Плідна співпраця – шлях до технічного розвитку

Плідна співпраця – шлях до технічного розвитку

У 1990 р. група харківських вчених та інженерів створила трубчастий аератор оригінальної конструкції з полімерних матеріалів та розробила технологію його виготовлення. Це було основою для організації у Харкові науково-виробничої фірми «Екополімер», де розпочато промислове виробництво трубчастих полімерних аераторів.

Дослідження та перший досвід впровадження аераторів у тісній співпраці з ДКП «Харківкомуночиствод» підтвердили, що за технологічними параметрами вони опинилися серед кращих, відомих на той час у світовій практиці.

Саме на Диканівських очисних спорудах м. Харків випробовувалися перші конструкції полімерних аераторів типу «Аква-Лайн» та відпрацьовувалися їхні технічні характеристики.

До цього часу для біологічної очистки стічних вод на очисних спорудах м. Харків, як і скрізь в СРСР, застосовувалися аераційні системи на основі фільтросних пластин. Можна перерахувати такі недоліки фільтросних пластин:

• великий опір;
• проблеми отримання однорідного розподілу повітря при приєднанні декількох пластин до одного повітропроводу;
• швидка кольматація;
• незручність видалення зацементованих пластин, якщо відбулося їхнє руйнування або забруднення;
• велика тривалість монтажу, що досягає декількох місяців для одного аеротенку;
• необхідність у спеціальних водоскидних стояках.

Крихкість фільтросів призводила до їх руйнування, викиду водоповітряних бурунів та зниження концентрації розчиненого кисню (рис.1).

Рис.1. Зруйнований канал фільтрування

Усі ці недоліки були виключені в конструкції трубчастих полімерних аераторів «Екополімер». Унаслідок цього, починаючи з 1993 року, і досі керівництво ДКП «Харківводоканал» спільно з компанією «Екополімер» планомірно реконструювало всі аеротенки Безлюдівських та Диканівських очисних споруд із використанням аераторів «Аква-Лайн».

 

Рис.2. Аеротенк після реконструкції – встановлені системи аерації «Аква-Лайн»

Крім того, у первинних та вторинних відстійниках були реконструйовані переливи, напівзанурювальні дошки, склянки-відбивачі з використанням полімерних конструкцій (рис.3).

Рис.3. Вторинні відстійники після реконструкції

Досвід експлуатації аераторів «Екополімер» в аеротенках виявився затребуваним при ліквідації наслідків великої аварії на головній насосній станції Диканівських очисних споруд у 1995 р.

Після аварії скидання частини неочищених господарсько-побутових стічних вод призвело до того, що у воді річки нижче скидання стічних вод із Диканівських очисних споруд вміст кисню становив лише 1,5-1,8 мг/л. Значно перевищували ГДК компоненти групи азоту.

Для запобігання забруднення річки Сіверський Донець та інтенсифікації процесів самоочищення річок Лопань та Уди було прийнято дуже ефективне рішення: встановлені тимчасові водоочисні споруди, які дозволили в екстремальних умовах знизити концентрацію домішок, що надходять разом зі стічними водами до річок.

Було встановлено системи біологічної очистки води з використанням мікроорганізмів, іммобілізованих на носіях із різних матеріалів.

Системи біологічної очистки води, запропоновані Українським науковим центром охорони вод Мінекобезпеки України (УкрНЦОВ) та Інститутом колоїдної хімії та хімії води НАН України (ІКХХВ), складалися з кількох ліній різних носіїв активної біомаси.

Установки були оснащені аераційними модулями, що запроєктовані АТ «Харківський Водоканалпроєкт» з використанням аераторів НВФ «Екополімер». Аераційна установка була розміщена на ділянці річки, що має тут ширину близько 12 м.

Аерація здійснювалася на ділянці довжиною 120 м при укладанні поперек річки батогів аераторів довжиною 10 м з кроком 1 м на глибині 1,5 м, тобто загальна довжина аераційної системи становила 1200 м.

Рис.4. Аераційний модуль на річці

Подача повітря для аерації здійснювалася турбоповітродувками. Повітря від повітродувок подавалося до блоків аераторів трубопроводом у розподільчий колектор, покладений уздовж берега річки.

Результати аналізу роботи цих споруд показали суттєве покращення якості води у річці Лопань на виході із зони штучної аерації. Найбільшу ефективність показала комбінована система, що складається з аераторів НВФ «Екополімер» та модулів ІКХХВ з носіями типу «Вій».

Керівництво ДКП «Харківкомуночиствод» завжди прагнуло застосовувати нові ефективні розробки в галузі очищення стічних вод. Саме І.В. Корінько, перший із керівників водоканалів, оцінив перспективність нової конструкторської розробки «Екополімер» – аераторів АКВА-ТОР.

Аератори АКВА-ТОР є удосконаленими дисковими аераторами, розробленими фахівцями НВФ «Екополімер». При створенні цих аераторів було враховано недоліки існуючих дискових аераторів, а також використано новітні технологічні ноу-хау «Екополімер».

АКВА-ТОР являє собою модуль, що аерує, з кільцеподібним диспергатором, що має центральний отвір для проходу води. Виконання диспергатора кільцеподібним дозволяє воді разом із мулом, що знаходиться на дні аеротенку, підніматися крізь центральний отвір (ерліфтний ефект), що сприяє турбулізації потоку на поверхні повітряних бульбашок і, в такий спосіб, прискоренню процесів насичення води киснем.

Другим наслідком наявності отвору для проходу води всередині кільцевого аератора є зміна структури водоповітряного смолоскипа, який практично не стискається. Внаслідок цього коалесценція повітряних бульбашок суттєво слабшає та коефіцієнт масопередачі зростає. Експериментально доведено, що кільцеподібна конструкція призводить до підвищення коефіцієнта масопередачі на 15 – 20%.

Рис.5. Форма водоповітряного смолоскипа аератора АКВА-ТОР

У 1999  р. система аерації АКВА-ТОР вперше була впроваджена на очисних спорудах м. Харків. Монтаж системи виконано у чотирикоридорній секції аеротенку на Безлюдівських очисних спорудах (м. Харків).

 

Рис.6. Перша конструкція АКВА-ТОР, яка була встановлена на Безлюдівських очисних спорудах

У серпні 1999 р. систему аерації було введено в експлуатацію, і вона довела свою економічність і ефективність, і навіть показала необхідні шляхи вдосконалення продукції.

Зараз АКВА-ТОР М (модернізований) – це унікальний надпотужний аератор з еластичною пористою мембраною, аналогів якого немає навіть у європейських виробників аераційних систем. Продуктивність 1-го аератора АКВА-ТОР дорівнює 3-м стандартним 12-дюймовим мембранним аераторам. Питомі економічні характеристики аератора (перенесення кисню на один аератор) такі, що роблять цей аератор особливо вигідним для застосування на великих станціях біологічної очистки.

Таким чином, перші дослідження нової конструкції тороподібного аератора на спорудах м. Харків дозволили згодом створити унікальний високоефективний аераційний елемент, яким зараз оснащуються сучасні очисні споруди великих водоканалів.

 

Рис.7. Аератори АКВА-ТОР М (модернізовані) встановлені на найбільших у Європі очисних спорудах 

Однак аератори власними силами не можуть вирішити всіх проблем очищення стічних вод. Традиційне біологічне очищення дозволяє видалити основну масу органічних забруднюючих речовин, але не може забезпечити достатню, за вимогами сьогодення, глибину видалення сполук азоту та фосфору.

У даний час технологія очищення стічних вод на очисних спорудах не дає змоги стабільно забезпечити нормативні вимоги на скидання у водний об'єкт за низкою показників (таких як група азоту та фосфору). Основна причина полягає в тому, що споруди запроєктовані та збудовані 50-60 років тому за технологічною схемою, що відповідає нормам того часу.

За минулі роки в галузі очищення стічних вод та обробки осаду відбулися суттєві зміни, які торкнулися буквально кожного процесу: механічного очищення, біологічного очищення, відстоювання, знезараження, обробки осаду.

Для інтенсифікації процесів окислення органічних речовин та виведення із системи сполук азоту та фосфору найбільшого поширення набула технологія нітри-денітрифікації та біологічного видалення фосфору. Для її реалізації необхідно організувати анаеробні та аноксидні (безкисневі) зони. Організація таких зон дозволяє підвищити ефективність видалення органічних речовин, сполук азоту та фосфору.

Технологічні схеми очищення стічних вод від сполук азоту та фосфору дуже різноманітні та залежать від конкретних параметрів очищення, тому фахівці «Екополімеру» на очисних спорудах м. Харків провели дослідницькі роботи з визначення параметрів очищення.

Аналіз даних щодо якості стічних вод дозволив сформулювати вихідні дані для розрахунків за розробленою в «Екополімері» програмою «ЕкоСім 3P». Результати розрахунків дозволили вибрати найбільш ефективну технологічну схему (розташування зон нітрифікації-денітрифікації) в існуючих аеротенках, при забезпеченні якості очищення стічних вод за сполуками азоту та фосфору на рівні ГДК рибогосподарських водойм першої категорії.

Рис.8. Запропонована технологічна схема роботи аеротенка

На основі результатів цих досліджень компанія «Екополімер» розробила проєктно-кошторисну документацію на технологію глибокої очистки стічних вод від біогенних сполук азоту та фосфору для експериментальних блоків КБО «Безлюдівський» та КБО «Диканівський».

Запроєктована технологічна схема нітри-денітрифікації дозволить знизити енергоспоживання на аерацію (оскільки замість розчиненого кисню для окислення органіки в зоні денітрифікації використовується кисень нітритів та нітратів). За розрахунками споживання повітря на аерацію буде знижено приблизно 25–30%.

Упровадження зазначеного проєкту дозволить суттєво покращити екологічний стан річок Сіверський Донець та довкілля.

Досвід роботи компанії «Екополімер» із модернізації та ретехнологізації очисних споруд у співпраці з фахівцями КП «Харківводоканал» дозволяє з упевненістю вважати, що така робота приведе до загального успіху під час реалізації проєктів.

Ю. М. Мешенгісер

Виробничо-практичний журнал

"Водопостачання та водовідведення" №1 2015