Применение реагента-регулятора на очистных сооружениях МУП «Водоканал» г. Подольска

Применение реагента-регулятора в технологическом цикле направлено на повышение эффективности очистки муниципальных сточных вод от загрязнений и улучшения качества осадка, образующегося в процессе водоочистки, для его последующей обработки, утилизации и возможного дальнейшего применения в различных областях народного хозяйства. Итоговой целью являлось изучение возможности улучшения экологического состояния окружающей среды, в частности водных объектов и почвенных ресурсов.

Для проведения исследований МУП «Водоканал» г. Подольска предоставил одну технологическую линию очистных сооружений (линия 3), состоящую из аэротенков и вторичных
отстойников. Природный минерал на основе карбоната кальция (монокальцита) применялся в качестве реагента-регулятора на этой линии в течение четырех недель путем внесения в трубопровод, ведущий от первичных отстойников в выделенный аэротенк биологической очистки. Три другие линии очистки и отстаивания (1, 2 и 4) функционировали в обычном режиме.

Характеристика реагента-регулятора:

• содержание карбоната кальция не менее 95%;
• размер частиц от 3 до 70 мкм;
• pH 8,5–9,5.

Исходя из производительности линии водоочистки около 26 тыс. м3/сут и рекомендуемой дозы реагента 50 г/м3 всего было внесено 37 тонн реагента по 2 тонны в каждый рабочий день. Выгрузка реагента производилась непосредственно из упаковки массой 500 кг в открытое отверстие трубопровода со скоростью подачи примерно 1 тонна за 30 минут.

Согласно установленному расписанию, персонал Водоканала проводил регулярный мониторинг и анализ состава воды и активного ила (включая отбор проб и проведение анализов) в выделенной линии водоочистки и параллельно в линиях, не используемых в испытаниях.

В результате исследований были получены следующие данные. Значения рH в сточных водах во время проведения испытаний были нейтральные – около 7–7,5, что исключало наличие буферного эффекта. Соответственно, наблюдалась стабильно высокая щелочность вод на всех линиях водоочистки (рис. 1). Таким образом, степень растворения реагента ожидае мо оказалась довольно низкой – около 10%. Это подтверждается данными результатов анализов на растворенный кальций (использовался пламенный фотометр JENWAY), которые свидетельствуют о том, что концентрация Са в сточных водах из отстойников увеличилась на 5–10 мг/л по сравнению с концентрацией в воде на входе в очистные
сооружения.

Следует отметить, что незначительное снижение концентрации кальция в воде из отстойников 3-й и 4-й линий в течение периода испытаний (рис. 2) может быть связано с повышением температуры воды с 18 до 21 °С, приводящим к снижению растворимости карбоната кальция.

Немаловажно также, что водоснабжение г. Подольска осуществляется из известнякового водоносного горизонта, поэтому, вероятно, сточные воды также близки к насыщению по отношению к карбонату кальция.

Наиболее существенные улучшения были отмечены в физических свойствах очищаемой воды и активного ила. Так, содержание взвешенных веществ в отстойниках линии 3 значительно снизилось с 18 до 6 мг/л уже после первой недели исследований, и далее поддерживалось ниже предельно допустимых норм (12 мг/л), в отличие от линий,
в которых не использовался реагент (рис. 3).

Иловый индекс в аэротенке экспериментальной линии 3 значительно снизился при применении реагента-регулятора с обычных значений 200–250 мл/г до 119 мл/г. Также уменьшился иловый индекс и других, не обработанных реагентом, линий, поскольку в итоге продукт поступил с водой, возвращенной из процесса обезвоживания осадка. Таким образом, иловый индекс в линии 3 был, по меньшей мере, на 26% ниже, чем в необработанных линиях, как и предусматривалось целью эксперимента (рис. 4).

Зольность ила в аэротенке линии 3 заметно выросла по сравнению с другими линиями в течение периода исследований (рис. 5). Этот эффект был вполне ожидаемым, хотя при столь незначительном количестве растворенного карбоната кальция (около 10%) могли предполагаться более высокие значения.

Дополнительно можно отметить, что добавление реагента-регулятора позволило остановить биофлотацию – образование шубки плотной пены на поверхности аноксидной зоны
аэротенка, связанное с прикреплением легких взвесей ила к всплывающим пузырькам газа. Так, в линии 3, обработанной реагентом, наблюдался только незначительный слой пены,
в отличие от соседних аэротенков, покрытых слоем пены биофлотации, сопутствующей процессу денитрификации. По этому визуальному эффекту можно судить о заметном улучшении и нормализации процессов биологической очистки в аэротенке с опытным реагентом.

Исследования по использованию реагентарегулятора в очистке коммунальных сточных вод прошли стабильно, без побочных и нежелательных эффектов.

Невысокое содержание аммонийного азота в сточных водах, высокая щелочность и почти нейтральные значения рН воды обусловили малое растворение продукта. Тем не менее выявлено, что применение реагента-регулятора способствовало улучшению процесса биологической очистки в аэротенке за счет подавления биофлотации ила. Продукт может способствовать нормализации работы аэротенка особенно в зимний период, когда процесс нитрификации менее эффективен, а также весной и осенью при высоких гидравлических нагрузках и риске перелива слоя плотной пены. Основной эффект наблюдался в процессе осаждения хлопьев ила во вторичных отстойниках.

Снижение илового индекса в аэротенке способствовало уменьшению выноса взвешенных веществ на выходе из вторичных отстойников в часы максимального притока. Утяжеление ила во вторичном отстойнике приводит к снижению мутности и количества взвесей, ускоренному осаждению, более эффективному удалению и, в результате, удержанию необходимой дозы активного ила в аэротенках, что в свою очередь приводит к повышению надежности работы биологического блока в стрессовые периоды высокой гидравлической нагрузки. Это также приводит к снижению БПК за счет дозы активного ила и, следовательно, снижению платы за негативное воздействие недоочищенных стоков.

Экономия возможна за счет использования флокулянта, что обусловлено заметным снижением влажности забираемого осадка вторичных отстойников на стадии обезвоживания при илоуплотнении. Качество перемешивания и осаждения смеси ила с осадком также улучшается, так как предотвращается образование водяных линз в илоуплотнителях. Влажность осадка снизилась до 96–97%, что привело к минимизации количества взвешенных веществ в возвращаемой воде. Дополнительно, при более плотном осадке, повышается эффективность его удаления скребками из отстойников.

Выводы

В результате проведенных исследований по использованию в процессе очистки сточных вод природных минералов на основе карбоната кальция (монокальцита) в качестве реагентарегулятора рН значительно снижен иловый индекс, улучшено образование хлопьев с превосходной седиментацией в отстойнике, исключена биофлотация, снижен риск выноса активного ила при высоких гидравлических нагрузках из отстойников.

В качестве рекомендации предлагается применение реагента-регулятора на очистных сооружениях в зимний и весенний периоды, а также создание достаточного запаса продукта для
предотвращения внезапных эксплуатационных проблем.