А.И. Демков Седиментационный анализ очистки воды

1
А.И. Демков
Седиментационный анализ очистки воды
В данной статье приводится теоретические основы расчета отстойников и
современные тенденции в конструирования данных аппаратов. Приведены примеры различных
реализованных экологических программ.
Академик Б. Патон, защищая науку от национализма, приводит существенный аргумент
об интернациональности науки: таблица Д.И. Менделеева не может быть украинской,
казахской, русской – она принадлежит всем... Это важно для развития общества в целом, и
устраивать заборы в науке по национальному признаку: чья продукция, чьи изобретения, чьи
статьи, чьи сертификаты, в какой стране произошла защита диссертации и т. д не есть признак
Разума и хорошего поведения. Мы должны интегрироваться в науке на сильных мировых
технических языках, таких как русский, немецкий, английский, французский. Поэтому, на
постсоветском пространстве должен быть интернациональным языком русский. Перейти с
русского на английский довольно легко: имеется большой политехнический словарь на 200 000
слов и выражений. Развить другие национальные языки на такой уровень не возможно, т. к. для
этого надо иметь эксклюзивную национальную научную базу, а в настоящем финансирование
на науку идет в доли процента от затратной части госбюджета.
«О чем это я?» - спросите Вы. Все в этом мире тесно взаимосвязано. Не могут быть
стандарты национальные лучше общепризнанных интернациональных, только по признаку, что
мои национальные стандарты (например, в области экологии) более строгие, чем скажем в
соседней стране или у ВОЗ. К чему это может привести? Неоправданно завышение стандартов
в области экологии может привести к обратному эффекту. Для того, чтобы построить дешевые
очистные сооружения – будут строиться более дорогие по стоимости и себестоимости
эксплуатации. Это ляжет бременем на госбюджет и благосостояние населения. Те очистные
сооружения, которые можно было бы спроектировать и построить на реальных условиях –
чиновники из Минрыбхоза, Минприроды не дадут: нормы не позволяют их согласовать В
результате, очистить промышленный сток на разумную стоимость проекта не могут, и
загрязнение водной среды неочищенными стоками годами продолжается. Где логика? Кому это
выгодно?
Перейдем к примерам. На р. Нева и ее притоках (например, р. Большая Охта) можно
наблюдать, как на поверхности плавают нефтепродукты. Причем это не меняется к лучшему с
годами. Можно эту проблему решить? Да, но денег на это нет... Экопортал писал о том, что в
Феодосии неочищенные бытовые стоки сбрасываются на берег Черного моря без всякой
очистки. Ситуация отличается лишь географически... Для решения в инженерном плане этих
проблем и посвящается данная статья. В ней будут рассмотрены важные проблемы
конструирования отстойников – основном элементе технологической схемы.
Седиментационный анализ очищаемых стоков
Классические очистные сооружения в технологической схеме обязательно ставят
первым технологический элемент - отстойник. Перед отстойником, при очень загрязненности
стоков, могут добавляться такие элементы как гребенка и песколовка. Это мы наблюдаем в
технологических схемах при очистки бытовых стоков городов.
Для того, чтобы понять физическую сущность процессов, происходящих в них,
рассмотрим теорию седиментации (отстоя) при очистки загрязненных стоков. При дефиците в
настоящем времени технической литературы это будет не лишним занятием.
Седиментация – наиболее простой способ выделения из сточных вод грубодисперсных
примесей, которые под действием гравитационной силы оседает на дне отстойника или
всплывают на ее поверхность. Кинетика осаждения полидисперсной взвеси представлена нами
на рис. 1. Если в прозрачный цилиндр налить полидисперсную смесь, то процесс осветления
будет происходить следующим образом. Через некоторый промежуток времени образуются
2
шесть качественно отличающихся слоев: 1 – очищаемая вода; 2,3 – слои сгущенной
суспензии взвешенных веществ (ВВ) и нефтепродукта (или других легких жидких фракций);
4,5 – слои пленочного нефтепродукта и осадка; 6 – слой осветленной воды. Во времени эти
слои будут или увеличиваться или уменьшатся, как показано на рис. 1. В конечном времени
отстоя останутся три слоя: 4 – пленочный нефтепродукт, 6 – осветленная вода, 5 – осадок, т.е.
когда исчезнут свободное 1 и стесненное 2,3 осаждение. На рис.1 показан уровень возможного
отбора очищенной воды, если это происходило бы на реальном отстойнике.
Влияние
различных факторов на работу статических и динамических отстойников, в основном,
определяют экспериментально, причем все эксперименты проводят в состоянии покоя
сточных вод. Первые такого рода работы проведены Штейенрангелем и потом П. С. Беловым,
которые установили закономерность, что в течение 5 мин процесс отстаивания идет
интенсивно, а затем замедляется [1]. С. М. Шифриным были проведены исследования по
осаждению взвешенных веществ в цилиндрах диаметром 76 мм и высотой от 300 до 2500 мм
[2,3]. Была получена формула для определения эффекта осветления сточных вод от различных
факторов:
а
в
б
г
4
3
6
1
д
4
Уровень отбора
очищенной воды
1
6
2
5
5
Время
Рис. 1. Кинетика процесса седиментации во времени:
полидисперсной нефтесодержащей взвеси: а, б, в, г, д – позиция
lg
.седиментации
kt
 lg( 1  Э)  А  В lg u0 ,
k0
где kt – концентрация взвешенных веществ после отстаивания сточных вод в течение времени
t; k0 – концентрация взвешенных веществ в исходной сточной воде; Э – эффект осветления
сточной воды; u0 = h/t; h – высота слоя сточной воды; А′ = 1,75-5,75·10- 4 ·k0 и В′= 0,21, из
которой следует, что эффект осветления сточных вод зависит от гидравлической крупности и
начальной концентрации и не зависит от высоты столба сточной жидкости.
При равномерном движении скорость U сферической частицы диаметром d более
0,1 мм описывается уравнением Стокса:
U
d 2 (   0 ) g
,
18
3
- ускорение силы тяжести; μ -
где ρ - плотность частицы, ρ0 - плотность жидкости; g
динамическая вязкость.
Данное уравнение получено из условий осаждения одиночной частицы в безграничном
пространстве в статически неподвижной системе, поэтому достоверность полученных
результатов зачастую требует поправки. Так, в случае, если силы вязкости превышают силы
инерции или они близки по своим значениям, уравнение Стокса позволяет получить
приемлемые результаты. Если это условие нарушается, то наблюдается отклонение
расчетных данных от фактических 4.
Таблица 1. Скорость осаждения кварцевых частиц в воде при t =20˚С
Диаметр Число
Скорость осаждения по данным различных авторов, мм/с
частиц
Re
Стокса
Алена
Ретингера Уравнение Фоменко Фактически
d, мм
Re2φ
0,156
2,64
21,8
26,1
88,2
19,9
15,3
17,0
0,234
6,80
49,2
39,1
108,1
38,6
27,1
29,0
0,315
9,75
89,2
52,7
125,4
55,5
35,3
31,0
0,41
16,80
68,6
143,0
68,3
44,5
41,0
151,1
При осаждении частиц возникают множество физических явлений. В соответствии с
классификацией различают термодинамические и кинетические факторы агрегативной
устойчивости дисперсных систем. Так как движущей силой коагуляции является избыточная
поверхностная энергия, то основными факторами, обеспечивающими устойчивость
дисперсных систем (при сохранении размера поверхности), будут те, которые снижают
поверхностное натяжение. Эти факторы относят к термодинамическим. Они уменьшают
вероятность эффективных соударений между частицами, создают потенциальные барьеры,
замедляющие или даже исключающие процесс коагуляции. Чем меньше поверхностное
натяжение, тем ближе система к термодинамически устойчивой. Однако это совсем не
значит, что в агрегативно - неустойчивой системе с уменьшением поверхностного натяжения
обязательно снижается скорость коагуляции, так как последняя зависит, кроме того, и от
кинетических факторов.
Кинетические факторы, снижающие скорость коагуляции, связаны, в основном, с
гидродинамическими свойствами среды: с замедлением сближения частиц, вытекания и
разрушения прослоек среды между ними.
Осаждаясь частицы влияют друг на друга, вызывая в одном случае ускорение, в
другом – замедление.Поэтому при расчетах вводятся поправки на концентрацию. Так, А.
Энштейн предложил для этого случая следующую формулу для стесненной скорости
осаждения Uст при концентрации взвеси С:
U ñò
0.5

C  
 U 1  2.6    K ýU ,

   
Поправка Энштейна Кэ зависит от концентрации взвеси С, так для гидроокиси
алюминия при С = 0,05 г/л - Кэ = 0,981, для С= 50 г/л - Кэ = 0,42.
При осаждении двух сфер, расположенных одна над другой, согласно теоретическим
исследованиям М. Смолуховского, наблюдается ускоренное осаждение. В этом случае
отмечается увеличение скорости осаждения второго тела. Из исследований это увеличение
может быть до 35%.
На твердой частице, погруженной в воду образуется тонкий им мобилизационный слой
жидкости толщина которого колеблется от 0,03 мкм до 0,4 мкм, а в среднем составляет 0,15
мкм. Этот фактор является важным для осаждения частиц менее 10 мкм, т. к. плотность
агрегированной частицы существенно меняется: например, для кварцевой частицы – так эта
плотность для частицы в 0,1 мкм уменьшается в 63, 5 раза и частица становиться близкой к
сединентационно – устойчивой системы.
Для динамических отстойников важным фактором для осаждения частиц имеет
4
турбулентность очищаемых стоков. Особенно существенно это наблюдается при подачи
сточных вод в отстойник (1-я зона), когда надо распределить воду по всему живому сечению,
а также и в месте выхода очищенных вод из отстойника (3-я зона). Поэтому гидравлика
осаждения в этих зонах не рассматривается. Выбираем только рабочую, вторую зону. По
рекомендации П.И. Пискунова, влияние турбулентности в этой зоне будет определяться из
уравнения:
V
H 0.2
где Vz – взвешивающая составляющая скорости потока; V - скорость потока; n коэффициент шероховатости стен и днища; H - глубина потока.
Другие исследователи предлагают аналогичную формулу
kV x
V z  y
H
(1)
Vz  4 n
где k - коэффициент пропорциональности, V - скорость движения потока в отстойнике; Н глубина потока; x и y - эмпирические коэффициенты.
По данным М.А. Великанова, А.И. Гостунского, В.Г. Глушкова, Д.Я. Соколова, С.Ф.
Савельева и других, значение этих коэффициентов колеблются в пределах: k = 0,05 - 1,5; х =
0,75 – 1; y = 0,2 - 0,5.
1 
 1

В приближенном виде значение V z составит    V, а наименьшее, согласно
 25 35 
СНиП I I-31-74, следует принимать не ниже 1/3 скорости осаждения частицы U.
По данным А. И. Жукова при малых скоростях потока (до 10 мм/с) влияние Vz будет
настолько мало, что им можно пренебречь. Кроме того, также можно не учитывать и фактор
высоты потока. Формула (1) справедлива при скоростях V = (0,2 - 0,7) м/с, в то время как в
горизонтальных отстойниках скорости много меньше (примерно 0,01 м/с). Поэтому для
определения добавочного сопротивления рекомендуется
пользоваться графиком,
представленным на рис. 2.1.
Рис. 2 - График зависимости
вертикальной составляющей скорости
потока w от скорости потока v в
отстойнике.
Горизонтальная средняя скорость Vср
движения воды в отстойнике:
Vср = Q/BH
При определении необходимой площади
отстаивания (F) рекомендуется ряд эмпирических уравнений, устанавливающих взаимосвязь
площади с нагрузкой:
F = KQ
где К - коэффициент, рекомендуемый для промышленных стоков (0,5 – 4) и бытовых – (2 3,5); Q - расход.
Для горизонтальных прямоугольных отстойников имеются рекомендации, касающиеся
их конструктивных и технологических параметров. Конструктивные размеры рекомендуют
принимать следующими: глубина рабочей части Н = 1,5  4 м; ширина – 2Н 5Н м; длина – 8Н
 20Н 17. При отстаивании сточных вод, содержащих медленно оседающие взвеси
5
(например, органические), расчетную глубину отстаивания следует принимать минимальную
– 1,5 и даже 1,2 м. Днище отстойника устраивают с продольным уклоном не менее 0,005
против движения воды, в сторону илового приямка. Наклон стенок илового приямка к
горизонту следует принимать не менее 50. Горизонтальная скорость движения воды в
отстойнике не должна превышать 12 мм/с, а при отстаивания органических взвесей она не
должна превышать 1,52 мм/с. Охватывающая скорость осаждения органического шлама
редко превышает 0,5 мм/с, а часто находится в пределах 0,05  0,2 мм/с. Если основная масса
взвешенных веществ состоит из хлопьев гидратов окислов железа, алюминия и других,
образующихся при нейтрализации либо коагулирования сточных вод, то охватывающая
скорость осаждения может быть принята, при отсутствии опытных данных, равной 0,4  0,6
мм/с, а горизонтальная скорость движения воды – 3  5 мм/с 17.
Проведенные исследования во ВНИИ ВОДГЭО показали, что при очистке сточных вод
от нефтепродуктов, целесообразно выделять нефтяные частицы гидравлической крупностью
0,7 мм/с и более, т.е. фракционный состав капелек нефти 80 – 100 мкм [17, стр. 72]. Средняя
скорость горизонтального движения воды в нефтеловушки Uср обычно принимается в
пределах 4  6 мм/с, степень задержания нефтепродуктов при этом составляет соответственно
70 – 60%. Рекомендованная гидравлическая нагрузка нефтеловушки до 4 м3/м2 в 1ч [21].
По длине горизонтального отстойника можно выявлять три зоны, рис. 3: 1) зону входа в
отстойник; 2) зону плавного течения и 3) зону выхода из отстойника.
Первая зона простирается от струенаправляющей стенки до точки a , где поток
занимает все живое сечение отстойника.
Вторая зона простирается от точки a до точки а , где поток начинает сужаться.
Третья зона занимает пространство от точки а до выходного отверстия (в стенке) из
отстойника. Скорости движения частиц в каждой зоне рассчитывают исходя из
гидродинамических особенностей потока в данной зоне.
Длина участка, на котором будет происходить наиболее неравномерное распределение
скорости по глубине потока, зависит от таких факторов, как конструкция
водораспределительных и водосборных устройств, глубина отстойника, его длина, начальной
скорости движения воды при входе в отстойник и др.
а
б
Рис..3. - Расчетная схема движения воды в нефтеловушке:
а – по А. И. Жукову, б – по С. М. Шифрину
Аргументы для применения тонкослойного отстаивания, физический смысл заключается
в уменьшении высоты потока при сохранении той же скорости его движения. Таким образом,
речь идет о рабочей зоне отстойника и физической целесообразности разделить поток в
вертикальной плоскости на составляющие – тонкослойные элементы.
«Как показали исследования, в движущемся двухфазном потоке, представленном
неустойчивой системой, осаждение взвеси протекает не в виде отдельных частиц, а в виде их
облака. При этом в начальный период отстаивания интенсивное перемещение облака в
нижний слой потока вызывает перераспределение скоростей, что приводит к образованию
слоев различной плотности. Так, в нижней части потока формируется зона с повышенными
скоростью и содержанием твердой фазы. В этой зоне, в отличие от всего потока, в силу вы-
6
сокой концентрации частиц возникает стесненное осаждение, в результате чего время
отстаивания затягивается и придонный слой сохраняется по всей длине, вызывая тем самым
вынос взвеси из сооружения. В верхних слоях потока возникает обширная область
осветленной воды в виде крупномасштабного вальца, двигающаяся в противоположном
направлении. При этом, чем выше начальная концентрация взвеси, меньше скорость
жидкости и более глубокое сооружение, тем интенсивнее деформируется поток.
Гидродинамическое взаимодействие частиц с жидкостью необходимо рассматривать
потому, что оно предопределяет сопротивление падающих частиц, перенос частицами
жидкости и лежит в основе процессов разделения суспензии.
С позиции теории пограничного слоя неразрывно связано возникновение возвратного
течения вблизи стенки, что влечет за собой вынос жидкости из пограничного слоя во внешнее
течение (дорожка Кармана). В этом случае (Re = 600 - 5000) образуются вихри, которые
отрываются от тела и уносятся течением вниз.
Спутные течения за телами при Re < l описаны уравнениями Навье-Стокса, а перенос
вихрей - уравнениями В. Р. Иенса. Однако за движущимися телами, кроме вихревых зон,
образуются значительные слои потенциального течения, представляющие наибольший
интерес при оценке процесса разделения суспензии и переноса ею количества движения» [4].
Было установлено, что наличие взвеси в безнапорных потоках приводит к
перераспределению скоростей по их сечению и к созданию придонных и поверхностных
течений.
«Донные течения представляют собой мутный поток, имеющий большую плотность, чем
вода. Опускаясь в нижние слои, он движется с большей скоростью по направлению к выходу
из сооружения.
Особенностью донных течений является то, что они способны уносить
частицы d< 120 ÷ 20 мкм на большие расстояния. Экспериментальные исследования донного
потока показали, что по концентрации твердых примесей он неоднороден и по направлению
движения его можно разбить на две части: нижнюю и верхнюю. Нижняя часть потока
движется по направлению к выходу и содержит в себе более 95% твердой фазы с высотой, Н,
0,3 - 0,4 м. В этой части потока скорость изменяется по вертикали, увеличиваясь по мере
удаления от дна и далее снова уменьшаясь. При этом максимум скорости располагается на
глубине 0,7—0,8 Н. Верхняя часть потока, т. е. слой чистой воды, представляет собой поток, в
котором во всех случаях образуются поверхностные течения. Ряд исследователей показали,
что образование донных потоков соответствует минимальной концентрации взвеси 0,5 г/л для
некоагулируемой и 0,05 г/л для агрессирующей взвеси. Расход жидкости в придонном слое
зависит, прежде всего, от дисперсности оседающих частиц, и достигает максимума в интервале чисел Рейнольдса l < R < 5.
На основании изложенного механизм образования придонного течения можно
представить следующим образом. Спутные течения, образованные падающими частицами,
имеют определенную кинетическую энергию и, опускаясь в придонную область, увеличивают
в ней скорость движения. Часть энергии спутных течений диспергируется, а оставшаяся
способствует движению в направлении наименьшего сопротивления. Осевшая взвесь, при
своем движении перемещает жидкость из верхних слоев в нижние, прижимает поток к днищу,
увеличивая тем самым его транспортирующую способность и образуя циркуляционные токи,
которые в свою очередь приводят к обратному движению чистой воды в верхних слоях
осадочных бассейнов. Величина донных и обратных течений в них находится в прямой
зависимости от концентрации взвешенных веществ и общей высоты потока» [4].
Создание ламинарного режима в обычных нефтеловушках представляет сложную
проблему. Чем больше высота отстойника, тем больше времени для всплытия частицы на
поверхность воды. А это, в свою очередь, связано с увеличением длины отстойника,
возрастает стоимость отстойников. Несмотря на простоту прямоугольных отстойников
интенсифицировать их работу довольно сложно, т.к. с увеличением размеров отстойников их
гидродинамические характеристики ухудшаются. Проблема была решена на основании идеи
тонкослойного отстаивания в тонком слое, известная по работам Хазена, и затем
экспирементально подтверждена Н. Фишерстромом, И. Добряковым, Р. Кэмпом, В. Радзигом
[4].
7
Такое положение привело к разработке и созданию тонкослойных отстойников [19 - 31].
По конструкции их можно разделить на пластинчатые и, реже, трубчатые.
Рис.4. - Конструкции отстойников с пластинчатыми и трубчатыми тонкослойными
элементами 17.
На наш взгляд более перспективны первые. Пластинчатые отстойники состоят из ряда
параллельных пластин, между которыми движется вода. В зависимости от направления
движения воды и движения выпадающего (всплывающего) осадка отстойники делятся: на
прямоточные, в которых направление движения воды и осадка совпадают; противоточные, в
которых вода и осадок движутся навстречу друг другу; перекрестные, в которых вода
движется перпендикулярно к направлению осадка. На рис. 5 [5] представлен график по
результатам испытания отстойников с расстоянием между пластинами h = 12  100мм.
Сточную воду, содержащую 450 мг/ дм3 взвеси, обрабатывали сернокислым алюминием (100
мг/дм3) с добавкой 0,5 мг/ дм3 полиакриламида
Рис.
5.
График
зависимости
эффективности седиментации воды в
пластинчатом отстойнике от его длины и
расстояния между пластинами
Скорость движения воды в отстойнике
составляла 10 м/ч, время пребывания ее (при
длине отстойника 2,5м) около 15 мин.
Для глубокой очистки воды от
нефтепродуктов во Франции 31 применены
нефтеловушки,
выполненные
в
виде
тонкослойных элементов из гофрированного стеклопластика, с расстоянием между полками
19 мм, установленными под углом 45. При габарите установки 1х1х1,75 (м) ее
производительность доведена до 20 м3/ч, остаточное содержание нефти не превысило
30 мг/дм3.
Преимущество тонкослойных отстойников заключается в их эффективности, т. к.
гидравлическая нагрузка возросла до 10 м3/м2·ч [5], экономичности вследствие небольшого
строительного объема, возможности использования пластмасс для тонкослойных элементов.
Однако, к недостаткам его следует отнести. В производственной деятельности редко
используются тонкослойных элементов в отстойниках. Возможно, это связано с удорожанием
строительства и эксплуатационных затрат на обслуживание.
Различают следующие термодинамические и кинетические факторы устойчивости
дисперсных систем [5]: электростатический, адсорбционно-сольватный, энтропийный,
структурно-механический, гидродинамический, смешанные факторы.
8
Над проблемами эффективности отстаивания сточных вод работали Демура М.В.,
Жуков А.И., Калуцин В.И., Карпинский Ю.И., Карелин Я.Г. , Роев Г.А., Мангайт И.Л, Ласков
Ю.М., Воронов Ю.В., Пантелят Г.С., Шифрин С. М., Яковлев С.В. и многие другие. [6-19].
В технологии очистки воды седиментацией применяются различные устройства для
осветления воды: песколовки, гидроциклоны, усреднители, отстойники (прямоугольные,
круглые).
Динамические отстойники
Динамические отстойники от статических отличаются тем, что примеси, находящиеся в
воде, выделяются при движении очищаемых стоков.
«Тонкослойные отстойники, имеющие глубину 0,2 - 0,3 м, применяются для осветления
слабоконцентрированных производственных сточных вод. Конструктивно они оформлены в
виде резервуаров с полочными или трубчатыми вставками (дренами), расположенными под
углом, обеспечивающим естественное сползание осадка к шламосборнику. Технологический
расчет таких отстойников производится аналогично расчету горизонтальных отстойников»
[12]
В основу работы отстойников –
нефтелолвушек
положен
слабо
выраженный турбулентный режим (Re =
6000 - 8000) Экспериментальные данные
показали, что эффект осветления зависит
от числа Рейнольда: при увеличении
турбулентности эффект осветления падает,
см. рис.6:
Рис. 6. -График зависимости эффекта осветления Эф от числа Рейнольдса Re и угла
наклона отстойника р (градус) [1]:
/ — 5; //—10; ///—15; IV— 10 (статический отстой)
 наилучший эффект осветления получается при минимальном числе Рейнольдса;
 при увеличении числа Рейнольдса с 500 до 2000 эффект осветления (очистки)
нефтесодержащей воды снижается, но не очень заметно;
 с переходом режима очистки в турбулентную область эффект очистки резко
снижается;
 чем выше число Рейнольдса (в турбулентной области), тем резче ухудшается
процесс отделения нефтяных частиц;
 с увеличением числа Рейнольдса увеличивается длина отстойника.
Основной вывод из проведенных исследований заключается в том, что теория лучшей
коалесценции нефтяных частиц при малой турбу-лизации потока не подтвердилась. Поэтому в
существующих нефтеловушках необходимо добиваться уменьшения числа Рейнольдса до
достижения ламинарного режима течения. Для некруглых труб число Рейнольдса можно
определить по формуле:
vñðd Q4 R 4QF 4Q
Re 




F
F 
где уср - средняя скорость потока по сечению; d - диаметр трубы; μ - кинематическая вязкость;
Q - расход жидкости через поперечное сечение сооружения; R - гидравлический радиус; F площадь поперечного сечения потока жидкости в сооружении; χ - периметр смачивания потока
жидкости в сооружении.
9
«Из формулы следует, что для уменьшения число Рейнольдса необходимо сократить
расход жидкости Q или увеличить периметр смачивания %, оставив постоянными параметры
жидкости. Сократить расход жидкости через нефтеловушку при постоянном расходе сточных
вод на производстве - значит увеличить число нефтеловушек. При снижении числа
Рейнольдса с 8000 до 2000 необходимо вместо одной нефтеловушки установить четыре.
Такое увеличение капитальных вложений и занятие дополнительных площадей, очевидно,
нецелесообразно. Для увеличения смоченного периметра можно установить тонкие
горизонтальные или вертикальные перегородки, однако в эксплуатации такие сложные конструкции не нашли широкого применения (выделено мной)». [1]
Таким образом, Г.А. Роев приходит к выводу, что для увеличения эффективности
очистки необходимо увеличить смоченный периметр с установкой горизонтальных или
вертикальных перегородок.
Надо отметить, что на практике чаще всего применяются противоточные
тонкослойные элементы. Мне это было не совсем понятно в 80-х годах, не понятно и сейчас.
Свои сомнения в целесообразности такого решения я задал при личной встрече Г.А. Роеву, на
что он ответил, что эта конструкция оптимальна для отстойников, оборудованных донными
скребковыми механизмами.... С теории оптимизации процесса седиментации резкое
изменение направление потока очищаемых стоков в динамическом отстойнике приведет к
турбулентности, а, следовательно, к уменьшению эффективности отстаивания. Таким
образом, я вижу в этом проблему применения тонкослойного отстаивания прямоточного,
противоточного типа для динамического отстойника, хотя это противоречит общественному
техническому мнению.
К этой проблемы науки мы еще вернемся. Теперь необходимо оценить, а что говорит
на эту тему СНиП 2.04.03-85 «КАНАЛИЗАЦИЯ. НАРУЖНЫЕ СЕТИ И
СООРУЖЕНИЯ».
«6.57. Тип отстойника (вертикальный, радиальный, с вращающимся сборнораспределительным устройством, горизонтальный, двухъярусный и др.) необходимо выбирать
с учетом принятой технологической схемы очистки сточных вод и обработки их осадка,
производительности сооружений, очередности строительства, числа эксплуатируемых единиц,
конфигурации и рельефа площадки, геологических условий, уровня грунтовых вод и т. п.
6.58. Число отстойников следует принимать: первичных - не менее двух, вторичных - не
менее трех при условии, что все отстойники являются рабочими. При минимальном числе их
расчетный объем необходимо увеличивать в 1,2-1,3 раза
6.61. Основные расчетные параметры отстойников надлежит определять по табл. 31.
Т а б л и ц а 31
Коэффициент
использования
объема Кset
Горизонтальный
0,5
Радиальный
0,45
Вертикальный
0,35
С
вращающимся
сборно0,85
распределительным устройством
С
нисходяще-восходящим
0,65
потоком
С тонкослойными блоками:
0,5-0,7
противоточная
(прямоточная)
схема работы
перекрестная схема работы
0,8
Отстойник
Рабочая
Скорость
Уклон днища
Ширина Bset,
глубина части
рабочего потока
к иловому
м
Hset, м
vw, мм/с
приямку
1,5-4
2Hset - 5Hset
5-10
0,005-0,05
1,5-5
5-10
0,005-0,05
2,7-3,8
0,8-1,2
0,05
2,7-3,8
-
2uo - 3uo
-
0,025-0,2
2-6
-
-
0,025-0,2
1,5
-
0,005
П р и м е ч а н и я : 1. Коэффициент Кset определяет гидравлическую эффективность отстойника и зависит от
конструкции водораспределительных и водосборных устройств; указывается организацией-разработчиком.
2. Величину турбулентной составляющей vtb, мм/с, в зависимости от скорости рабочего потока vw, мм/с,
надлежит определять по табл. 32.
10
Т а б л и ц а 32
vw, мм/с
vtb, мм/с
5
0
10
0,05
15
0,1
6.62. Производительность одного отстойника qset, м3/ч, следует определять исходя из
заданных геометрических размеров сооружения и требуемого эффекта осветления сточных
вод по формулам: ...
6.63. Основные конструктивные параметры следует принимать:
а) для горизонтальных и радиальных отстойников:
впуск исходной воды и сбор осветленной - равномерными по ширине (периметру)
впускного и сборного устройств отстойника;
высоту нейтрального слоя для первичных отстойников - на 0,3 м выше днища (на выходе из
отстойника), для вторичных - 0,3 м и глубину слоя ила 0,3-0,5 м;
угол наклона стенок илового приямка - 50-55°;
б) для вертикальных отстойников:
длину центральной трубы - равной глубине зоны отстаивания;
скорость движения рабочего потока в центральной трубе - не более 30 мм/с;
диаметр раструба - 1,35 диаметра трубы;
диаметр отражательного щита - 1,3 диаметра раструба;
угол конусности отражательного щита - 146;
скорость рабочего потока между раструбом и отражательным щитом - не более 20 мм/с для
первичных отстойников и не более 15 мм/с для вторичных;
высоту нейтрального слоя между низом отражательного щита и уровнем осадка - 0,3 м;
угол наклона конического днища - 50-60;
в) для отстойников с нисходяще-восходящим потоком:
площадь зоны нисходящего потока - равной площади зоны восходящего;
высоту перегородки, разделяющей зоны, - равной 2/3 Hset;
уровень верхней кромки перегородки - выше уровня воды на 0,3 м, но не выше стенки
отстойника;
распределительный лоток переменного сечения - внутри разделительной перегородки.
Начальное сечение лотка следует рассчитывать на пропуск расчетного расхода со скоростью
не менее 0,5 м/с, в конечном сечении скорость - не менее 0,1 м/с.
Для равномерного распределения воды кромку водослива распределительного лотка
следует выполнять в виде треугольных водосливов через 0,5 м;
г) для отстойников с тонкослойными блоками - угол наклона пластин от 45 до 60°.
6.64. Для повышения степени очистки или для обеспечения возможности увеличения
производительности эксплуатируемых станций существующие отстойники (горизонтальные,
радиальные, вертикальные) могут быть дополнены блоками из тонкослойных элементов. В
этом случае блоки необходимо располагать на выходе воды из отстойника перед водосборным
лотком.
6.66. Исходя из объема образующегося осадка и вместимости зоны накопления его в
отстойнике, следует определять интервал времени между выгрузками осадка. При удалении
осадка под гидростатическим давлением вместимость приямка первичных отстойников и
вторичных отстойников после биофильтров надлежит предусматривать равной объему осадка,
выделенного за период не более 2 сут, вместимость приямка вторичных отстойников после
аэротенков - не более двухчасового пребывания осадка.
При механизированном удалении осадка вместимость зоны накопления его в первичных
отстойниках надлежит принимать по количеству выпавшего осадка за период не более 8 ч.
6.67. Перемещение выпавшего осадка к приямкам надлежит предусматривать
механическим способом или созданием соответствующего наклона стенок (не менее 50).
6.68. Удаление осадка из приямка отстойника надлежит предусматривать самотеком, под
гидростатическим давлением, насосами, предназначенными для перекачки жидкости с
большим содержанием взвешенных веществ, гидроэлеваторами, эрлифтами, ковшовыми
элеваторами, грейфером и т. д.
11
6.69. Для удержания всплывших загрязняющих веществ перед водосборным устройством
следует предусматривать полупогруженные перегородки и удаление накопленных на
поверхности воды веществ.
Глубина погружения перегородки под уровень воды должна быть не менее 0,3 м.
Высоту борта отстойника над поверхностью воды надлежит принимать 0,3 м.
6.70. Водоприемные лотки должны быть оборудованы водосливами с тонкой стенкой.
Крепление водослива к лотку должно обеспечивать возможность его регулирования по
высоте. Водосливная кромка может быть прямой или с треугольными вырезами. Нагрузка на 1
м водослива не должна превышать 10 л/с».
Мной были проведены неоднократно расчеты отстойников для промышленных
предприятий и результаты оказывались для меня не очень приятными по экономическим
показателям. Но этому есть объяснение из приведенных данных из СНиП 2.04.03-85. В чем
проблема отстойников?
1. Низкий коэффициент объема использования отстойника – 0,35 – 0,5.
2. Для увеличения объема использования необходимо в рабочую часть добавлять
тонкослойные элементы, а это дополнительные капитальные и эксплуатационные
затраты.
3. Тонкослойные элементы создают повышенную турбулентность горизонтальному
потоку, а это требует снижение горизонтальной скорости.
Как выйти из этого положения? Г.А. Роев близко подошел к моей идеи изменить в
большую сторону смоченный периметр. Я его решил за счет применения тонких
синтетических сеток в рабочей части отстойника, описанных мной в патенте 86489 UA. Что
это дает?
1. Сокращаются до минимума размеры первой и третьей зоны отстойника.
2. Происходит равномерное распределение горизонтальной скорости очищаемых
стоков по живому сечению отстойника.
3. Конструкция сеток выполнена в виде транспортерной ленты под углом и это
позволяет до минимума сократить эксплуатационные расходы на их обслуживание.
4. Стоимость сеток намного меньше, чем стоимость тонкослойных элементов.
Теоретически это все объяснимо. А как в практическом плане? Ничем не могу
обрадовать – на эти исследования у меня средств нет: последние забрал фильтр. Да и
скептических оценок в этих исследованиях не избежать. Вот почему я предлагаю создать
международный исследовательский Центр на средства стран СНГ: наука интернациональная,
а поэтому эти достижения должны использовать все, но не за счет инициативы одной страны
и его специалистов. Итоги этой работы будет не только сформировать подготовленную
группу специалистов для государств, но и изменить и дополнить новыми научными выводами
вышеупомянутый СНиП.
Анализ современных очистных сооружений, аппаратов
В предыдущих разделах были рассмотрены теоретические и проектные решения по
седиментационным технологическим элементам. А как дело обстоит на просторах России? Мне
удалось познакомиться со свежими решениями в этой сфере в Питере. Надо сказать, что по
количеству организаций, занимающихся очисткой воды, данный город не чем не уступает
Москве, притом, что ВОДГЕО как научное учреждение не радует своими результатами и на все
попытки мои выйти на обсуждение технико – экологических проблем отвечают молчанием –
нечего сказать. В ЛИСИ работают, преподают профессора из старой гвардии, но заниматься
наукой им не дают – отсутствует финансирование для этих целей. Так, что наука молчит, а
наши предприниматели не сидят, сложив руки, а зарабатывают своими оригинальными
разработками, получают патенты и сертификаты. Познакомимся с этими решениями.
Очистные сооружения дамбы г. Санкт – Петербург
Для очистки поверхностных вод (!?) тоннеля выдано техническое задание от ОАО
«БИГБИЗНЕНС» и выполнен проект очистных сооружений ЗАО «СПб - ГРИНЛАВ»,
имеющий лицензию на проектирование таких объектов от Госстроя России. Данным заданием
12
предусматривалось спроектировать очистные сооружения на производительность 1786
м3/сут на северной стороне и 1246 м3/сут
на южной стороне. Интересный расчет
гидравлической нагрузки на эти очистные сооружения: здесь и интенсивные дожди,
снеготаяние, поливомоечные воды... С последней нагрузкой я не спорю, но откуда возьмутся
другие виды гидравлической нагрузки в тоннеле не объясняют.
Загрязнение поверхностных вод принято на основании экспертных заключений по
нефтепродуктам – 20 – 40 мг/л, взвешенным веществам 200 – 1500 мг/л, БПК5 – 20 -60 мг/л при
этом уже очищенные воды будут содержать соответственно 0,05 – 3 – 3 (мг/л). Возникает
резонный вопрос на основании чего такой оптимизм. Технологический расчет этому
утверждению отсутствует.
Далее еще интереснее: минимальное время отстоя в горизонтальном двухсекционном
отстойнике 18 часов(!). Это совершенно некомпетентное решение: СНиП предусматривает
максимальное время отстоя не более 2 часов (старый СНиП II –Г.6-62 предусматривал меньше 1,5 час). В результате построен отстойник длиной 42 м на 9 м с горизонтальным дном, что есть
отступление от СНиПа, а на такую длину глубина отстойника на входе должна быть увеличена
на 2 м – и это существенно. Вода после отстойника самотеком попадает в аэрируемый бассейн
на 360 м3. Технологического объяснения этому я не мог найти – ни СНиП, ни техническая
литература таких технических устройств не предлагает. Для гидравлической связи
аэрированного бассейна с насосной должна была бы предусмотрена приемная емкость. Увы,
она отсутствует, и вода непосредственно с аэрируемого бассейна погружным насосом подается
на флотофильтр KWI DAFFilter (тоже загадка, что за продукт)...
С точки зрения надежности технологической схемы она не выдерживает никакой
критики, т. к. не понятно, как зачищать аккумулирующую емкость или аэрируемый бассейн от
осадка и как будет при этом обеспечены столь высокие показатели эффективности очистки.
Представим реально следующую ситуацию. Идет полдня мелкий дождь. На
горизонтальный отстойник поступают стоки, и они очищаются по определенной
технологической схеме. Внезапно интенсивность дождя резко возросла и, соответственно,
количество поступающих стоков резко увеличилось. Куда девать поверхностный сток,
который не возможно очистить?...
В результате стоимость реализация данного проекта подсчитана в базовых ценах 1984 г.
391 тыс. руб., а стоимость импортного оборудование даже больше – 1 200 000 EURO (цена
2008г.). Проект по строительной части был выполнен: построили отстойник, бассейн, здание.
Да пот беда – импортное оборудование сняли с производства (заметим, что эффективное
оборудование не снимают с производства)... Свято место пусто не бывает – нашли ему замену
в виде седиментационных аппаратов из пищевой нержавейки ЗАО «Севэкопука» (это после
18 часов седиментированных стоков!)... Но это, как говорит актер В. Каневский, другая
история...
Локальные очистные сооружения поверхностных вод
Не лучше обстоят дела и для очистки поверхностных вод для АЗС, автомоек, СТО. Для
этой цели ряд коммерческих структур предложили свои услуги в виде отстойников и фильтров.
С небольшими изменениями эти аппараты выглядят так, как изображено на ниже
расположенных рисунках. Приведем пояснение без купюр из рекламных проспектов.
13
Рис. 7. – Современные отстойники – нефтеловушки питерских производителей
Общие данные. Производительность сооружений типоразмерного ряда 3, 6, 10, 15, 20,
30 л/с. Корпуса изготовлены из армированного стеклопластика. Самотечный режим работы и
возможность подземного расположения, в том числе под проезжей частью. Высокая
эффективность очистки, подтверждаемая санитарно-эпидемиологическими заключениями и
экологическими сертификатами. Модульный принцип комплектации со съёмными
водоочистными блоками в составе разделительной камеры РК-В предварительного отстойника
ПО, комбинированного песко-нефтеотделителя КПП, сорбционного блока доочистки СБ,
Разделительная камера РК – В. Разделительная камера предназначена для разделения
потока поверхностных сточных вод на две части. Одна часть в объеме не менее 70% годового
стока направляется на локальные очистные сооружений. Вторая часть в объеме не более 30%
годового стока сбрасывается, минуя локальные очистные сооружения.
Работа разделительной камеры основана на разделении потоков с помощью лобового
водослива. При дождях малой и средней интенсивности уровень воды в разделительной
камере ниже гребня водослива и поток отводится в трубопровод подачи сточных вод на
очистку. При дождях большей интенсивности уровень воды в разделительной камере
становится выше гребня водослива, и избыток сточных вод, превышающий расход на очистку,
поступает в сбросной трубопровод. Разделительная камера представляет собой вертикальный
цилиндрический резервуар диаметром 1500мм, выполненный из армированного
стеклопластика с верхним техническим колодцем, глубина которого зависит от глубины
заложения подводящего трубопровода.
Предварительный отстойник ПО. Предусматривается в схеме очистки при
концентрации взвешенных веществ в сточной воде более 500мг/л. Сооружение представляет
собой горизонтальную цилиндрическую ёмкость диаметром 2200 ÷ 2500мм и длиной 5500 ÷
7500мм. в зависимости от производительности. Внутри ёмкости установлены блоки
сепараторов с круговым движением воды и блок горизонтально расположенных
фильтрующих экранов с восходящим движением воды
Комбинированный песко – нефтеотделитель КПН. Сооружение представляет собой
горизонтальную цилиндрическую емкость диаметром 1200 ÷ 2200мм и длиной 4000 ÷ 7500мм в
зависимости от производительности.
Состоит из трех последовательно расположенных зон очистки, в которых вода
движется за счет разности уровня воды на входе и выходе. Первая зона
- зона
14
предварительного отстаивания с нисходящем - восходящим потоком: Вторая зона - зона
блока тонкослойных элементов (БТЭ) с восходящим движением воды и нижней камерой
сбора осадка. Третья зона-зона блока кассет с фильтрующими элементами (БКФЭ).
В кассетах на нижнем и верхнем основаниях закреплены вертикальные трубчатые
фильтрующих элементы. Эффективность очистки сточных вод в КПН определяется
совокупностью процессов отстаивания, в т. ч. тонкослойного, и глубокого фильтрования.
Концентрации загрязняющих веществ в сточной воде, поступающей на очистку, не более:
взвешенные вещества - 500мг/л; нефтепродукты плотностью до 0,85 г/смЗ - 100мг/л.
Концентрации загрязняющих веществ в очищенной воде: взвешенные вещества - 810мг/л; нефтепродукты - 0,3 мг/л.
Сорбционный блок доочистки «СБ». Сооружения выполняются в виде вертикальной
целиндрической емкости из армированного стеклопластика полной заводской готовности
диаметром корпуса 1500 - 3000 мм и высотой корпуса 2750 - 3820мм. в зависимости от
производительности. В зоне сбора очищенной воды размещается круговой сборный лоток с
водосливами треугольного профиля. Загрузка - трехслойная. Выполняется из керамзита,
шунгита и гранулированного активированного угля. Концентрации загрязняющих веществ в
сточной воде, поступающей в блок доочистки, не должны превышать: по взвешенным
веществам – 15 мг/л; по нефтепродуктам - 1 мг/л.
Концентрации загрязняющих веществ после доочистки: взвешенные вещества – 5 –
8 мг/л; нефтепродукты - 0.05мг/л».
Как видим, конструкции седиментационных аппаратов состоит не из прямоугольных
или радиальных конструкций, а из цилиндрических резервуаров, которые совершенно не
вписываются в ту углубленную теорию, которые оставили нам выдающиеся ученые –
исследователи. И как бездарно это на практике. Из рис. 7 я посчитал около 7 участков, когда
очищаемая вода меняет на 180 градусов свое направление, когда она должна идти ламинарно,
горизонтально с входа на выход! Посмотрите на первую секцию: сначала вода из трубы с
помощью отбойной пластины распределяется по фронту (такой смысл этой
водораспределительной конструкции), затем через метр опять попадает в узкую трубу,
диаметром соизмеримой с подводящей! Первая зона это своего рода блендер для коктейлей!
Вторая и третья зона не намного лучше по гидродинамическому режиму первой.
Проанализируем время седиментации на производительность 3 л/с и на 30 л/с. Не
сложные расчеты показывают, что время отстоя на производительность 3 л/с будет до 2 часов,
на производительности 30 л/с не более 20 минут. Этому нет объяснения, хотя считаю 20
минутная седиментация для взвесей размером больше 100 мкм достаточная. Экономически
увеличение времени седиментации ведет к ухудшением экономических показателей по
себестоимости изделия. Это не в пользу потребителя. Имеет смысл
просчитать и
технологическую скорость фильтрации на разной производительности. Без реагентов она
должна быть не более 0,3 м/час [32, стр. 44]. Проверить это не возможно из – за отсутствия
данных... Но это может сделать потребитель.
По моему опыту эффективность очистки на фильтре зависит от сопротивления
фильтрации. Оно и объяснимо: чем меньше размеры пор фильтрующего материала, тем
больше частиц будет задержано. Это как в рыбацких сетях: хочешь выловить мелкую рыбу –
ставь сеть под размер рыбы. Сопротивление фильтрации в предлагаемых аппаратах не более
нескольких дециметров, что технологически недостаточно. Это скажется или на
эффективности очистки, мили на ресурсе фильтрующего материала: его нужно более чаще
менять. Есть еще одна неприятная особенность данной конструкции, если вначале
эксплуатации фильтр будет забирать ВВ и нефтепродукт, но пройдут несколько дождей (если
это для поверхностного стока) и фильтры после себя будут выдавать примесей больше, чем
будет поступать. Увы, такова реальность. Чем это объясняется? Зернистой загрузкой, которая
не способна создавать прочную фильтрующую поверхность, а размеры между зернами
керамзита, песка, угля составляет десятки мкм, что не достаточно для удержания
накапливающегося со временем фугата, осадка.
Современные производители седиментационных аппаратов совершенно игнорируют
СНиП 2.04.03-85. Например, водораспределение по ширине отстойника должно быть по всему
15
фронту – предлагают локальный из трубы; гидравлически не рассчитывают зоны входа и
выходов стоков, а также необходимый объем рабочей зоны в отстойнике. В отстойнике
должны быть приямки для сбора осадков и уклоны днища – их нет. Назначение тонкослойных
элементов в технологической схеме совершенно не понимают, т. к. они должны быть в начале
рабочей зоны, а они в конце. Понятно, что их такая оригинальность позволяет получать
патенты на изобретения, которые, на мой взгляд, не оправданы по технологическому смыслу, а
в правовом плане и противоречат СНиП 2.04.03-85. Но главное цель – иметь патент и
сертификат соответствия! Их не интересует регламент профилактики этих аппаратов,
технологическая возможность зачистки без потери эффективности очистки, да и замена
фильтров не очень простая как кажется. Возникает необъясняемая проблема с утилизацией
керамзита, шунгита, активированного угля вместе с сорбированными нефтепродуктами...
Я знаю, как не просто получить высокую степень очистку на уровне 0,05 мг/л по
нефтепродукту. Производители этих аппаратов это без тени сомнения это декларируют.
Почему они так уверены? Да лишь с временными обстоятельствами: малая загрязненность
стоков ВВ и нефтепродуктами в исходной воде, против декларированной 500 и 100 мг/л
соответственно. При этом не надо забывать, в каком виде находиться нефтепродукт – в
пленочном виде или дисперсном – это очень важно. Пусть попробуют очищать
эмульсированный нефтесодержащий сток после дренажного центробежного насоса с
содержанием даже 50 мг/л – ни один из этих аппаратов не справится на эффективность 0,05
мг/л! Второе, важное условие время эксплуатации аппаратов. Когда он чистый, а это всегда
бывает при вводе его в эксплуатацию, он может показывать высокие результаты
эффективности. Но пройдет год и все измениться: будет осадок на дне, стенки обрастут
нефтепродуктами, фильтр потеряет свою эффективность. Вот после этого по декларированной
производительности и проверьте, как это будет работать по ВВ и нефтепродуктам. Считаю, что
Вы будете очень разочарованы. Надо отметить еще следующее: производители нисколько не
решают проблемы зачистки емкостей от пленочного нефтепродукта и осадка, т. е. в их решении
нет необходимый элемент экологической безопасности – куда девать нефтесодержащую воду
из зачищаемых аппаратов. Решение в этом вопросе может быть одно – резервированием
вторым аппаратом, но т. к. этот аппарат стоит около 0,5 млн. рублей – это будет дорого.
Я не согласен с тем, что форма должна доминировать над технологией. Мне объясняли
свою позицию, почему приняли форму цилиндрического резервуара именно из стеклопластика:
металл после 5 лет эксплуатации съедает коррозия. Я считаю, что это профанация. Посмотрите
– все РВС на нефтебазах и АЗС из обычной стали, трубы магистральных трубопроводов тоже.
Я долго работал на Ялтинской нефтебазе. Нефтепродукт по трубам качали с морской водой, и
резервуары стояли десятки лет. На Хмельницкой АЭС есть резервуар РВС – 200: через него
проходит все нефтесодержащие воды – альтернативы ему нет, но стоит без ремонта уже более
30 лет. Правда парадокс, как будут работать очистные сооружения, если он потечет, даже
начальник химцеха ХАЭС на мой вопрос не знает ответа... В настоящем есть прекрасная
антикоррозионная технология, антикоррозионные краски. На ЭТЕВК – 2009 в г. Ялте мне
показали новую технологию гидравлической защиты бетонных сооружений (отстойников,
резервуаров и т. д.). Как известно, сам по себе бетон «не держит» воду. Поэтому в прошлых
временах бетонные стенки покрывали битумом и рубероидом, а внутреннюю часть
гидрофобизирующей штукатуркой, торкретом. Ялтинские предприниматели 20 лет назад
выпускали на основе цементно-песчаную черепицу, правда, добавляя при этом в раствор
кремнеорганическую жидкость, выпускаемую в г. Запорожье...
Так вот, фирма ООО
«М.КОНСАЛЬТ»
предлагает облицовывать бетонные стенки листами полиэтилена
толщиной4мм. Листы имеют фирменный профиль: с одной стороны гладкая поверхность, с
другой имеют Т- образные выступы с шагом в 30 мм и высотой 15 мм. Эти выступы позволяют
с помощью песчано-цементной смеси этим листам держаться на вертикальных плоскостях. Мне
эта технология очень понравилась: абсолютная герметичность, долговечность, соблюдаются
санитарные нормы для питьевой воды и прекрасный вид полиэтиленовой поверхности,
окрашенной в голубой цвет (рис. 8).
16
Рис. 8. – Пластичестмасовые изделия листы для облицовки гидротехнических сооружений
Вперед ... в прошлые времена
Как видим, что современные специалисты в очистки воды хоть и очень оригинальны, но
имеют существенные пробелы в опыте и знаниях. Поэтому, для уверенного движения вперед,
надо вернуться немного назад, так на лет 20 – в Ренесанс экологического творчества,
инженерных, научных разработок и технической литературы.
От чего отказались современные экологи? От преемственности поколений и от глубоких
технических знаний в области очистки воды. Ушел из жизни д.т.н. Роев Георгий Андреевич и
в институте нефти и газа им. Губкина нет ученых, которые бы продолжили его научный поиск
и пропагандировали научные знания в виде лекций. Поэтому мы должны вернуться в
исходную точку и продолжить путь с тем багажом знаний, которые оставили по легкомыслию
и голому нигилизму. Это мое мнение и с ним можно и не считаться...
В период перестройки я, работая на очистных сооружениях Ялтинской нефтебазе, в
свободное время на протяжении года создавал макет и чертежи локальных очистных
сооружений для нефтебаз, АЗС, автомоек. Свои идеи, воплощенные в макет и чертежи
предлагал на ярмарке научно – технических идей в г. Симферополе. Интересно взглянуть на
газету Советский Крым тех времен... Ощущаешь ностальгию и ветерок тех старых проблем, с
чем мы боролись и жили. Люди были проще и менее равнодушные, а более любознательными,
динамичными.
В свое время в каждом областном центре были центры научно – технической
информации. Изобретения, новые разработки, полезные модели можно за небольшие средства
помещать в серии, которые распространялись по всему Советскому Союзу. Печатные средства
имели свои недостатки по ограничению размера информации и не так были мобильные,
доступные, как современный Интернет...
Через Крымский центр НТИ я выпустил информационный листок и комплект рабочих
чертежей в количестве 12 экземпляров по запросам разошелся по бывшему СССР, что
существенно дополнило мой семейный бюджет.
Интересно, что предлагалось в те времена. Привожу без купюр технический текст из
данного информационного листка.
ЛОКАЛЬНЫЕ ОЧИСТНЫЕ СООРУЖЕНИЯ
ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ
Предназначены для решения актуальных проблем охраны окружающей среды, в
частности очистки промышленных стоков от нефтепродуктов, создания оборотных
систем водоснабжения.
17
Рекомендуется для применения в различных отраслях народного хозяйства.
Очистные сооружения для очистки нефтесодержащих сточных вод (см. рисунок)
состоят из нефтеловушек 1, оборудованных тонкослойными модулями, резервуаров 2
для приема очищенных вод, насосной 3, фильтра 4, резервуара для утилизации
отходов 5.
Работа очистных сооружений возможна по нескольким технологическим схемам:
а) промканализация - нефтеловушка — приемный резервуар - сброс;
18
б) промканализация - нефтеловушка - приемный резервуар - насос - фильтр - сброс;
в) промканализация - приемный резервуар - насос - фильтр - приемный резервуар насос - подаче стоков на технужды, а так же сброс излишних стоков.
Установка в нефтеловушке тонкослойных модулей (из листов шифера, расположенных
с зазором 20 мм друг от друга} сокращает путь движения выделяемых частиц и,
следовательно, уменьшает продолжительность отстаивания, исключает образование вихревых зон, конвективных потоков и турбулентных явлений, повышает производительность
единицы объема отстойной зоны нефтеловушки. В нефтеловушке происходит разделение
стоков на три фазы: пленочный нефтепродукт, осадок, условно очищенные стоки.
Осадок из нефтеловушек, приемных резервуаров удаляется с помощью ассенизационной
машины ГАЗ-53 в шламонакопитель, а так же решается проблема сбора пленочного
нефтепродукта.
Для предотвращения утечки воды из промканализации, а так
же из отстойников, приемных резервуаров, шламонакопителя на
внутренних стенках сделана цементно-песчаная гидроизоляция толщиной 20 мм.
Состав гидроизоляции: портландцемент М4ОО - 1 ч; песок - 2 ч; алюминат натрия 0,02 ч.
.
Условно очищенные стоки, после нефтеловушки, поступают в приемные резервуары.
Приемные резервуары служат как аккумуляторы стоков и гидравлической связи между
нефтеловушкой и двумя насосами 2К-20/ I8 производительностью 20 м3 /ч каждый. Для
очистки стоков от коллоидно-эмульгированных нефтепродуктов на панелях-перекрытиях
приемных резервуаров установлен фильтр. На фильтр стоки подаются с помощью насоса 2 К20/18.
Расположение фильтра над приемными резервуарами сокращает площадь, занимаемую
очистными сооружениями, а также позволяет обойтись без дренажного насоса, так как при
опорожнении фильтра вода самотеком уйдет в нефтеловушку.
По заданным технологическим уровням с помощью датчиков (минимальный,
рабочий, максимальный) насосы работают в автоматическом режиме.
19
В качестве фильтрующего материала применяется эластичный пенополиуретан,
сипрон, любая ветошь - отходы текстильной, местной промышленности. Процесс фильтрации
стоков происходит снизу вверх. При этом происходят процессы сорбции и
микропроцеживания.
Техническая характеристика
Производительность номинальная, м3/ч
20
Фильтроцикл, м3, не менее
2000
Эффективность очистки, %, не менее
80
Масса фильтрующего материала на одну загрузку, кг 300
Габаритные размеры сооружения, м
10 x 5 x 4
Преимущество перед известными техническими решениями в компактности, большой
гибкости и надежности технологической схемы, более эффективной очистки от
нефтепродуктов. Общий размер затрат 10 тыс. руб.
Экономический эффект от внедрения сооружения 20 тыс. руб. Очистные сооружения
разработаны и внедрены на Ялтинской нефтебазе.
Разработка государственную регистрацию не проходила. Была представлена на
областной Ярмарке научно-технических идей в 1988 г. в г. Симферополе.
В очистных сооружениях использован фильтр, защищенный авторским
свидетельством № 1086585.
Предприятие на основании договора может переработать комплект технической
документации,
Оборудование очистных сооружений не поставляется, Имеется комплект
конструкторской документации».
А. И. ДЕМКОВ, инженер Ялтинской нефтебазы
Материал поступил 13 июля 1988 г.
ЦООНТИ - Всесоюзный научно-исследовательский институт организации, управления и
экономики нефтегазовой промышленности (ВНИИОЭНГ).
Материал рекомендован к изданию экспертным советом при Крымском МТЦНТИ
Адрес для запроса документации и дополнительных сведений: 333640, г.. Симферополь,
ул. Ялтинская, 20, Крымский МТЦНТИ.
Прошли годы. Однако связь времен остается, даже юридически на том основании, что те
технические предложения в ценах 1984 года, которые предлагали ранее, также остаются, как
базовые, сейчас, в 2008 – 2010 году...
Общие выводы.
На основании приведенных научных и технических сведений можно сделать выводу:
1.
Требуется обновить научную, инженерную, правовую базу по очистки
природных и хозяйственно – производственных вод.
2.
Создать межгосударственный научный центр по разработки типовых
очистных сооружений, научных исследований.
3.
В связи с отменной сертификации продукции пищевой промышленности
России с 14.02.2010г.
это положение, безусловно, перенести на
экологические сертификаты, которые, как убедились, не выдерживают
никакой критики.
4.
Провести аналитический анализ по экономическим показателям,
предлагаемым и построенным очистным сооружениям. Эти экономические
показатели должны быть проанализированы для реализации на разумных
принципах водной стратегии России и стран СНГ.
20
Рекомендованная литература
1. Роев Г.А., Юфин В.А. Очистка сточных вод и вторичное использование
нефтепродуктов.- М.: Недра, 1987.- 224 с.
2. Алиев Н.А. Предотвращения загрязнения моря при разработке морских нефтяных
месторождений. М.:Недра, 1981.
3.
Байков У. М., Мансуров М. Н., Минигазимов Н. С. Промысловые испытания
коалесцирующего фильтра – отстойника для очистки нефтесодержащих сточных вод.
Нефтегазопромысловое дело, 1977, № 10.
4. Демура М.В. Проектирование тонкослойных отстойников. К.: Будiвельник, 1981. –
50 с.
5. Фролов Ю. Г. Курс коллоидной химии. Поверхностные явления и дисперсные
системы. М.: Химия, 1989. - 461 с.
6. Жуков А. И., Мангайт И. Л., Радзиллер И. Д. Методы очистки производственных
сточных вод. Справочное пособие. М.: Стройиздат, 1977. -208 с.
7.
Карпинский Ю.И. Оптимизация условий очистки нефтесодержащих сточных вод
при статистическом отстаивании. - Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов, 1978, №1.
8.
Карелин Я.Г., Соколов А.Г. Экспериментальное исследование очистки сточных
вод от эмульгированной нефти в напорном отстойнике. – В кн.: Проектирование
водоснабжения и канализации. М., 1968.-166 с.
9.
Кизевальтер Б.В. Об определении скоростей свободного и стесненного падения
частиц. – Тр. Механобра, 1971, вып. 136.
10.
Огнева Л. Г., Платиканов Д. Н., Шальт С.Я. Исследование коалесценции и
устойчивости капель воды на границе раздела углеводород – вода прямым наблюдением
углеводородной пленки. – Коллоидный журнал АН СССР, 1984, №3.
11.
Яковлев С.В. , Калуцин В.Н. Механическая очистка сточных вод. М.,
Стройиздат. 1972.-200 с.
12. Кульский Л.А., Гороновский И.Т., Когановский А.М., Шевченко М.А. Справочник по
свойствам, методам анализа и очистки воды. Киев.: Наукова думка, 1980. - 1206 с.
13.
Иванов В.М. Топливные эмульсии. М.: Изд-во АН СССР, 1962. –274 с.
14.
Когановский А.М., Кульский Л.А., Сотникова Е.В., Шмарук В.Л. Очистка
промышленных сточных вод. Киев,:Технiка, 1974. -257 с.
15.
Молоков М.В., Шифрин В.Н. Очистка промышленных стоков с территорий
городов и промышленных площадок. М,:Стройиздат, 1977. – 103 с.
16.
Орлов. В.О., Шевчук Б.И. Интенсификация работы водоочистных сооружений.
К.:Будiвельник, 1989. -125 с.
17.
Яковлев С.В. и др. Очистка производственных сточных вод. М.: Стройиздат,
1979. - 320 с.
18.
Роев Г.А. Очистные сооружения газоперекачивающих станций и нефтебаз.
М.:Недра, 1981.- 240 с.
19.
Пантелят Г.С., Ерохин А.В. Современные методы и перспективы очистки
сточных вод предприятий черной металлургии от механических примесей. – М.:
Черметинформация, обзорная информация, сер 20, вып. 1, 1980.- 25 с.
20.
Livingston A. LWSW, №6, 1970.
21.
Renof S. Australion Chemical Eng., V13, №3, 1972.
22.
Талов М.А. Нефтеловушка с параллельными наклонными пластинами. –
Водоснабжение и санитарная техника. 1963, №9, с. 38.
23.
Culp G, Conley W. Tube clarification process, operating experiences. Journal of
Sanitary Engineering Division, October, 1969.
24.
А.с. 446472 (СССР). Отстойник для освеления воды/ П.Ф. Малевный, И.И.
Подгорный, В.А. Клячко, Н.С. Лебедева. – Опубл. в. Б.И. 1972.
21
25.
А.с. 439480 (СССР). Многоярусный горизонтальный отстойник/М.С. Павлов,
Ю.М. Симонов, Н.И. Виноградов. – Опубл. в Б.И. 1974, №30.
26.
А.с. 593711 (СССР). Наклонный отстойник для разделения несмешивающихся
жидкостей/ Н.И. Козлов. В.М. Колинько, В.А. Вайдуков.- Опубл. в Б.И. 1978, №7.
27.
Кедров Ю.В. Лабораторные исследования многоярусных отстойников.
ВНИИВОДГЕО. М.,1971, ч.1, вып.33, с. 58 – 63.
28.
Казимиренко Н.В. Отстойник непрерывного действия для осветления оборотных
и шламовых вод гидрошахт и обогатительных фабрик. Обзоры по межотр. технике. Сер. 7.
Обезвоживание и утилизация сточных вод, М.:ГОСИНТИ, 1969.
29.
А.с. 464537 (СССР). Отстойник/М.В. Демура, В.А. Юрков. – Опубл. в Б.И. 1975,
№ 11.
30. А.С. 586130 (СССР). Пластинчатый классификатор/ М.В. Демура, В.А. Соколов, К.Г.
Богачук. – Опубл. в Б.И. 1977, № 48.
31. Guignes F. Le Traitement et le controle des eause polluces par hydrocorbues compte rendu
dessais dun siparateus. T.P.S/C.P.Z Ingr – Couseil France, 1969, №140.
32. Николадзе Г.И. Технология очистки природных вод. М.: Высш.шк., 1987. – 479 с.