Experience of Modernization of Settling Tanks and Clarifiers at Water Treatment Stations

Summary

Methods of the modernization of different designs of flocculators, settling tanks and clarifiers based on the use of thin-layer, recirculating flocculation and thin-layer deposition are presented. Advantages of the design of thin-layer cellular blocks developed by the authors and produced by the Ecoholding Closed Company are shown. Results of the long term (over 10 years) operation of modernized settling facilities in the systems of communal and industry water treatment at different compositions of natural water and various methods of their treatment are presented.

Key words:

water treatment , intensification , modernization , settling , thin-layer cellular blocks , flocculation

Download PDF

Необходимость модернизации камер хлопьеобразования, отстойников и осветлителей, эксплуатируемых на большинстве коммунальных, промышленных и энергетических предприятий страны, вызвана тем, что их производительность и качество осветленной воды не удовлетворяют современным требованиям водоподготовки. Это связано с конструктивными и технологическими недостатками этих сооружений, которые в настоящее время технически и морально устарели.

Неустойчивый турбулентный режим осаждения, низкие коэффициенты объемного использования, отсутствие эффективно работающей камеры хлопьеобразования являются основными причинами неудовлетворительной работы всех отстойных сооружений, построенных по типовым проектам. Указанные недостатки и, как следствие, низкое качество осветленной воды создают серьезные трудности в работе фильтров, увеличивая расходы воды на их промывку, а также препятствуют внедрению прогрессивных технологий умягчения, обессоливания и глубокой доочистки воды – метода ионообменной обработки «Апкор», ультрафильтрации и обратного осмоса.

Разработанные авторами технические решения позволяют комплексно улучшать гидродинамические условия таких важных для водоподготовки процессов, как хлопьеобразование, осаждение, гравитационное обезвоживание и уплотнение осадков, повышение равномерности распределения и сбора воды.

Предлагаемые методы модернизации камер хлопьеобразования, отстойников и осветлителей основаны на использовании тонкослойных элементов и включают в себя следующие технические решения.

1.В зоне осаждения устанавливаются тонкослойные отстойные модули, обеспечивающие устойчивый, близкий к ламинарному, режим осаждения в слоях небольшой высоты (5–10 см).

Применяемые в настоящее время на ряде объектов тонкослойные модули изготавливаются в виде ячеек или полок из жестких полимерных материалов, имеют значительную массу, создают трудности при транспортировке и хранении и самое главное – при монтаже. Жесткость конструкции и недостаточная чистота обработки поверхности материалов, из которых изготавливаются модули, повышают адгезию образующегося осадка к поверхности материала, что в свою очередь затрудняет его сползание в наклонных ячейках тонкослойной системы.

Разработанная авторами конструкция тонкослойных отстойных блоков, свариваемых из полиэтиленовой пленки толщиной 250–300 мкм методом экструдированной присадки, лишена этих недостатков и отвечает требованиям транспортабельности, прочности, долговечности, простоты монтажа и демонтажа, коррозионной устойчивости, имеет небольшую массу.

Существенным достоинством блоков из полиэтиленовой пленки, по сравнению с самонесущими отечественными блоками из жестких материалов, является более низкий коэффициент трения, а также наличие микроколебаний поверхности тонкослойных элементов, обеспечивающих постоянное сползание ранее выпавшего осадка (включая тяжелые известковые осадки) и отсутствие его накопления в объеме каждой ячейки.

Разработанная последовательность соединения пленки в сотовую конструкцию обеспечивает ее пространственную устойчивость и прочность. Сотоблок можно растягивать на рамы из уголков только по периметру, так как экструдированная присадка создает внутренний жесткий каркас.

Масса 1 м² (по площади зеркала воды) сотоблока, растянутого на рамы из уголков 25Ч25Ч4 см или 32Ч32Ч3 см, не превышает 20–25 кг, что является важным условием для оснащения осветлителей тонкослойными блоками, учитывая их значительную материалоемкость (рис. 1).

2. Тонкослойные хлопьеобразующие сотоблоки устанавливаются в камерах хлопьеобразования, встроенных в вертикальные или горизонтальные отстойники, а также в зонах взвешенного осадка осветлителей. Реализация процессов коагуляции и хлопьеобразования в замкнутом пространстве ячеистой конструкции значительно повышает их эффективность. Скоагулированная взвесь, поступающая в тонкослойные элементы, осаждается в слоях небольшой высоты и накапливается на их поверхности. Достигнув определенной критической массы, она сползает по резко наклонной (под углом 60) поверхности элемента и в концентрированном состоянии встречается с вновь образующимися хлопьями, являясь для них адгезионно-активной контактной средой.

3. При осветлении маломутных цветных вод, характеризующихся низкой щелочностью и особой сложностью образования способных к осаждению хлопьев, на распределительных трубах камер хлопьеобразования или в нижней зоне осветлителей устанавливаются низконапорные, низкоскоростные рециркуляторы, которые в дополнение к сотоблокам также способствуют повышению эффективности процессов хлопьеобразования и соответственно концентрации слоя взвешенного осадка. Рассчитанные по разработанной авторами методике рециркуляторы обеспечивают степень эжекции в пределах 20–25% (оптимальное значение) при потерях напора, не превышающих 0,3–0,4 м. Поэтому при их установке требуется только на 0,5 м поднять в смесителях или воздухоотделителях отметку излива поступающей на осветление воды.

4. Для увеличения коэффициента объемного использования отстойных сооружений и соответственно увеличения времени пребывания в них воды, приближая его к расчетному, а также для обеспечения равномерного распределения воды по всей площади тонкослойных элементов организуется новая рассредоточенная система сбора осветленной воды.

Для круглых отстойников и осветлителей используется система радиальных перфорированных труб, связанных с кольцевым транспортирующим желобом, от которого по лотку отводится осветленная вода. Для горизонтальных отстойников используется система поперечных сборных перфорированных труб и продольного транспортирующего лотка.

Предлагаемые технические решения являются оригинальными современными разработками, защищены патентами РФ (№ 38634 и 40297) и успешно прошли производственные испытания на станциях водоподготовки, работающих на разных по составу природных водах с использованием различных методов их обработки.

Впервые в 1998 г. по рекомендациям авторов была осуществлена реконструкция двух осветлителей ВТИ-380, расположенных на сооружениях химической водоочистки Каширской ГРЭС (установлены верхний ярус модулей и рассредоточенная сборная система). Наладочные работы реконструированных осветлителей проводились фирмой «ОРГРЭС». По результатам наладки были сделаны следующие выводы: «Выполненная химцехом модернизация предочистки дала возможность получить на отечественном серийном оборудовании, проработавшем более 25 лет, осветленную воду, по качеству отвечающую как отечественной нормативно-технической документации, так и более жестким требованиям изготовителей современных импортных ионитов. Качество осветленной воды характеризуется следующими показателями: взвешенные вещества – менее 1 мг/л; железо – менее 100 мкг/л; окисляемость – менее 2 мг/л; нестабильность – менее 0,05 мг-экв/л. Модернизация предочистки, получение осветленной воды с низким содержанием взвешенных веществ, железа, органики позволяет улучшить технико-экономические показатели существующих установок, а также обеспечить возможность внедрения современных технологий водоподготовки (обратный осмос, «Апкор», «Амберпак»)».

Вавгусте 2004 г. на новом блоке химической водоочистки Конаковской ГРЭС были введены в эксплуатацию два модернизированных осветлителя ВТИ-250И, работающие в режиме коагуляции, (установлены верхний ярус модулей и рассредоточенная сборная система). Качество осветленной воды удовлетворяет требованиям эксплуатации (по органическим веществам – 70–75%, по взвешенным веществам – 90–95%).

В 2004–2005 годах в цехе химической водоочистки Балтийской электростанции (г. Нарва, Эстония) были последовательно пущены в эксплуатацию два осветлителя ВТИ-400, работающие в режиме коагуляции с использованием сернокислого алюминия и флокулянта. Выполнена полная модернизация осветлителей, включая установку двух ярусов модулей, рециркуляторов и рассредоточенной системы сбора осветленной воды (рис. 2).

Реконструкция осветлителей № 1 и 2 позволила получить воду, полностью отвечающую требованиям нормативно-технической документации, современных технологий (мембранная технология), изготовителей ионообменных материалов, а также увеличить производительность почти в 2 раза (таблица).

С 2005 по 2010 г. на ОАО «Дорогобуж» последовательно выполняется модернизация четырех осветлителей ВТИ-250, на которых осуществляется осветление и реагентное умягчение (с помощью сернокислого железа и извести) воды верховья Днепра. По данным эксплуатации, модернизация осветлителей обеспечивает их более стабильную работу при повышенных (на 30–50%) нагрузках, снижение в осветленной воде концентрации органических веществ и железа, а также уменьшение расходов воды на собственные нужды за счет увеличения в 2–2,5 раза времени между продувками осветлителей.

В 2005 г. в ОАО «Новгородская генерирующая компания» была выполнена модернизация осветлителя ЦНИИ-400, которая обеспечила возможность повышения его производительности с 200–250 до 350–400 м³/ч при одновременном снижении содержания алюминия и органических загрязнений на 30–40% (установлены верхний и нижний ярусы модулей и рассредоточенная сборная система). Осветлитель работает в режиме коагуляции с использованием сернокислого алюминия и флокуляции с использованием отечественного полиакриламида.

В 2006 г. были введены в эксплуатацию модернизированные осветлители ВТИ-100 на Ивановской ГРЭС и два осветлителя ВТИ-250 на ТЭЦ № 2 в г. Саранске. Проведенная пусконаладка подтвердила эффективность их работы и целесообразность модернизации.

В 2007 г. был модернизирован один осветлитель ЦНИИ-250 на ТЭЦ г. Новомосковска. По сравнению с параллельно работающими осветлителями, при одинаковых показателях качества осветленной воды его производительность может быть стабильно увеличена в 1,5–1,7 раза. Кроме того, значительно снизились расходы воды на собственные нужды за счет уменьшения в 2 раза времени ежедневной продувки осветлителя, а также увеличения интервалов между его остановками (с 1,5–2 до 6–7 месяцев) для полной промывки и удаления осадка.

В декабре 2007 г. была пущена в эксплуатацию станция очистки воды производительностью 140 тыс. м³/сут в г. Нижнекамске (рис. 3). Проект выполнен ГСПИ «Союзводоканалпроект». В качестве первой ступени (по разработанным авторами рекомендациям) были применены тонкослойные отстойники в количестве 12 шт. со встроенными тонкослойно-рециркуляционными камерами хлопьеобразования. По сравнению с типовыми решениями объемы этих сооружений были уменьшены в 3 раза за счет более высоких расчетных удельных нагрузок. Это позволило наряду с очевидной экономией при строительстве обеспечить значительные технологические преимущества: высокий коэффициент объемного использования, равномерное распределение и сбор воды, надежную работу гидравлической системы удаления осадка.

Выводы

Практика эксплуатации модернизированных отстойников и осветлителей показала, что эти сооружения обеспечивают высокое качество очистки воды, увеличение производительности не менее чем в 1,5–2 раза, значительную экономию расходов воды на собственные нужды за счет уменьшения продолжительности и частоты продувок отстойных сооружений.

Российская ассоциация водоснабжения и водоотведения