Опыт выполнения автоматизации локальных очистных сооружений канализации птицефабрики

А.В. Ромашко - 1, И. Ю. Бойко - 2, Е.Р. Марыкин - 3 и др - 4.

1. Ромашко Андрей Васильевич, ведущий инженер технологического отдела «МАЙ ПРОЕКТ», romashko@myproject.msk.ru 
2. Бойко Игорь Юрьевич, инженер технологического отдела «МАЙ ПРОЕКТ», boi@myproject.msk.ru
3. Марыкин Евгений Романович, руководитель проектов отдела маркетинга промышленных предприятий «МАЙ ПРОЕКТ», ompp@myproject.msk.ru 

Аннотация

Ключевые слова: автоматизированная система управления технологическим процессом (АСУ ТП), программно-технический комплекс (ПТК), пост местного управления, физико-химическая очистка, флотация, биологическая очистка, обработка осадков.

Цели и задачи

Целью выполнения описываемых в данной статье работ, выполняемых инженерной компанией «МАЙ ПРОЕКТ», являлись проектирование и запуск в работу автоматизированных локальных очистных сооружений канализации (ЛОС) трех птицефабрик: ООО «Агро-плюс» (г. Изобильный, Ставропольский край), АО «Птицефабрика Калужская» (группа «ПРОДО», Калужская обл.) и ООО «Тамбовская индейка» (группа Черкизово, Тамбовская обл.).

К современным требованиям к эксплуатации очистных сооружений канализации относятся: 1) снижение эксплуатационных затрат на очистку производственных сточных вод; 2) возможность непостоянного присутствия обслуживающего персонала.

Предварительное изучение состояния вопроса

Необходимость автоматизации очистных сооружений канализации описана учеными в 60-70-х годах XX века, в качестве обязательной нормы была представлена в СНиП II-32-74 [1]. С тех пор автоматизированные системы управления технологическим процессом (АСУ ТП) развиваются семимильными шагами и уже сложно представить современные локальные очистные сооружения по очистке сточных вод пищевых предприятий без АСУ ТП или, как минимум, без локальных узлов автоматизации.

Применение систем автоматизации позволяет избежать таких недостатков, как утомляемости обслуживающего персонала, его субъективности в оценке возникающих ситуаций, ограниченной скорости реакции на резкие изменения режимных параметров [2], сократить эксплуатационные расходы, в том числе на оплату труба персонала, а также минимизировать последствия аварийных ситуаций и т.п.

В статье рассмотрен опыт «МАЙ ПРОЕКТ» в проектировании и реализации процессов автоматизации очистных сооружений канализации мясной промышленности на примере ООО «Агро-плюс», АО «Птицефабрика Калужская» и ООО «Тамбовская индейка».

Основные результаты выполнения работ

Применение системы управления технологическими процессами на трех перечисленных выше объектах позволяет упростить эксплуатацию очистных сооружений канализации и снизить эксплуатационные затраты по их обслуживанию.

1. ООО «Агро-плюс», г. Изобильный, Ставропольский край

Руководством птицефабрики ООО «Агро-плюс» в 2016 г. ставилась задача специалистам АО «МАЙ ПРОЕКТ» по выполнению локальных очистных сооружений канализации «под ключ» с условием минимального необходимого времени на обслуживание ЛОС, а также снижения эксплуатационных затрат за счет применения программно-технического комплекса управления.

1.1. Краткое описание технологической схемы очистки сточных вод

Производственные сточные воды в количестве 900 м3/сут самотеком поступают в канализационную насосную станцию (КНС), откуда насосами перекачиваются в здание механической и физико-химической очистки производственных сточных вод.

Процесс очистки сточных вод состоит из следующих технологических узлов:

• Механическая очистка;
• Усреднение;
• Физико-химическая очистка методом напорной реагентной флотации.

Механическая очистка производственных сточных вод производится на шнековой решетке с прозором 2,0 мм. На решетках происходит задержание механических отбросов размером более 2 мм. Задержанные и обезвоженные отходы собираются в бункере и выгружаются с помощью затвора щитового в контейнер и затем вывозятся на утилизацию.

После решеток механически очищенные производственные сточные воды самотеком поступают на усреднение для сглаживания пиковых поступлений сточных вод как по расходу, так и по химическому составу. Для предотвращения осаждения взвешенных и минеральных частиц в усреднителе устанавливается механическая мешалка. Предусмотрена работа мешалки как по таймеру, так и при достижении заданного уровня.

Подача сточных вод на установку напорной флотации осуществляется погружными насосами, установленными в усреднителе. Включение и выключение насосов происходит при достижении заданного уровня воды в усреднителе. Для измерения уровня сточных вод в усреднителе предусматривается уровнемер, который используется для определения степени наполнения усреднителя и управлением работой мешалок и подающего насосов.

Индикация показаний уровнемера и управление насосами и мешалками, установленными в усреднителе, предусмотрено от шкафа управления установкой напорной флотации.

Физико-химическая очистка методом напорной реагентной флотации. Механически очищенные производственные сточные воды из усреднителя насосами подаются в трубчатый флокулятор. Флокулятор оборудован пробоотборниками для отбора проб поступающих сточных вод на флотатор, а также для контроля установленных доз реагентов.

Предусмотрена следующая очередность ввода химических реагентов:

1. коагулянт;
2. гидроксид натрия;
3. флокулянт.

Удаление нерастворенных загрязнений из сточных вод реализовано на установке напорной реагентной флотации, разработанной специалистами АО «МАЙ ПРОЕКТ» по уникальной технологии «MY DAF». Общий вид цеха физико-химической очистки показан на рисунке 1.

Растворение воздуха в воде происходит в сатураторе. Воздух в сатуратор подается от компрессора. Часть воды осветленной на флотаторе отбирается рециркуляционным насосом и подается в сатуратор, где достигается эффективное растворение воздуха в воде, после чего насыщенная воздухом вода смешивается с производ-ственными сточными водами, прошедшими через флокуля-тор, для разделения в установке напорной флотации.

Флотопена с поверхности флотатора собирается скребками в карман для флотопены. Для откачки флотопены из сборного кармана предусмотрен шнековый насос. Флотопена перекачивается в резервуар осадка.

Насос откачки флотопены работает в периодическом режиме от двухконтактного электродного уровнемера, установленного в кармане сбора флотопены.

В процессе обработки сточной воды в нижней части флотатора происходит образование осадка. Для отвода осадка установлен отсечной клапан с пневмоприводом. Клапан отвода осадка работает в таймерном режиме. Осадок из флотатора за счет гидростатического давления отводится в горизонтальную песколовку, в которой оседают тяжелые минеральные примеси. Осветленная вода отводится в усреднитель.

Для интенсификации процесса флотации в очищаемую воду дозируется раствор коагулянта и флокулянта, а для регулировки показателя рН подается раствор гидроксида натрия.

В ходе проведения пусконаладочных работ в качестве коагулянта использовались следующие реагенты:

• жидкий полиоксиалюминиум хлорид, Аква-Аураттм18, с содержанием активного вещества Al2O3 17% . Расход реагента составил 7,5-15 л/час;
• 40%-ный раствор хлорида железа (III) с содержанием активной части 40%. Расход раствора хлорного железа зафиксирован в пределах 7,5-15 л/ч.

По результатам проведенного технико-экономического анализа в качестве коагулянта рекомендован к использованию 40%-ный раствор хлорида железа (III), который имеет меньшую закупочную стоимость, чем Аква-Аураттм18. Дозирование раствора коагулянта предусмотрено из IBC-контейнера.

Для подачи раствора коагулянта во флокулятор используются мембранные насосы-дозаторы с ручным регулированием расхода.

Для регулировки показателя рН сточной воды используется раствор гидроксида натрия (едкий натр). Для дозирования раствора гидроксида натрия используется мембранный насос-дозатор с автоматическим регулированием расхода. Дозирование раствора гидроксида натрия происходит из IBC-контейнера в точку дозирования во флокуляторе. Подача раствора гидроксида натрия производится автоматически по показателю рН поступающих сточных вод, однако возможен «ручной» режим подачи щелочи во флокулятор, когда оператор самостоятельно настраивает производительность насоса-дозатора щелочи.

При пусконаладочных работах использовался раствор товарного NaOH с концентрацией гидроксида натрия 40%, расчетная концентрация рабочего раствора щелочи после разведения составляла 8%. Расход 8%-ного раствора щелочи составлял 3,75-7,5 л/ч. Предусмотрена возможность дозирования раствора гидроксида натрия как в автоматическом режиме по показателю рН, так и в ручном режиме. Также предусмотрена возможность отключения насоса-дозатора щелочи ввиду приемлемых значений рН после флотации.

Узел приготовления и дозирования раствора флокулянта состоит из станции приготовления раствора флокулянта и шнекового насоса-дозатора раствора флокулянта. Сухой флокулянт засыпается оператором в воронку флокулянта станции. Для приготовления раствора флокулянта на станцию подается вода от станции повышения давления, запитанную из бака разрыва струи. Насосами-дозаторами раствор флокулянта подается в точку дозирования в флокуляторе.

Очищенные производственные сточные воды после физико-химической очистки на установке напорной флотации поступают в колодец отвода очищенных сточных вод и сбрасываются в городской коллектор.

1.2. Описание автоматизации технологического процесса

Управление всем технологическим оборудованием локальных очистных сооружений предусмотрено с сенсорной панели управления шкафа управления флотацией при помощи разработанного компанией АО «МАЙ ПРОЕКТ» программно-технического комплекса.

Программно-технический комплекс (ПТК) управления комплектом технологического оборудования физико-химической очистки производственных сточных вод ООО «АГРО-ПЛЮС» на базе флотационной установки, разработанной по уникальной технологии «MY DAF», предназначен для автоматизированного контроля и регулирования основных технологических параметров объекта, для обеспечения дистанционного автоматизированного управления технологическим процессом, для автоматической регистрации технологических параметров, протоколирования действий оператора и событий.

ПТК обеспечивает:

• автоматический сбор информации о ходе протекания технологического процесса;
• автоматическое регулирование основных технологических параметров;
• отображение технологических параметров и состояния технологического оборудования на панелях управления;
• дистанционное автоматизированное управление процессом;
• местное управление процессом;
• реализацию системы защит и блокировок;
• реализацию системы оповещения оператора при возникновении аварийных ситуаций.

Визуализированная информация представляется оператору на панели управления шкафа управления установкой напорной флотации и панели управления пульта местного управления. Общий вид мнемосхемы «Флотация» на панели управления показан на рисунке 2.

Оператор очистных сооружений при работе с сенсорной панелью имеет следующие возможности дистанционного управления:

• выводить работу локальных сооружений или отдельного оборудования из автоматического в ручной режим работы и обратно;
• выравнивать время наработки оборудования до наступления заданного времени их работы, например до 500 часов;
• изменять режим работы мешалки путем корректирования уставок времени ее работы и паузы;
• незначительно корректировать значение аварийного уровня воды в усреднителе, устанавливать уровни включения и выключения насосов и мешалки;
• устанавливать время «разгона» и «выбега» флотатора;
• корректировать периодичность включения скребкового механизма флотатора путем изменения уставок времени работы и паузы;
• уточнять высоту слоя флотошлама во флотаторе;
• изменять производительности насосов-дозаторов растворов реагентов в процентах от их максимальной производительности;
• вносить требуемые пределы автоматической корректировки рН сточных вод, например, от 6,5 до 8,5 или от 7,0 до 8,0;
• варьировать режимом работы насоса-дозатора раствора щелочи;
• отлаживать периодичность срабатывания клапана донного осадка флотатора путем изменения уставок времени работы и паузы;
• устанавливать время работы шнека-дозатора сухого флокулянта, механической мешалки и клапана перелива автоматической станции приготовления раствора флокулянта;
• получать предупреждения системы управления о критически низком уровне сухого флокулянта в загрузочной воронке автоматической станции приготовления раствора флокулянта;
• реагировать на аварийные сигналы системы управления при выходе из строя оборудования, контрольно-измерительных приборов, ПЧ или реле контроля фаз, достижения аварийных максимальных или критически низких уровней жидкости в технологических емкостях квитировать сообщение системы;
• получать информацию об оборудовании, находящемся в работе;
• останавливать работу локальных сооружений или отдельного оборудования.

Рисунок 2 - Мнемосхема сенсорной панели «Флотация»

На приведенной мнемосхеме в графическом виде предоставлено отображение состояния:

1. – автоматической станции приготовления раствора флокулянта;
2. – насоса подачи коагулянта;
3. – насоса подачи щёлочи;
4. – усреднителя с подающими насосами и мешалкой;
5. – компрессора;
6. – установки напорной флотации;
7. – режима работы очистных сооружений;
8. – органов управления режимом работы установки напорной флотации.

Применение системы автоматизации технологических процессов очистки сточных вод позволило упростить процесс эксплуатации очистных сооружений и сократить количество потребляемой электроэнергии, в том числе за счет периодической работы мешалки усреднителя вместо постоянного режима ее работы. По результатам реализации данного проекта компания ООО «АГРО-ПЛЮС» составила положительный отзыв о работе локальных очистных сооружений.

2. АО «Птицефабрика Калужская», пос. Льва Толстого, Калужской обл.

Проектные работы по реконструкции биологических очистных сооружений выполнялись ЗАО «Экополимер-М» (современное название – АО «МАЙ ПРОЕКТ») в 2013-2014 гг. Положительное заключение государственной экспертизы Калужской области получено в августе 2014 г. В настоящее время выполнены строительно-монтажные работы и поставка технологического оборудования, пусконаладочные работы – на этапе выполнения.

2.1. Краткое описание технологической схемы очистки сточных вод

Сточные воды, поступающие на очистные сооружения канализации ОАО «Птицефабрика Калужская» в количестве 5500 м3/сут, проходят механическую очистку, биологическую очистку, доочистку на песчаных фильтрах и обеззараживание, и далее сбрасываются в реку рыбохозяственного назначения. Обработка осадков предусмотрена механическим способом на шнековых сгустителях и ленточных фильтр-прессах.

Для данной статьи представляет интерес описание работы сооружений биологической очистки и обработки сырого осадка и избыточного активного ила.

Описание схемы работы биологической очистки. В процессе проектирования ретехнологизации существующих сооружений биологической очистки предусмотрена реализация технологии нитри-денитрификации по схеме Ludzack-Ettinger процесс, для чего в аэротенках запроектированы зоны перемешивания и аэрации. В зоне перемешивания для предотвращения осаждения ила предусмотрена установка погружных электромеханических мешалок. В зоне аэрации аэротенков предусмотрена аэрационная система на базе дисковых аэраторов производства ПП «Экополимер» (пос. Полотняный, Калужской обл.). Внутренняя рециркуляция сточных вод в аэротенках осуществляется при помощи низконапорных погружных насосов внутреннего рецикла.

Воздух для аэрации сточных вод в аэротенках подается воздуходувками. Согласно проекту воздуходувки устанавливаются в существующем производственном корпусе. Регулирование производительности воздуходувок осуществляется при помощи преобразователей частоты (далее – ПЧ).

Разделение сточных вод и активного ила предусмотрено во вторичных вертикальных отстойниках.

Описание технологической схемы обработки осадков. При очистке сточных вод ОАО «Птицефабрика Калужская» образуются следующие виды осадков:

• грубые отбросы, задерживаемые на решетках, по мере накопления вывозятся грузовым автотранспортом на полигон ТБО;
• обезвоженный песок также вывозятся на полигон ТБО;
• сырой осадок из первичных отстойников откачивается в резервуар осадка, смешивается с уплотненным избыточным активным илом;
• избыточный активный ил от сооружений биологической очистки механически сгущается, смешивается с сырым осадком в резервуаре осадка и обезвоживается на ленточных фильтр-прессах.

Избыточный активный ил перекачивается насосами на дисковые сгустители, расположенные в здании механической очистки и обезвоживания осадка. Регулирование производительности насоса избыточного активного ила осуществляется при помощи ПЧ. Для улучшения водоотдающих свойств избыточного ила, перед процессом сгущения к избыточному илу добавляется раствор флокулянта. Дозирование раствора флокулянта осуществляется насосами-дозаторами, установленными в здании механической очистки и обезвоживания осадка.

Приготовление рабочего раствора флокулянта производится на установках приготовления химических растворов из сухого порошка.

Сгущенный активный ил накапливается в резервуаре осадка, куда также подается сырой осадок и всплывающие вещества из первичных отстойников. Для предотвращения заиления резервуара осадка в нем устанавливается электромеханическая погружная мешалка.

Из резервуара смесь осадков подается насосами на механическое обезвоживание. Регулирование производительности насосов избыточного активного ила осуществляется при помощи ПЧ. Механическое обезвоживание осадков до проектной влажности 78% осуществляется на ленточных фильтр-прессах. Осадок из резервуара подается во флокулятор фильтр-пресса, для улучшения водоотдающих свойств осадка туда же насосами-дозаторами дозируется раствор флокулянта.

Сфлокулированный осадок в самотечном режиме поступает на ленточные фильтр-пресса. Обезвоженный осадок автотранспортом вывозится на полигон ТБО для захоронения.

Фильтрат и промывная вода от дисковых сгустителей и ленточного фильтр-пресса в самотечном режиме поступает в резервуар фильтрата. Обезвоженный избыточный активный ил вывозится на полигон ТБО.

2.2. Описание автоматизации технологического процесса

Наибольший интерес представляет запроектированный процесс автоматизации работы биологической очистки и цеха механического обезвоживания осадка.

2.2.1. Автоматизация сооружений биологической очистки

На данном объекте применены контрольно-измерительные приборы производства компании Endress&Hauser.

Проектом предусмотрено устройство трех операторских постов (ОП), на которые собирается вся необходимая информация для наблюдения за технологическими параметрами и состоянием технологического оборудования, относящегося к данному участку. Расположение операторского поста предусматривается:

• здании механической очистки и обезвоживания осадка ОП-1;
• в существующем производственном корпусе ОП-2;
• в здании доочистки сточных вод ОП-3.

Предусмотрено оперативное управление технологическим оборудованием:

• дистанционное управление с ОП;
• местное управление с постов местного управления (ПМУ).

Измерение количества сточных вод, поступающих на блок емкостей биологической очистки, производится по показаниям расходомера электромагнитного типа, серии Promag 50W3H. Показания расходомера выведены на операторский пост №2.

Измерение расхода воздуха, подаваемого воздуходувками, осуществлено при помощи термально-массового расходомера Proline t-mass B 150.

Технологический контроль концентраций взвешенных веществ, или дозы активного ила, и растворенного кислорода в аэротенках производится на стационарных приборах Endress&Hauser:

• Turbimax CUS51D – измерение дозы активного ила;
• Oxymax COS61D – измерение растворенного кислорода.

Данные о показаниях аналитических приборов выведены в операторский пост №2.

Предусмотрено автоматическое регулирование степени открытия и закрытия задвижек, устанавливаемых на воздухопроводах, подходящих к аэрационным системам аэротенков.

Регулирование производительности воздуходувки осуществляется по показаниям датчика давления, установленного на магистральном напорном воздуховоде. Таким образом реализовано автоматическое регулирование подачи воздуха в аэротенки в строгом соответствии с его требуемым количеством для прохождения технологического процесса. Применение системы автоматизации биологической очистки позволило упростить процесс эксплуатации очистных сооружений. Локальный контур управления расходом воздуха на практике позволяет получить экономию электроэнергии на 25-32% при работе воздуходувок по сравнению с постоянным нерегулируемым режимом их работой.

2.2.2. Автоматизация механического обезвоживания осадков

Механическое обезвоживание сырого осадка и уплотненного активного ила, образующихся на очистных сооружениях канализации АО «Птицефабрика Калужская», реализовано на модернизированных ленточных фильтр-прессах ЭФП-Л 1,0 производства ПП «Экополимер». Один из этих обновленных фильтр-прессов был показан на выставке «Экватек-2014» в Москве [3].

Все оборудование цеха механического обезвоживания запроектировано для периодического режима эксплуатации и предназначено для обработки конкретного количества осадка. Включение всего технологического оборудования в работу и его выключение осуществляется в автоматическом режиме по сигналам уровнемеров емкости с осадком. Оборудование цеха механического обезвоживания обрабатывает заданный объем осадка и выключается автоматически. Дозирование раствора флокулянта предусматривается пропорционально расходу поступающего осадка и уточняется в процессе выполнения пусконаладочных работ. Станция приготовления раствора флокулянта работает полностью в автоматическом режиме и не требует вмешательства оператора, кроме случаев засыпки флокулянта в загрузочную воронку. Промывка фильтр-пресса осуществляется в автоматическом режиме, на трубопроводах подачи промывной технической воды установлены датчики давления для предупреждения диспетчера о снижении давления в сети технической воды ниже 5 бар с выводом соответствующего сообщения в шкаф управления. В случае выхода из строя подающих насосов осадка, насосов флокулянта, фильтр-пресса и т.п. система управления подает сигнал «Авария» и все технологическое оборудование цеха механического обезвоживания автоматически выводится из работы. После завершения процесса обработки осадка на ленточном фильтр-прессе промывной насос продолжает промывку лент фильтр-пресса по заданному алгоритму, после чего также отключается.

3. ООО «Тамбовская индейка», Первомайского района Тамбовской области (Группа «Черкизово»)

В 2015 г. компания АО «МАЙ ПРОЕКТ» выполнила проектирование и поставку технологического оборудования локальных очистных сооружений птицефабрики ООО «Тамбовская индейка». В настоящее время выполняются строительно-монтажные работы локальных очистных сооружений.

В данном проекте представляет интерес система автоматизации биологической очистки: узла разделения иловой смеси с помощью погружных половолоконных ультрафильтрационных мембран. Согласно проекту работа мембранного биореактора (далее – МБР) полностью автоматизирована, в последующем не потребуется постоянного присутствия обслуживающего персонала для его эксплуатации.

Автоматизация работы МБР позволит снизить так называемый «человеческий фактор» при его эксплуатации, т.е. исключить ошибки, которые может допустить обслуживающий персонал при работе с системой управления МБР.

Выводы

Применение системы автоматизации технологических процессов очистки сточных вод на локальных очистных сооружениях канализации позволяет упростить процесс их эксплуатации и сократить количество потребляемой электроэнергии оборудованием. В настоящее время непременным условием при проектировании очистных сооружений является разработка автоматизированной системы управления технологическим процессом. Компания «МАЙ ПРОЕКТ» реализует индивидуально разработанные схемы автоматизации очистных сооружений «под ключ» как на пищевых предприятиях [4-6], так и на городских очистных сооружениях [7].

 

Список литературы

1. СНиП II-32-74 «Канализация. Наружные сети и сооружения». М.: ГОСТРОЙ СССР. - 1975 г., с. 74.
2. Рульнов А.А., Евстафьев К.Ю. Автоматизация систем водоснабжения и водоотведения. М.: Инфра-М., 2007. – с. 178.
3. Журба М.С., Фомин И.И., Левченко О.В. Создание высокотехнологичных комплексов очистки сточных вод на основе оборудования компании «Экополимер» // «Водоснабжение и санитарная техника», №10, 2015. – с.51-65.
4. Ромашко А.В., Бойко И.Ю., Марыкин Е.Р. Опыт реализации локальных очистных сооружений мясоперерабатывающих предприятий // «Мясная сфера», №5(108), 2015. - с. 76-77.
5. Мазняк З.А., Есин М.А., Ромашко А.В. Очистка сточных вод: индивидуальный подход и проекты «под ключ» // «Мясная сфера», №1(92), 2013. - с. 64-65.
6. Щетинин А.И., Агафонкин В.В., Костин Ю.В., Томилов С.М. и др. Очистка сточных вод предприятий мясоперерабатывающей промышленности // «Водоснабжение и санитарная техника», №11, 2010. – с.39-48.
7. Есин М.А., Ромашко А.В. Комплексный подход к очистке городских и производственных сточных вод // «Водоочистка. Водоподготовка. Водоснабжение», №12, 2013. – с. 28-32.