Очистка сточных вод свинокомплекса от жира, взвешенных веществ и снижение ХПК/БПК

Постановка задачи (краткая)

Заказчику необходимо привести показатели сбрасываемой в природный водоем, или на рельеф, очищенной сточной воды в соответствие с установленными нормативами.

Описание задачи (подробное)

Продукция заказчика представлена свиным мясом и продуктами его переработки. К источникам сточной воды предприятия относятся производственные и санитарные воды. К производственным сточным водам относятся стоки из цехов и производственных участков по предубойному содержанию свиней, убойного производства, а так же переработки мясного сырья, образующиеся при технологических процессах, а так же мытье оборудования, тары и трубопроводов. К потоку санитарных стоков относятся сточные воды хозяйственно-бытового назначения, поступающие из санитарно-бытовых помещений и пищеблока.

Подготовительный этап

На основании сведений, полученных после изучения производственной технологии, консультаций со специалистами, курирующими технологическое направление, а так же вопросы экологического и лабораторного контроля сбрасываемой в природный водоем сточной воды, была составлена программа очистки двух основных потоков сточной воды предприятия, производственного и санитарного стоков. Основанием для составления программы послужили также данные по качественному составу основных потоков сточной воды и их объемы, и требуемые показатели, которые должны быть достигнуты после их очистки.

Предложенное решение

Превышения над предельно-допустимыми концентрациями загрязняющих веществ, определенными для очищенных сточных вод, сбрасываемых в водоемы и на рельеф, установлены для взвешенных веществ и жиров, а так же для показателей ХПК и БПК.

По анализам показателей производственных и санитарных сточных вод свинокомплекса, а также нормативам, установленным государственными санитарными нормами для сбрасываемых сточных вод, была предложена комплексная программа по очистке сточных вод. Это комплексное решение включает локальную предварительную обработку производственных и санитарных стоков, с их общей последующей очисткой до необходимых показателей:

• Система механической очистки санитарных сточных вод: фильтр Аквагребень;
• Система механической очистки производственных сточных вод: фильтрующе барабанное сито;
• Система физико-механической очистки производственных сточных вод: трубный флокулятор, установка напорной флотации;
• Система периодической аэробной биологической очистки объединенных санитарных и производственных сточных вод;
• Система обезвоживания флотационного шлама и избытка активного ила: барабан обезвоживания, декантерная центрифуга;
• Система доочистки объединенных санитарных и производственных сточных вод: песчаный и угольный фильтры;

Предложенная технологическая схема очистки отдельных и смешанных основных потоков сточных вод свинокомплекса представлена на рисунке.

Поток санитарной сточной воды прямотоком подается на стадию механической очистки, проводимую с помощью самоочищающегося внутриканального фильтра серии Аквагребень. Он представляет собой установленную в канал подачи наклонно движущуюся бесконечную ленту шириной прозора решетки 1 мм и с зубцами, удаляющими крупнодисперсные загрязнения и самоочищающимися при втягивании при движении на верхнем участке. Очищенная вода подается в накопительную емкость, откуда она затем направляется в селектор установки биологической очистки.

Производственная сточная вода собирается в накопительной емкости, откуда она направляется на механическую очистку, проводимую с помощью барабанного сита. Эта установка представляет собой вращающийся барабан, изготовленный из нержавеющей стали. Отверстия в барабане выполнены в форме клиновидных ячеек, суженных вверху и расширенных внизу. Это позволяет удерживать загрязнения на поверхности барабана. При его вращении осадок, состоящий из взвешенных частиц, задерживаемых при процеживании сточной воды на поверхности барабана, снимается с нее специальным скребком и сбрасывается в контейнер. Прошедшая стадию механической очистки производственная сточная вода подается в усреднительную емкость, где она перемешивается с помощью миксерной мешалки погружного типа. После усреднения производственные стоки подаются на стадию физико-химической очистки.

Физико-химическая очистка производственных сточных вод свинокомплекса проводится с помощью трубного флокулятора и установки напорной флотации с поперечным током обрабатываемого водного потока. Конструкция флокулятора представляет собой изогнутый особым образом трубопровод, в котором чередуются зоны турбулентности, в которых созданы оптимальные условия для перемешивания сточной воды и подаваемых реагентов. Характеристики такой установки, совмещающей в себе функции камер смешения и хлопьеобразования, позволяет формировать крупные хлопья осадка с плотной структурой, легко отделяющиеся от водной среды. Для выделения коллоидной и тонкодисперсной фазы из производственных стоков свинокомплекса используется флокулянт на основе полиакриламида, катионного, или же неионного типа, с помощью которого происходит компенсация заряда и объединение органических загрязнений в крупные агрегатные образования. Приготовление флокулянта производится с помощью станции приготовления флокулянта, а добавление необходимой его дозы в поток сточной воды - с помощью станции дозирования флокулянта. Благодаря этим дополнительным устройствам обеспечивается точное приготовление раствора флокулянта и его дозирование. Следует отметить, что режим непрерывной работы трубного флокулятора препятствует разрушению образовавшихся флоккул, так как в этом случае исключается обратный поток обрабатываемой сточной воды.

Вторая стадия физико-химической очистки производственных сточных вод свинокомплекса заключается в отделении образовавшейся твердой фазы в виде хлопьевидного осадка от очищенной сточной воды. Для этой цели используется установка напорной флотации серии IPF. Ее особенностью является тонкослойное разделение осадка, осуществляемое с помощью входящих в конструкции этого флотатора пакета параллельных пластин специально разработанной изогнутой формы, благодаря которой облегчается отделение от водной среды частиц, имеющих плотность, отличную от плотности воды. Более легкие по гребню пластины всплывают на поверхность, а имеющие более высокую плотность – опускаются по вогнутой части вниз. Отделению хлопьевидного осадка способствуют микропузырьки воздушной фазы, образующиеся за счет сброса давления в насыщенной растворенным воздухом части рециркуляционной очищенной воды. Пузырьки воздуха, выделяющиеся при этом в основном на границе раздела фаз, то есть на хлопьевидном осадке, имеют размеры от 30 до 50 микрон и обладают достаточной подъемной силой для транспортировки отделяемой твердой фазы на поверхность воды. Всплывший флотошлам удаляется с водной поверхности с помощью непрерывно функционирующего скребкового устройства и направляется в систему обезвоживания флотационного шлама, и избытка активного ила. Тяжелый осадок, образованный частицами, имеющими плотность выше, чем у воды, собирается в донной части флотатора и периодически выгружается с помощью клапанов с автоматическим управлением. Очищенный от коллоидных и тонкодисперсных примесей поток производственной сточной воды, в котором соотношение БПК/ХПК приведено в соответствие с требованиями оптимальных условий аэробного окисления, направляется в селекторную емкость, на стадию биологической очистки.

В селекторной емкости на стадии биологической очистки происходит объединение и усреднение прошедших стадию механической очистки санитарных стоков и производственных сточных вод после физико-механической очистки. В селектор также добавляется коагулирующий реагент, трехвалентный хлорид железа, что способствует формированию более плотного осадка, обладающего хорошей способностью к седиментации. Для нейтрализации ионов водорода, образующихся при гидролизе хлорида железа, в селекторную емкость вводится эквивалентная количеству коагулянта доза гидрооксида натрия. Перемешивание реагентов и усреднение стоков перед подачей на биологическую очистку производится с помощью миксерного погружного смесителя. Наличие необходимого количества биогенных элементов, азота и фосфора, определяется биологической природой сточных вод свинокомплекса.

Биологическая очистка объединенного потока сточной воды производится в биореакторе серии Биоктор S с периодической подачей, относящийся к системе последовательного замеса SBR. Этот процесс заключается в удалении из сточной воды растворенных органических веществ, заключающийся в их разложении на простые вещества под действием бактерий и микроорганизмов активного ила. Особенностью работы этой установки является последовательное прохождение всех стадий аэробного биологического окисления, в том числе нитрификации и денитрификации, удаления фосфора, а так же отстаивания осадка в одной реакторной емкости. Это позволяет обрабатывать сточную воду непостоянного состава и обеспечивать при этом максимальную степень удаления растворенных окисляемых биологически органических веществ, с существенным снижением показателей БПК и ХПК, а так же максимально возможную степень удаления соединений азота и фосфора. Образующийся в результате разложения азотосодержащей органики аммиак в период протекания реакций нитрификации переводится в растворенные в воде нитриты и нитраты, а во время стадии денитрификации они восстанавливаются до азота, или его газообразных оксидов. Фосфор при этом переводится в нерастворимый осадок фосфатных солей, сорбирующихся на хлопьях осадка активного ила. Перемешивание и аэрирование сточной воды при последовательном прохождении стадий биологической очистки осуществляется за счет систем крупнопузырчатой придонной и мелкопузырчатой погружной систем аэрации. Кроме того, для обеспечения режима перемешивания на стадии денитрификации, проходящей в анаэробных условиях, используются две миксерные мешалки погружного типа. Отделение осадка активного ила от водной среды производится отстаиванием. При этом его седиментационные свойства усиливаются за счет хлопьевидного осадка гидрооксида железа, имеющего достаточно высокий молекулярный вес и плотную структуру. Очищенная вода с помощью специального устройства для сброса подается на стадию доочистки, а избыток активного ила насосом эксцентрикового типа направляется в накопительную емкость системы обезвоживания осадков, образующихся на стадии физико-химической и биологической очистки.

Система обезвоживания флотационного шлама и избытка активного ила представляет собой систему предварительного удаления влаги из осадка активного ила на первой стадии с помощью процеживания и второй стадии обработки под действием центробежных сил. Первая стадия заключается в предварительном удалении избыточной влаги на барабан е обезвоживания, во внутреннюю часть которого подается из биореактора с помощью насоса избыточное количество активного ила. Под действием вращения осадок распределяется по стенкам барабана, влага выдавливается через отверстия наружу, при этом осадок движется и выдавливается из передней части установки. Перед этой операцией в осадок, в целях его кондиционирования, добавляется катионный флокулянт, способствующий выделению мелкодисперсных частиц и лучшей влагоотдаче. Далее, подготовленный осадок активного ила отправляется в накопительно-усреднительную, оборудованную мешалкой, шламовую емкость второй ступени системы обезвоживания.

Окончательное обезвоживание смеси флотационного шлама и избытка активного ила после стадии аэробной биологической очистки производится в декантерной центрифуге горизонтального типа. Усредненный осадок с помощью шламового насоса подается в центрифугу, с введением на линии подачи флоккулирующего реагента. Приготовление и дозирование флокулянта катионного, или неионного типа, производится с помощью дополнительного оборудования - станций приготовления и дозирования флокулянта. Принцип работы декантерной центрифуги с непрерывной подачей основан на разделении твердой и жидкой фазы под действием центробежных сил, при этом движение их потоков является разнонаправленным и вывод кека и воды, поэтому, осуществляется с противоположных сторон.

На стадии доочистки из сточной воды происходит удаление остаточных концентраций мелкодисперсной взвешенной и растворенной фазы загрязняющих веществ, что приводит ее показатели к допустимым значениям для сброса в природные водоемы и на рельеф. Стоки, прошедшие стадию аэробной биологической очистки проходят стадию фильтрации. Первый ее этап заключается в фильтрации на песчаном фильтре непрерывного действия, при которой происходит удаление остаточных концентраций взвешенных веществ. Перед подачей на фильтр в сточную воду добавляется коагулянт, хлорное железо, благодаря которому увеличивается эффективность выделения взвешенных и инертных к биохимическому разложению веществ из сточной воды, а так же выделение остаточных концентраций фосфора, благодаря соосаждению с гидрооксидом железа и сорбированию на поверхности хлопьевидного осадка. Сточная вода подается в нижнюю часть фильтровальной установки и проходит через песчаную загрузку, при этом нижний ее слой подвергается непрерывной регенерации в промывной камере специальной конструкции. Очищенная вода собирается в накопительной емкости, откуда далее подается на угольный фильтр серии Carbopure. Вторая ступень очистки отличается тем, что помимо адсорбции растворенных веществ на поверхности загрузки из активированного угля, органические вещества, растворенные в воде, окисляются аэробными бактериями, закрепленными на гранулированном носителе. Интенсивность окисления обеспечивается дополнительной аэрацией загрузки угольного фильтра, которая осуществляется за счет растворения воздуха под давлением в части очищенной воды, прибавляемой затем к подаваемой на очистку сточной воде, и последующим выделении пузырьков воздуха при его сбрасывании. Очищенные стоки собираются в накопительном баке, откуда затем подаются насосом в систему дезинфекции, где проходит их обеззараживание. Осадок, полученный при регенерации загрузки песочного и угольного фильтров, направляется в селекторную емкость, на стадию биологической очистки. После прохождения системы доочистки достигаются уровни концентрация взвешенных веществ менее 3 мг/л, по показателям ХПК – до 30 мг/л и по БПК – до 3 мг/л, что соответствует нормам сброса очищенной сточной воды в водоемы рыбохозяйственного назначения.

Контроль за работой установок по очистке обеспечивается датчиками уровня, которыми оборудованы накопительные и селекторные емкости, а также установки флотации и аэробной биологической очистки. Кроме того, реакция среды в емкости аэротенка контролируется измерителями рН среды. Регулярность и непрерывность работы систем подачи сточной воды и образующихся осадков обеспечивают резервные насосы, переключающиеся на обслуживание работы в случае выхода из строя, ремонта или технического обслуживания основных агрегатов. Системы управления работой установок очистки объединены в одну панель электронного управления, на сенсорном экране которой и мониторе подключенного к ней ПК отражаются все данные о работе систем дозирования, аэрации, насосов, показания датчиков уровня, рН и концентрации кислорода. Такая система управления позволяет осуществлять оперативный контроль и управление комплексом очистных сооружений. Кроме того, использование коррозионно-стойкой стали в качестве материала для металлических частей установок очистки служит гарантией и качества и долгосрочного использования.

Предложенное комплексное решение по очистке сточной воды полностью обеспечивает требования заказчика:

В локальных очистных сооружениях используются следующие химические реагенты:

В состав локальных очистных сооружений входит следующее оборудование:

Реализованное решение

Комплексная программа, включающая решения по локальной и общей очистке производственных и санитарных потоков сточной воды в полном объеме была принята Заказчиком. Все проектные параметры были достигнуты в процессе запуска комплекса сооружений.