потребления кислорода, азотных соединений и фосфора. Для производственных стоков в этот список также могут включаться металлы (например, железо), нефтепродукты, синтетические поверхностно-активные вещества (ПАВ) и другие специфические загрязнители.

Основные методы доочистки позволяют снизить концентрации этих веществ до нормативных показателей, обеспечивая соответствие сбросов установленным требованиям.

Фильтрование

Одна из главных задач доочистки сточных вод – снижение концентрации взвешенных веществ (ВВ). В составе этих частиц, таких как выносимый ил или биопленка, содержатся органические вещества, азот, фосфор и сорбированные соединения, включая металлы. Уменьшение ВВ также способствует снижению других загрязняющих показателей, поэтому приоритетной задачей является удаление взвешенных частиц.

Наиболее распространённый метод доочистки от ВВ – это фильтрование. Конструкции фильтров бывают различными, и одним из самых распространённых типов являются зернистые (или засыпные) фильтры. Они работают по принципу пропускания воды через слой загрузки, где частицы ВВ задерживаются и удаляются при промывке фильтра, а очищенная вода направляется на последующие этапы или сброс. Обычно в качестве загрузки используется кварцевый песок, хотя возможны и другие варианты, такие как антрацит. Фильтры могут быть как напорными, так и безнапорными (основанными на гидростатическом давлении). Зернистые фильтры просты в эксплуатации и надёжны, но при недостаточной промывке существует риск вторичного загрязнения воды. На практике такие фильтры позволяют достичь концентрации ВВ до 5 мг/л, а при низкой нагрузке – до 3 мг/л.

Однако фильтры с непрерывной промывкой часто работают неэффективно, поэтому предпочтение отдается оборудованию с обратной водной или водовоздушной промывкой.

Вторая большая группа фильтров – это механические фильтры (дисковые, сетчатые, пружинные). Они широко представлены на рынке и обеспечивают очистку до уровня ПДК для рыбохозяйственных водных объектов (ПДКрх). Эффективность их работы зависит от размера пор фильтрующего элемента, который варьируется от 10 до 100 (иногда до 200) мкм. Некоторые модели с размером пор 5 мкм относятся к технологиям микрофильтрации. Эти фильтры позволяют снизить концентрацию ВВ до 5 мг/л, а при низкой нагрузке – до 3 мг/л, хотя для достижения таких показателей часто требуется уменьшить размер пор до менее 10 мкм.

Механические фильтры работают как под напором, так и при гидростатическом давлении. Их преимущества – компактность, простота эксплуатации, низкий риск вторичного загрязнения и высокая эффективность задержания взвесей. Недостатками являются высокий риск засорения фильтрующих элементов, частая необходимость промывки при малом размере пор и высокой нагрузке.

Для повышения эффективности фильтров любого типа можно добавлять коагулянты и флокулянты в поступающую воду.

Альтернативой фильтрации является флотация. Правильно функционирующие флотаторы позволяют снизить концентрацию ВВ до менее 3 мг/л, одновременно удаляя и другие загрязняющие вещества, такие как металлы, поверхностно-активные вещества и органические соединения.

Мембранные технологии и ионный обмен

Использование мембранных биореакторов позволяет значительно уменьшить объёмы биологических очистных сооружений и исключить вторичные отстойники и фильтры, поскольку биомасса отделяется посредством мембранного разделения. Это даёт возможность достигать содержания взвешенных веществ (ВВ) на выходе в пределах 1–3 мг/л и ниже, одновременно удаляя ХПК, азот и фосфор, содержащиеся во взвеси. Технологии микрофильтрации (0,1–10 мкм) и ультрафильтрации (0,01–0,1 мкм) эффективно удаляют взвешенные частицы, коллоиды, бактерии и вирусы. Однако мембранные установки требуют тщательного ухода в процессе эксплуатации.

Селективные мембраны, нанофильтрация и обратный осмос позволяют удалять специфические соединения и уменьшать содержание солей. Использование таких технологий требует технико-экономического обоснования, особенно на малых очистных сооружениях, из-за высокой стоимости очистки.

Методы ионного обмена применяются для удаления специфических загрязнителей, таких как ионы металлов, фенолы, поверхностно-активные вещества (АПАВ), цианиды, а также для снижения солесодержания. Важно предусматривать предварительное фильтрование перед ионообменными установками, чтобы избежать их засорения. Для снижения содержания солей могут также потребоваться технологии обратного осмоса или ионного обмена.

Сорбция

Сорбционные методы доочистки широко применяются, особенно для производственных сточных вод. Фильтры с активированным углем являются одним из самых популярных решений, поскольку они просты в эксплуатации и дают значительный эффект, но требуют периодической замены загрузки и могут вызывать вторичное загрязнение. Угольные фильтры помогают снизить содержание ХПК, БПК, железа, других металлов, нефтепродуктов и ПАВ. Также они задерживают ВВ, если те не были удалены ранее, поэтому часто применяются двухступенчатые схемы: сначала механический фильтр, затем угольный.

Эффективность угольных фильтров зависит от сорбционной ёмкости (в том числе остаточной), нагрузки на фильтры и правильности их проектирования. При правильном подходе можно достичь нормативных показателей по органическим веществам, металлам и нефтепродуктам.

Окислители

Применение окислителей позволяет проводить глубокую доочистку сточных вод, снижая содержание ХПК, азота, железа, других металлов, а также поверхностно-активных веществ (ПАВ) и других окисляемых соединений. Основной эффект достигается за счёт удаления трудноокисляемых органических соединений (по ХПК). Среди распространённых реагентов можно выделить хлор, гипохлорит, озон, перманганат и перекись водорода. Наиболее мощным и эффективным окислителем является озон, однако его применение требует установки озонаторов, что связано с дополнительными финансовыми и организационными затратами.

Наиболее простое и доступное решение – это дозирование гипохлорита, который поставляется в готовом виде и обладает высокой окислительной способностью для удаления аммония, железа и ХПК. Узел с окислителем состоит из ёмкости и насос-дозатора, что делает его легко интегрируемым в существующие схемы при условии правильного смешения реагента с водой. При правильно подобранной дозировке и умеренных нагрузках можно достичь ПДК по ХПК, азоту и железу. После использования окислителей рекомендуется применять фильтры или отстаивание для удаления образовавшихся осадков и взвесей.

Биологические методы

Биофильтры и биореакторы для доочистки сточных вод давно используются. Их работа аналогична сооружениям биологической очистки, однако на более низких нагрузках, что способствует формированию биоценозов – сообществ микроорганизмов, которые разлагают загрязнения. Биозагрузки являются основой этих сооружений и могут быть как с аэрацией, так и без неё, с плавающей или блочной структурой. Время нахождения воды в биореакторе колеблется от 1 до 4 часов, в зависимости от требуемого уровня очистки и нагрузки.

Несмотря на их эффективность, биореакторы не могут стабильно удерживать ВВ, поэтому после них рекомендуется устанавливать фильтры для удаления биоплёнки. Правильно настроенный биореактор эффективно удаляет остаточные органические соединения по ХПК и БПК, обеспечивает глубокую нитрификацию (удаление аммония и нитритов) и способствует окислению железа и ПАВ.

Совершенствование сооружений доочистки

Хотя перечисленные методы доочистки сами по себе достаточно эффективны, на практике часто требуется их комбинация для достижения высокого качества очистки и соответствия нормативам. Наиболее распространённые комбинированные решения включают:

• Биореактор + механический фильтр: комплексное удаление биологически окисляемых соединений с последующим фильтрованием и удалением ВВ.
• Механический фильтр + угольный фильтр: удаление крупных механических взвесей с последующей сорбцией сложных соединений, таких как ХПК и металлы.

Эти решения можно усовершенствовать:

• Биореактор + окислитель + механический фильтр: дополнительное удаление трудноокисляемых соединений (ХПК) с дозированием гипохлорита для предотвращения бактериального заиливания механических фильтров.
• Биореактор [и/или окислитель] + механический фильтр + угольный фильтр: биологическое (или реагентное) окисление снижает нагрузку на угольные фильтры по удалению трудноокисляемых соединений, с дополнительной профилактикой путём дозирования гипохлорита.

Выбор схемы доочистки зависит от состава очищаемых сточных вод и требований к сбросу. Перед модернизацией существующих схем полезно провести пилотные испытания для определения оптимальной технологической схемы.

Результаты пилотных испытаний

Биореактор для доочистки

Для оценки эффективности биологических методов доочистки были проведены пилотные испытания на действующих очистных сооружениях. Биологически очищенные сточные воды подавались в четыре экспериментальных биореактора, оснащённых блочной биозагрузкой с аэрацией. В ходе испытаний оценивался состав сточных вод на входе и выходе из биореакторов, а также прирост биоплёнки.

Результаты испытаний показали, что на каждой биозагрузке сформировался устойчивый слой биоплёнки. Однако прирост биомассы был меньше по сравнению с основной стадией биологической очистки, что объясняется низкой концентрацией органических веществ и азота в сточных водах. Продолжительность очистки в биореакторах составляла 1–2 часа.

Выводы по биологической доочистке:

• Биореакторы эффективно снижают значения ХПК и аммония.
• Высокая эффективность достигается при более высоких концентрациях ХПК на входе, однако при этом существует риск превышения ПДК.
• Концентрация аммоний-иона снижается до значений ниже ПДК при исходных концентрациях 0,62–0,65 мг/л. При низких концентрациях аммоний-иона изменений практически не происходит.
• Концентрация общего железа снижается незначительно (с 0,22 до 0,15–0,17 мг/л), оставаясь выше ПДК (0,1 мг/л).

На основании испытаний была определена оптимальная биозагрузка, и даны рекомендации по её применению на конкретных очистных сооружениях.

Окислители для доочистки

Для оценки эффективности применения окислителей проводились испытания с дозированием гипохлорита натрия. Пробы воды после биологической очистки обрабатывались раствором гипохлорита натрия с разными дозами (0,1%-ный раствор) и отстаивались 10–15 минут для завершения реакции окисления и осаждения взвесей. Далее проводился анализ осветлённого слоя воды.

Результаты испытаний показали, что при дозе хлора 7–10 мг/л значительно снижаются показатели ХПК, аммоний-иона и общего железа. Расход 19%-ного раствора гипохлорита при такой дозе составляет 0,021–0,053 л/м³. Для дозирования гипохлорита натрия можно использовать готовый раствор, который подаётся с помощью тары и насос-дозатора.

Эти результаты показали эффективность применения окислителей для доочистки сточных вод, особенно в отношении ХПК, аммоний-иона и железа.

Выводы

Подбор технологической схемы доочистки зависит от поставленных целей, то есть от необходимости снижения конкретных показателей и требуемого уровня эффективности. Основным направлением доочистки является механическое фильтрование (например, с использованием зернистых или дисковых фильтров), которое эффективно удаляет взвешенные вещества, а вместе с ними и органические соединения, азот, фосфор и другие сорбированные загрязнения.

Дополнительно, для удаления специфических загрязнителей, таких как металлы, азотные соединения, фосфор и поверхностно-активные вещества (ПАВ), необходимо применять комбинированные решения. Биологические методы доочистки в сочетании с механическим фильтрованием позволяют устранить сбои в работе основных биологических сооружений, особенно в случаях трансформации азота во вторичных отстойниках.

Модернизация и совершенствование систем доочистки повышает общую эффективность работы очистных сооружений на завершающих стадиях, что особенно важно для комплексного подхода к очистке сточных вод. Выбор технологии доочистки должен основываться на технико-экономическом обосновании и предварительных испытаниях на конкретных объектах. Это позволяет снизить экологические и экономические риски для предприятия.

Возможно, Вы искали: Достижение ПДК на очистных сооружениях, очистные сооружения ПДК, превышение ПДК сточных вод, малоэффективные технологии очистки воды, нормы сброса сточных вод, методы доочистки сточных вод, механическое фильтрование в очистке, биологическая доочистка сточных вод, проблемы очистных сооружений, вторичное загрязнение сточных вод, окислители для доочистки, гипохлорит натрия для очистки воды, биореактор для доочистки, нитрификация в очистных сооружениях, фильтры для удаления взвешенных веществ, комбинированные методы очистки воды, эксплуатация очистных сооружений, корректировка режимов очистки, технологический аудит очистных сооружений, проблемы трансформации азота в сточных водах...