В журнале «НДТ» № 5-2023 специалисты МУП «Водоканал» г. Екатеринбурга А.Ю. Маренинов и Н.Б. Помосова опубликовали статью, в которой подробно описано решение серьезных проблем водоснабжения города: дефицит водных ресурсов в источниках водоснабжения города и ухудшение экологической обстановки основного водного объекта вследствие сброса промывных вод от фильтровальных сооружений.
Применена технология, позволяющая повторно использовать промывную воду, и организована обработка осадка, образующегося на фильтровальных сооружениях. Участок ультрафильтрации обеспечивает очистку промывной воды до качества, соответствующего питьевой воде. Обезвоживание и утилизация осадков, образующихся на отстойниках фильтровальной станции и в бассейнах участка ультрафильтрации, обеспечили резкое снижение сбросов в водный объект. Автоматизация технологических процессов гарантирует высокое качество и стабильность получаемой питьевой воды и осадка водоподготовки.
Предлагаем вниманию читателей краткий анонс публикации, предоставленный журналом «НДТ».
Предпосылки проекта
В 2008 г. перед МУП «Водоканал» стояла задача по разработке проекта, способного решить ряд существенных проблем:
- Дефицит водных ресурсов, в источниках водоснабжения города, связанный с малой проточностью (нехватка сырой воды исходной воды для производства питьевой воды станциями водоподготовки).
Водоснабжение города, осуществляется от реки Чусовой по системе водохранилищ. Последним в каскаде водохранилищ является Волчихинское. Также существует возможность переброски воды из Нязепетровского водохранилища. Воду приходится перекачивать на расстояние более 200 км, что приводит к большим финансовым затратам.
- Ухудшение экологической обстановки основного водного объекта Екатеринбурга вследствие сброса промывных вод от фильтровальных сооружений.
Основная станция водоподготовки в Екатеринбурге − Западная фильтровальная станция (ЗФС), с фактической производительностью 400 тыс. м3/сут. В процессе водоподготовки образуется около 60 тыс. м3/сут промывной воды, которая по проектной схеме сбрасывалась в шламонакопитель. Вследствие многолетнего сброса, шламонакопитель, построенный в 1970-х годах, был переполнен, что приводило к превышению нормативов допустимого сброса на выпуске.
Требовалось решение экологического вопроса по восстановлению (реабилитации) водного объекта, куда осуществляется сброс промывных вод из шламонакопителя ЗФС.
Также стояла задача снижения экологических платежей за счёт уменьшения объема промывных вод от станции водоподготовки, поступающих в шламонакопитель и далее в водный объект.
Собственные нужды ЗФС доходили до 20 %. Необходимо было выработать перейти к рациональному использованию водных ресурсов путём снижения расходов воды на собственные нужды станции и ее очистки до питьевого качества. .
Для решения этих проблем требовалось:
- Применить технологию, позволяющую повторно использовать промывную воду.
- Организовать обработку осадка, образующегося на фильтровальных сооружениях.
Было принято решение о строительстве участка ультрафильтрации, который решит задачи:
- Очистка промывной воды до качества, соответствующего питьевой воде.
- Обработка, обезвоживание и утилизация осадков, образующихся на отстойниках фильтровальной станции и в бассейнах цеха ультрафильтрации.
- Резкое снижение сбросов в водный объект.
- Обезвоживание осадка.
- Максимальная автоматизация технологических процессов, обеспечивающая высокое качество и стабильность получаемой питьевой воды и осадка водоподготовки.
Опыт эксплуатации установки ультрафильтрации
Для обработки промывных вод за основу была принята технология вакуумной ультрафильтрации.
Технология ультрафильтрации более компактная по сравнению с классическими технологиями водоподготовки. При сопоставимых объёмах обработки, площадь мембранных установок значительно меньше. Применение ультрафильтрации ‒ хорошее решение для предприятий с ограниченным пространством.
Проект участка ультрафильтрации разработан в 2008 г., реализация началась в 2009 г., запуск осуществлен в 2013 г., а в 2014 г. участок заработал с полной нагрузкой и подачей воды в сеть города.
Для надежной работы установки ультрафильтрации требуется строгое соблюдение режимов эксплуатации. Из общего объёма поступающей промывной воды участок подаёт до 92 % чистой воды, а 8 % − в виде концентрата отправляются на обезвоживание. Фильтроцикл мембранной линии составляет 10 мин., затем линия промывается обратным потоком воды. Во время промывки включается воздуходувка для аэрации мембран, воздух сбивает налипшие загрязнения с поверхности волокон.
При обслуживании мембран, проводятся реагентые промывки с применением гипохлорита натрия для очистки от органических загрязнений и смесь серной и лимонной кислот для очистки от минеральных загрязнений. Продолжительность промывки ‒ 2 часа. Каждая линия промывается реагентами 1 раз в неделю. В холодный период года промывки проводятся теплой водой. Один раз в год осуществляется регенеративная промывка мембран с большей концентрацией реагентов продолжительностью 6 часов. Данные режимы промывок были подобраны во время наладочных работ, их неукоснительное соблюдение продлевает срок службы мембран.
Мембранная технология зарекомендовала себя как надежная, не происходило серьёзных поломок. Согласно показателям работы участка ультрафильтрации, а также обследованию, проведенному в 2019 г., состояние мембран соответствует изначальным характеристикам. Пропускная способность, вакуум, фильтроцикл, дозы реагентов, а самое главное качество чистой воды не изменились. Фактическое состояние мембран за 10 лет работы стабильно удовлетворительное.
Совместная обработка промывной и исходной воды
Участок ультрафильтрации разрабатывался под реконструкцию ЗФС с уменьшением объёмов промывной воды, в результате проекта реализована возможность обработки исходной воды из водохранилища. Проведена работа по изучению совместной обработки промывной и исходной воды, а также обработка только исходной воды.
На участке ультрафильтрации за счет обработки промывной воды до питьевого качества собственные нужды станции снизились с 20 до 4 %, благодаря чему произошло снижение объема забора воды из водохранилища.
Уменьшились объёмы сбросов в шламонакопитель в 3 раза, с 60 до 20 тыс. м3/сут, масса сброса загрязняющих веществ ‒ до 10 раз, и существенно снизились экологические платежи.
Особенности применения мембранной технологии
Несмотря на положительные стороны мембранной технологии, следует отметить особенности ее применения. Главными факторами низкой распространённости установок ультрафильтрации для обработки больших объёмов воды являются:
высокая начальная стоимость мембранных модулей;
большое количество специфического технологического оборудования.
В отличие от классической технологии водоподготовки, где вода проходит сооружения самотеком, на мембранных установках все процессы протекают под вакуумом или давлением. Требуется применение сложной системы автоматического дозирования реагентов для обработки воды и промывки мембран. Оборудование нуждается в постоянном обслуживании и потребляет большое количество электроэнергии.
В связи с большим количеством оборудования и применением значительных объемов реагентов затраты на эксплуатацию мембранных установок выше, чем при применении классических методов водоподготовки.
На данном участке большая часть процессов автоматизирована, что приводит к снижению количества персонала, однако квалификация работников должна соответствовать уровню оборудования. Предъявляются повышенные требования к подготовке персонала для эксплуатации мембран, упор делается на понимание алгоритмов работы и тонкостей настройки технологического процесса.
Системы автоматики нуждаются в настройке и изменениях параметров в зависимости от технологического процесса. Персонал, работающий с реагентами, должен уметь готовить необходимые концентрации и подбирать дозы. Большое количество механического оборудования обязывает ремонтный персонал разбираться в особенностях конструкции и принципах работы оборудования.
В воде, поступающей на ультрафильтрацию необходимо контролировать марганец и железо в водорастворимой форме. Эти вещества способны забить поры мембранных волокон.
Высокие показатели качества и стабильность результатов
Очищенная вода имеет более высокие показатели качества и имеет стабильные результаты независимо от качества исходной воды. Показатели качества чистой воды всегда остаются стабильным и имеет лучшие показатели в сравнении с классической технологией водоподготовки (см. рис.). Основным фактором качества получаемой чистой воды является размер пор мембран, которые неизменны.
Рис. Сравнение мембранной технологии с классической двухступенчатой схемой водоподготовки
Себестоимость очистки 1 м3 на участке ультрафильтрации превышает классическую систему, однако с 2015 г. затраты снизилась в 2 раза за счет амортизации.
Выводы
В результате реализации проекта обеспечивается:
- Возврат в оборот 55 тысяч м3 промывной воды ежесуточно. Вследствие этого существенно сокращаются расходы воды на собственные производственные нужды, планируемый показатель потери воды в общем объеме не превышает 2 %. Снизился забор воды из источника и сократился существующий дефицит водных ресурсов на 20 млн м3 в год.
- Прекращается загрязнение природного водного источника промывными водами фильтровальной станции. Решается важнейшая экологическая задача – восстановление основного водного объекта города Екатеринбурга.
- Осадки фильтровальной станции перерабатываются до легко транспортируемой влажности (75 %) и утилизируются на специализированном полигоне, без вреда для окружающей среды города.
Как прочитать статью полностью узнайте здесь.