Совершенствование технологии очистки производственных стоков Кудряшовского свинокомплекса Новосибирской области

Аннотация

Рассмотрены особенности сбора, отвода и очистки производственных сточных вод Кудряшовского свинокомплекса (Новосибирская область). Выявлены основные причины неудовлетворительной работы локальных очистных сооружений канализации. Основной причиной остановки сооружений является образование на их поверхности твердых отложений, представленных двухосновной солью ортофосфата магния-аммония (МgNH₄PO₄•6H₂O). Кристаллы соли закрепляются на железобетонных конструкциях, в трубах, арматуре, оборудовании. Представлены результаты исследований по совершенствованию технологии очистки производственных сточных вод с помощью использования флокулянтов на стадии механической очистки.

Ключевые слова

флокулянт , свинокомплекс , производственные стоки , локальные очистные сооружения канализации

Скачать статью в журнальной верстке (PDF)

Первая очередь Кудряшовского свинокомплекса, рассчитанная на выращивание 108 тыс. голов в год, введена в эксплуатацию в 1973 г. Средняя норма водоотведения в расчете на одно животное долгое время сохранялась на уровне 30 л/сут. Удаление из свинарников остатков кормов и физиологических выделений животных производится до настоящего времени гидромеханическим способом. Максимальное количество стоков, поступающих из свинарников в резервуар-накопитель, наблюдается в периоды кормления животных и уборки помещений (с 7 до 9 и с 17 до 19 ч), минимальное количество стоков поступает в ночное время. Для данного производственного объекта максимальный коэффициент часовой неравномерности поступления стоков составляет в зависимости от сезона года 3,5–5, минимальный – 0,5–0,6.

Производственные стоки свинокомплекса относятся к высококонцентрированным: ХПК 25000–37000 мг/л, взвешенные вещества 10000–25000 мг/л, азот аммония 350–700 мг/л, фосфаты 100–350 мг/л. Загрязнения в основном представлены углеводами, специфические загрязнения – сапонинами (природными вспенивателями).

Генеральным проектировщиком Кудряшовского свинокомплекса (как и многих других, построенных в Советском Союзе в 1960–1970-е годы) являлась итальянская фирма «Джи и Джи». Согласно проекту, предусматривалось строительство не только производственных цехов свинокомплекса (свинарников, кормораздатчиков, завода по приготовлению сбалансированных кормов), но и локальных сооружений очистки производственных стоков. На локальных сооружениях предполагалась очистка со снижением только концентрации взвешенных веществ и БПК_полн (до 200 мг/л). Удаление из сточной жидкости азота и фосфора в те годы не производилось. После локальной очистки предполагалось сбрасывать производственные стоки в городскую канализацию и доочищать их совместно с хозяйственно-бытовыми сточными водами на очистных сооружениях канализации г. Новосибирска. Однако в 1970 г. строительство городских очистных сооружений канализации только начиналось (проводилось проектирование). Чтобы исключить срыв ввода в эксплуатацию важнейшего в то время объекта, включенного в продовольственную программу страны, было решено на Кудряшовском свинокомплексе запроектировать и построить вторую ступень очистки стоков, осуществляя сброс очищенной сточной воды в реку Обь через протоку. На второй очереди сооружений предусматривалась полная биологическая очистка сточной жидкости со снижением концентрации взвешенных веществ и БПК_полн до 20 мг/л.

Доработка проекта очистных сооружений канализации свинокомплекса проведена отечественной проектной организацией – СибЗНИИЭПсельстрой. В 1973 г. была введена в эксплуатацию первая очередь свинокомплекса,
в том числе были запущены очистные сооружения канализации обеих ступеней. Согласно принятой технологии, производственные стоки из свинарников поступали в резервуар-усреднитель, где не только происходило усреднение стоков по составу и расходу, но и производилась гомогенизация физиологических выделений животных и остатков кормов. Далее эти стоки подавались на сита, где происходило извлечение навоза. Навоз вывозился на сельскохозяйственные поля, а отфильтрованная жидкость подвергалась механической очистке, проходя последовательно песколовку и первичные вертикальные отстойники.

Осветленная сточная жидкость далее направлялась в аэротенки первой ступени, работающие в режиме продленной аэрации. Насыщение сточной жидкости кислородом в аэротенках производилось механическими аэраторами (рототурбинами). Разделение иловой смеси осуществлялось во вторичных радиальных отстойниках диаметром 15 м.

Предварительно очищенные стоки с концентрацией взвешенных веществ и значением БПК_полн примерно 200 мг/л направлялись на вторую ступень очистки, включающую также песколовку, первичные отстойники, аэротенки с регенераторами, вторичные отстойники, контактные резервуары. На вторую ступень подавались также хозяйственно-бытовые сточные воды пос. Криводановка. После второй ступени стоки откачивались в озеро Кривое и далее сбрасывались через протоку в реку Обь.

В процессе эксплуатации сооружений первой и второй ступеней очистки были выявлены следующие проблемы:

высокая концентрация углеводов в производственных стоках вызывала образование пены в аэротенках первой ступени, что затрудняло насыщение иловой смеси кислородом;

стопроцентная влажность и высокая концентрация аммиака в павильонах над емкостями приводили к быстрому разрушению ограждающих конструкций, интенсивной коррозии и разрушению трубопроводов, воздуховодов, вентиляторов, площадок обслуживания;

загрязнение подземных водоносных горизонтов ионами аммония, которые проникали в грунтовые воды на территории иловых площадок, устроенных на естественном основании без дренажа;

образование твердых отложений на всех этапах очистки – в железобетонных емкостях, рототурбинах, задвижках, обратных клапанах, насосах и трубах. Это самая главная проблема, которая в конечном итоге привела практически к полному отключению очистных сооружений канализации*.

Результаты исследований, проведенных специалистами кафедры «Водоснабжение и водоотведение» Новосибирского государственного архитектурно-строительного университета (НГАСУ) в 1984–1987 годах, показали, что твердые отложения представлены в основном трудно растворимой солью ортофосфорной кислоты. Кристаллы соли MgNH₄PO₄·6H₂O, образующиеся на сооружениях механической очистки производственных стоков первой ступени, легко удалялись с поверхности оборудования, так как закреплялись на органической «подложке». В аэротенках первой ступени кристаллы закреплялись на стенках аэротенков и рототурбин. Со стенок аэротенков кристаллы легко счищались лопатой. В рототурбинах закрепление кристаллов было настолько прочным, что попытки удалить их механическим путем (ударом молотка) приводили к повреждению рототурбины и только лишь к небольшому сколу плотного кристаллического образования.

На второй ступени очистки, даже после почти двукратного разбавления производственных стоков хозяйственно-бытовыми, наблюдался интенсивный процесс кристаллизации с образованием двухосновной соли MgNH₄PO₄·6H₂O. Процессы развивались настолько интенсивно, что живое сечение напорного трубопровода циркулирующего активного ила, проложенного открыто, за год уменьшалось вдвое. Укладка кристаллов в илопроводах была «мшистой» из-за высокой степени переохлаждения иловой смеси. Твердые отложения можно было легко удалить, например, протаскиванием через трубопровод специального приспособления (снаряда с острыми ножами).

В аэротенках второй ступени аэраторы зарастали катастрофически быстро. Их приходилось менять каждые два года, причем эксплуатационная служба вынуждена была использовать только перфорированные трубы с круглыми или щелевыми отверстиями. Быстрое обрастание труб было обусловлено поступлением холодного воздуха из атмосферы в зимний период. Это явление наблюдалось в водосборных лотках и самотечных отводящих трубопроводах контактных резервуаров.

Самым сложным из всех объектов оказалась насосная станция откачки биологически очищенных стоков. Рабочее давление в трубопроводах возросло с 2,5 до 5 атм к концу эксплуатации из-за образования твердых отложений в насосах, задвижках, обратных клапанах и напорных участках трубопроводов. В ходе эксплуатации было установлено, что процесс кристаллизации в напорных трубопроводах распространяется максимально на 50–70 м от насосной стации. На более удаленных участках твердые отложения не обнаруживались. Эксплуатационная служба неоднократно делала переврезку напорного трубопровода, исключая участки с высокой степенью обрастания твердыми отложениями.

С целью сокращения затрат на ремонтные работы напорные участки прокладывали не в траншее, а на поверхности земли, оставляя их открытыми, что приводило почти к ежегодным переврезкам. Как выяснилось позже, охлаждение стоков интенсифицировало процесс кристаллизации.

Специалисты кафедры «Водоснабжение и водоотведение» НГАСУ в течение длительного периода (1984–1988 годы) изучали причины развития процессов кристаллизации и способы их замедления или полного исключения. Были разработаны рекомендации по снижению интенсивности процессов кристаллизации и по способу удаления кристаллических образований, однако администрация свинокомплекса сочла затратным их выполнение. В конце 1996 г. ситуация на сооружениях стала настолько катастрофичной, что дирекция свинокомплекса приняла решение отключить локальные очистные сооружения канализации из эксплуатации и сбрасывать без обработки производственные сточные воды свинокомплекса и хозяйственно-бытовые стоки пос. Криводановка на очистные сооружения канализации г. Новосибирска. Повышение нагрузки по поступающим загрязнениям на городские сооружения канализации определило изменение технологического режима их работы и увеличение эксплуатационных затрат, так как в результате потребовалось включение дополнительно мощного нагнетателя воздуха для обеспечения оптимального насыщения кислородом в аэротенках обрабатываемых сточных вод.

В сентябре–декабре 2009 г. по просьбе администрации Кудряшовского свинокомплекса специалистами ООО «Полимер» и НГАСУ были проведены работы по усовершенствованию действующей технологии очистки производственных стоков. На период выполнения этих работ сточные воды из свинарников проходили через дуговые сита и откачивались на городские очистные сооружения канализации.

В 2010 г. вместо сит установлены сепараторы, обеспечивающие более эффективное извлечение из навоза сточной жидкости. После сепараторов значения ХПК практически не изменились и составляют 7000–9000 мг/л, концентрация аммонийного азота 300–600 мг/л, фосфатов 100–250 мг/л, концентрация взвешенных веществ снизилась до 5000–6000 мг/л.

02_11_ris_01

Присутствующая в сточных водах взвесь без введения коагулянтов или флокулянтов осаждается плохо. Цель исследовательских изысканий заключалась в разработке такого метода очистки, который позволил бы максимально извлекать загрязнения на стадии механической очистки производственных стоков. Исследования проводились на натуральной сточной жидкости свинокомплекса с использованием следующих флокулянтов и комплексонов: «Zetag 92», «Praestol 853», Каустамин, ВПК 402, оксихлорид алюминия, Каустамин + оксихлорид алюминия, ВПК 402 + оксихлорид алюминия (рис. 1).

В ходе исследований установлено, что для максимального изъятия коллоидных частиц наиболее эффективным и экономичным является введение комплекса ВПК 402 + оксихлорид алюминия. Дозы флокулянта ВПК 402 18–50 мг/л и оксихлорида алюминия 4–10 мг/л повышают эффективность осаждения взвешенных частиц с 25 до 86–89%. Оседающий в первичных отстойниках осадок следует направлять на обезвоживание, причем из-за отсутствия свободных иловых карт рекомендовано применять механическое обезвоживание осадка на фильтр-прессах.

В январе–мае 2010 г. на очистных сооружениях канализации г. Новосибирска специалистами НГАСУ совместно с сотрудниками «Горводоканала» были проведены опытные лабораторные исследования по изучению способа реагентного (с помощью флокулянтов) подавления «вспухания» активного ила, проявляющегося как следствие влияния очистки стоков свинокомплекса, особенно при низком содержании растворенного кислорода в аэротенках (рис. 2).

В процессе исследований необходимо было установить эффективность и продолжительность использования реагентов. Основными критериями при оценке метода подавления «вспухания» активного ила явились два показателя: иловый индекс ила и состояние простейших микроорганизмов-индикаторов. В ходе эксперимента контролировались содержание растворенного кислорода, реакция среды рН и ХПК. При этом использовались два флокулянта: «Zetag 8180» и «Super Floс С-496 НMW».

Исследования проводились как в статических, так и в динамических условиях. Из аэротенков отбирали «вспухший» активный ил с повышенным иловым индексом 250–350 мл/г, разливали в цилиндры емкостью 1 л, вводили флокулянт, через 30 мин замеряли объем осевшего ила. После этого ил аэрировали в течение часа и вновь вводили флокулянт. Цикл повторяли семь раз, исследуя оба флокулянта. Гидробиологический анализ активного ила указывал на ухудшение состояния активности микроорганизмов после пятикратного введения флокулянта.

Из исследованных реагентов наиболее эффективным и экономичным оказался флокулянт «Super Floс С-496 НMW» при дозе 0,4 мл/л 0,1-процентного раствора. Установлено, что применение флокулянтов в качестве метода борьбы со «вспухшим» активным илом эффективно только при кратковременном его введении в сооружения биологической очистки сточных вод (не более пяти суток). После пятисуточного ввода флокулянта наблюдается угнетение активности микроорганизмов, через 10 суток активный ил практически не жизнеспособен. Данный метод подавления «вспухания» активного ила приемлем, если это явление наблюдается эпизодически и необходимо сохранить биомассу аэротенка. При постоянном действии факторов, провоцирующих «вспухание» активного ила, использование флокулянта ни экономически, ни экологически, ни технологически нецелесообразно.

02_11_ris_02

В сентябре 2010 г. администрация Кудряшовского свинокомплекса обратилась к специалистам кафедры «Водоснабжение и водоотведение» НГАСУ с просьбой обследовать нефункционирующие локальные очистные сооружения канализации и подготовить рекомендации по возобновлению их работы. Предстоит разработать три варианта реконструкции сооружений. Согласно первому варианту, производственные стоки предполагается очищать до качества хозяйственно-бытовых: БПК_полн ивзвешенные вещества – 200 мг/л. Во втором варианте сточные воды будут подвергаться полной биологической очистке с доведением БПК_полн до 15 мг/л, взвешенных веществ – до 15 мг/л, аммонийного азота – 8 мг/л, фосфора – 2 мг/л. В третьем варианте будет предусмотрена очистка сточных вод до показателей, которые позволят использовать их в системе оборотного водоснабжения свинокомплекса для гидросмыва навоза в свинарниках.

Выводы

Залповый сброс в городскую канализацию неочищенных высококонцентрированных производственных стоков свинокомплекса может послужить причиной развития в биологической системе нитчатых бактерий, провоцирующих «вспухание» – рост илового индекса активного ила. Улучшение качества сбрасываемых производственных стоков от свинокомплекса возможно благодаря введению комплекса реагентов (ВПК 402 + оксихлорид алюминия) на стадии локальной механической очистки, при этом извлекается основная масса загрязнений. Использование реагентов, оптимально 0,1-процентного раствора флокулянта «Super Floс С-496 НMW» в количестве 0,4 мл/л, целесообразно только для кратковременного подавления «вспухания» активного ила с целью сохранения биомассы в аэротенках и вторичных отстойниках.

* Амбросова Г. Т., Санников В. А., Ксенофонтова О. В. Причины образования твердых отложений в системах водоотведения свинокомплексов и способы их устранения. – Новосибирск, НГАСУ (Сибстрин), 2004.