Эффективность очистки бытовых сточных вод остается актуальной проблемой в течение нескольких десятилетий. Более 90 % очистных сооружений централизованных систем водоотведения поселений Российской Федерации требуют реконструкции или строительства новых. Устойчивость финансового положения муниципального предприятия в значительной степени зависит от целесообразности и правильности вложения финансовых ресурсов в активы, принятия грамотных управленческих решений с использованием современных инструментов управления с учетом специфики отрасли.
Ключевые слова: сточные воды, водоотведение, очистка, предприятия.
The efficiency of domestic wastewater treatment remains an urgent problem for several decades. More than 90 % of treatment facilities of centralized wastewater disposal systems in Russian settlements require reconstruction or construction of new ones. The stability of the financial position of a municipal enterprise largely depends on the feasibility and correctness of investing financial resources in assets, making competent management decisions using modern management tools, taking into account the specifics of the industry.
Keywords: wastewater, sewerage, treatment, enterprises.
В зависимости от состава и свойств производственных сточных вод, их загрязненности и специфики загрязняющих веществ, условий повторного использования и отведения в водные объекты или другие приемники сточных вод применяют: механический, физико-химический, химический и биологический методы их очистки. При этом могут быть использованы схемы и сооружения, применяемые для очистки бытовых сточных вод, но с учетом специфических особенностей производственных стоков. Механическая очистка применяется для выделения нерастворенных примесей минерального и органического происхождения на решетках, песколовках, ситах, в отстойниках, гидроциклонах и фильтрах, путем фильтрации через слои зернистого материала (песок, антрацит, керамзит, горелые породы, полистирол и т. д.) для более полной очистки сточных вод. Фильтры задерживают до 9095 % взвеси и снижают около 20 % загрязнений. Химическая очистка применяется для удаления растворенных примесей, т. е. в случае, когда выделение их из сточных вод возможно только в результате химических реакций между загрязнением и реагентом. При этом загрязнения окисляются или восстанавливаются и переходят в нетоксичные и малотоксичные продукты или в нерастворимые соединения [2]
Вода на предприятиях используется для следующих основных целей:
– охлаждение или подогрев исходных материалов и продукции предприятий;
– охлаждение деталей и узлов технологического оборудования;
растворение реагентов для приготовления различных технологических растворов, очистки исходных материалов или продукции.
В этом случае вода загрязнена растворимыми и нерастворимыми примесями. Сточные воды предприятий могут содержать следующие виды примесей: механические примеси органического и минерального происхождения, в том числе гидроксиды металлов; стойкие и летучие нефтепродукты; эмульсии, стабилизированные различными добавками; растворенные токсичные соединения органического и неорганического происхождения (ионы металлов, фенолы, цианиды, сульфаты, сульфиды и др.).
Качественные и количественные характеристики сточных вод, образующихся на машиностроительных предприятиях, зависят от типа технологических процессов производства продукции и использования воды в них. Литейные заводы. Вода используется в операциях по гидравлическому выбиванию штанг, транспортировке и промывке формовочного грунта в секциях регенерации, а также для гидравлического транспорта сгоревших земляных отходов и системы беспыльной вентиляции. Сточные воды, образующиеся при этих операциях, загрязнены глиной, песком, остатками золы от выгоревшей части кернового песка и связующими добавками формовочного песка. Концентрация этих веществ колеблется в широких пределах, в зависимости от используемого оборудования, исходных формовочных материалов и может достигать значений 4000 мг / л. [3,4]
Общая водосборная площадь промышленного предприятия делится на частные водосборы со своим установленным коэффициентом стока и концентрацией примесей, определяется среднегодовой объем дождевого, талого, оросительного стока для каждого типа поверхности. По массе загрязняющих веществ в каждом частном водосборе определяется средневзвешенная концентрация загрязняющих веществ от дождевой, талой и оросительной воды. Конечная средневзвешенная концентрация загрязняющих веществ определяется как среднее арифметическое значение, которое учитывает концентрацию загрязняющих веществ от дождевой, талой, поливной воды и их объем в сточных водах:
где:
Апробация методики расчета начальных концентраций загрязняющих веществ в поверхностных сточных водах промышленных предприятий на этапе проектирования очистных сооружений показала, что существующие методики дают заниженные показатели загрязнения:
– для взвешенных веществ до 15 %;
– на нефтепродукты до 10 %.
Более подробно остановимся на способе очистки и его усовершенствовании на примере ПАО «ММК». Публичное Акционерное общество «Магнитогорский металлургический комбинат» является одним из главных производителей металлопродукции в России. Ежедневно в реку Урал сбрасывается огромное количество сточной воды с производственных площадок ПАО «ММК». Рассмотрим, как же очищается сточная вода, до поступления ее в реку Урал.
Вода из верхней части смесителей самотеком по двум трубопроводам поступает в первичные отстойники, где происходит очистка воды от взвешенных веществ, смолистых и маслянистых примесей путем их осаждения.
Определение уровня загрязняющих веществ, накопившихся в первичных отстойниках, производится методом отбора. Для этого желонка вертикально опускается на дно первичного отстойника по краю его цилиндрической части. Уровень масел и смолистых отходов определяется визуально, по количеству заполненных маслами и смолистыми отходами металлических стаканчиков. После процесса отстоя в первичных отстойниках, сточная вода через переливные гребенки поступает в лоток первичных отстойников, откуда по трубопроводам самотеком поступает в сборник сточной воды. Уровень в сборнике сточной воды должен составлять от 1 до 3 м.
Если температура воды в усреднителе от 28 до 35 0 С, теплообменники выводятся из работы и опорожняются. Сточная вода подается из сборника сточных вод в напорные флотаторы.
В напорных флотаторах происходит очистка сточных вод от веществ путем подачи воздуха после турбовоздуходувок в конусную часть флотатора. Масла абсорбируются на поверхности пузырьков воздуха и поднимаются на поверхность воды, откуда удаляются вращающимся радиальным скребковым устройством в лотки и по трубопроводу самотеком поступают в резервуар сточных вод. Температура подшипников турбовоздуходувок должна быть не более 72 0 С.
После флотаторов сточные воды, смешанные с ортофосфорной кислотой и активным илом, поступают в усреднитель. Усреднитель вместимостью 5200 м 3 состоит из 8-ми параллельно работающих секций и предназначен для усреднения и перемешивания сточных вод путем подачи сжатого воздуха в аэраторы. Воздух подается с двух работающих турбовоздуходувок (из пяти) с расходом не более 5000 м 3 /ч. Усреднитель работает как предаэротенк, где происходит частичное окисление фенолов и снижение их массовой концентрации на 100–400 мг/дм 3 за счет подачи в него активного ила и воздуха.
Сточная вода с рН от 6,8 до 9,0 из карманов усреднителя насосом подается в первую секцию аэротенков ступени с расходом от 3 до 34 м 3 /ч в каждый и в аэротенкиI ступени. После первой секции аэротенков II ступени вода последовательно проходит очистку во второй и третьей секциях.
Окончательное отделение осадочных веществ от воды происходит во вторичных отстойниках. Вторичные отстойники предназначены для очистки воды от образующегося в аэротенках. Для его сбора они оборудованы скребковыми устройствами. Из вторичного отстойника производится отбор пробы воды для анализа по показателю рН, который должен составлять от 6,8 до 9,0.
Очищенная вода из вторичных отстойников самотеком поступает в резервуар очищенных вод и сборник очищенных вод, предназначенные для накопления очищенных сточных вод [4]
В случаях снижения количества очищаемых вод и более глубокой очистки воды от вредных веществ в усреднителе, сопровождающейся увеличением карбонатной щелочности, повышением рН допускается увеличение массовой концентрации летучего аммиака до 350 мг/дм 3 в воде усреднителя, за счет образующегося в процессе биологической очистки дополнительного количества примесей из ряда азотосодержащих соединений(например, роданидов, цианидов, пиридина и т. д.) Дополнительное увеличение концентрации аммиака за счет биологического окисления этих веществ может достигать 120–200 мг/дм 3 и даже выше при условии отсутствия превышения ПДК массовой концентрации загрязняющих веществ. [5]
При повышении ПДК загрязняющих веществ в воде после первичных отстойников и нарушении процесса биологической очистки в аэротенках (массовая концентрация роданид-ионов более 15 мг/дм 3 ) необходимо снизить расход воды на аэротенки до обеспечения нормативных показателей очистки.
Причиной увеличения рН воды в аэротенках может быть развитие процесса нитри-денитрификации при появлении избытка растворенного кислорода в воде в результате снижения массовых концентраций фенолов, роданидов в очищаемых водах более чем на 100 мг/дм 3 или длительного резкого снижения температуры наружного воздуха на 10–15 0 С. В этих случаях необходимо сократить расход воздуха на каждый аэротенк на 100 м 3 /ч.
При увеличении массовой концентрации вредных веществ в воде более 3 мг/дм 3 в воде после аэротенков и соответствии остальных параметров очищаемой воды технологическому режиму биохимической установки сократить расход воздуха во 2-ю секцию аэротенков на 100 м 3 /ч.
Сброс воды в основном происходит в автоматическом режиме. Для этого на предприятии разработана целая система по отслеживанию качества выбрасываемых поверхностных вод. [4]
Контур регулирования главной задвижки на сброс воды содержит объект управления, ПИ — регулятор и механизм воздействия на объект управления. Структурная схема объекта управления представлена на рис.2
Рис. 2. Структурная схема объекта управления, где Y = f(X) — статическая характеристика объекта управления; Т 0 — постоянная времени объекта; τ з — постоянная времени запаздывания
Объект управления представлен последовательным соединением статического звена с нелинейной характеристикой Y = f(X) и двух динамических инерционных звеньев первого порядка с постоянными времени запаздывания и объекта. Статические свойства объекта управления моделируются в виде функциональной зависимости Y = f(X), где Y — установившееся значение регулируемого параметра; Х — значение входного параметра.
Статическая характеристика объекта управления описывается уравнением:
Y(X) =
Инерционные свойства объекта с самовыравниванием идентифицируются апериодическим звеном первого порядка с передаточной функцией:
Влияние звена запаздывания учитывается введением второго инерционного звена с передаточной функцией:
Рис. 3. Структурная схема моделируемого контура управления с ПИ — регулятором
ПИ — регулятор отрабатывает сигнал рассогласования во времени, вырабатывая на выходе управляющее воздействие U p , которое после вычитания сигнала обратной связи текущего положения задвижки ИМ, подается на вход релейного элемента.
На выходе элемента сравнения ЭС2 формируется сигнал U равный разности расчетного значения положения задвижки ИМ U p и действительного U д ;
U(τ) = Up — Uд.
Логическим устройством, осуществляющим формирование управляющего воздействия, является релейный элемент, который представляет собой трехпозиционное реле, переключающееся в зависимости от уровня сигнала U и зоны нечувствительности ∆Z н ;
σ(τ) = + 1 — текущее состояние перемещения ИМ следует сохранить при определении величины X(τ+1) и на последующий интервал (τ +1) времени, т. е. σ(τ +1) = σ(τ);
σ(τ) = 0 — остановки ИМ, т. е. σ(τ +1) = 0;
σ(τ) = — 1 — текущее направление перемещения ИМ следует изменить при определении величины Х(τ +1) на последующий интервал (τ +1) времени, т. е. в системе нужно произвести реверс, σ(τ +1) = –σ(τ).
Сигнал с выхода релейного элемента поступает на импульсное коммутирующее устройство, которое задает среднюю скорость К им исполнительного механизма:
где Т им — время полного хода, или время перекладки ИМ от одного концевого выключателя до другого.
Текущее изменение управляющего воздействия (перемещение вала ИМ) описывается:
Х(τ) = Х 0 + σ(τ)К им ∆т,
где Х 0 — начальное значение положения задвижки ИМ при τ =0.
В зависимости от сигнала на выходе реле исполнительный механизм:
– работает на увеличение выходной величины, если σ = +1;
– неподвижен, если σ = 0;
работает на уменьшение выходной величины, если σ = –1.
Подход к пониманию процесса автоматизации подачи воды может быть различным и зависеть от целого ряда факторов. Автоматизация управления, даже относительно простой по алгоритму задачи — это сложный процесс, включающий в себя много разнообразных компонентов. Одним из таких компонентов является постановка задачи и способы ее решения. [2,4]
Таким образом, обоснована целесообразность раздельных систем отвода и очистки промышленных и поверхностных сточных вод промышленных предприятий. Разработана расчетная методика определения концентрации загрязняющих веществ в поверхностных сточных водах, которая позволит более точно определять начальную концентрацию загрязняющих веществ и, соответственно, приведет к совершенствованию конструкции технологической схемы очистки сточных вод. [4,5]
Литература:
1. Постановление Правительства Москвы от 17.04.2001 № 355 «О Генеральной схеме отвода и очистки поверхностного стока с территории г. Москвы на период до 2010 г»..
2. Рекомендации по расчету систем сбора, отведения и очистки поверхностного стока с селитебных территорий, площадок предприятий и определению условий выпуска его в водные объекты, ВНИИ «ВОДГЕО», 2006 г.
3. Батаева, Ю. В. Галофильные микроорганизмы для очистки высокоминерализованных сточных вод / Ю. В. Батаева, Р. Г. Габитов // ЭКиП: Экология и промышленность России. — 2010. — N 10. — С. 29–31.
4. Самыгин, В. Д. Процессы и аппараты очистки сточных вод / В. Д. Самыгин, В. А. Игнаткина. — Москва: Издательский дом МИСиС, 2009. — 222 c
5. Суворов, И. Ф. Способ очистки и обеззараживания сточных вод / И. Ф. Суворов // Изобретатели — машиностроению. — 2010. — N 3. — С. 40–41
