VI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2014

Вода - это основа всей жизни. От того, насколько она чистая, напрямую зависит здоровье человека и состояние окружающей среды. Загрязнение воды приводит к росту числа инфекционных заболеваний. Очистка воды и стоков позволяет свести риск подобных заболеваний к минимуму.

Требования к качеству питьевой воды обязывают строить очистные сооружения, проводить специальную водоподготовку. Но и этих мер порой бывает недостаточно. В этом случае может возникнуть чрезвычайная ситуация, создающая угрозу не только природе, но и жизни человека.

Очистка сточных вод необходима для уменьшения количества вредных отходов жизнедеятельности и производств. Снижение уровня загрязнения сточных вод означает снижение загрязнения почвы и атмосферного воздуха. Очистка сточных вод должна выполняться с точным соблюдением всех правил и санитарных норм, которые обеспечивают безопасность человека и окружающей среды.

В настоящее время энергосбережение является одной из приоритетных задач, что связано с дефицитом основных энергоресурсов, возрастающей стоимостью их добычи, а также с глобальными экологическими проблемами. Энергосбережение - это реализация производственных, научных, технических, организационных, экономических и правовых мер, имеющих целью достижение экономически обоснованного значения эффективности использования энергетических ресурсов.

Энергосбережение при очистке сточных вод – актуальная задача на современном этапе развития инженерных систем и сооружений. В настоящее время на большей части очистных станций работают комбинированные схемы. Это, прежде всего, связано с высокими требованиями, предъявляемыми к очистке сточных вод от нефтепродуктов, а также сложностью состава поступающих стоков. Создание новых аэрационных устройств, внедрение физических методов интенсификации контакта газовой и твердой фаз позволяет говорить о том, что флотационный способ, учитывая его простоту и экономичность, может стать основным в очистке нефтесодержащих сточных вод.

В настоящее время разработана технология очистки сточных вод очистными сооружениями с использованием системы аэраторов пневмогидравлического (или струйного) типа.

Технология основывается на применении пневмогидравлического аэратора, предназначенного для использования в процессах биологической очистки хозяйственно-бытовых сточных вод в качестве аэрирующего и перемешивающего устройства. Насыщение сточной жидкости кислородом воздуха происходит с помощью мелкопузырчатой аэрации: в аэраторе вода смешивается с воздухом, и с большой струей выходят пузыри.

Данный способ позволяет отказаться от перемешивающих устройств, использующих дополнительную электроэнергию, и применить механизм получения вращательного движения только за счет гидро-аэродинамики самой струи. Когда разнесенные сопла аэраторов выпускают струю воздуха, они одновременно начинают вращаться.

Одно из направлений, которое нуждается в улучшении - это повышение эффективности процесса аэрации при одновременном снижении энергозатрат. Кроме того, необходимо, чтобы надежность единожды смонтированной системы была высокой, для чего аэрирующие устройства не должны засоряться или легко очищаться. В результате исследований, данная установка предоставляет возможность отказаться от использования электродвигателей.

Технологии озонирования в последнее время находят большее применение. Как правило, в таких технологических процессах требуется применение больших количеств озона высокой концентрации. В ближайшем будущем следует ожидать, что количество технологических процессов с использованием озона высокой концентрации будет возрастать. Поэтому будет расширяться производство озонаторов, позволяющих получать озон требуемого качества, и совершенствоваться их конструкция. [1]

Совершенствование конструкции озонаторных установок связано, наряду со снижением себестоимости и с повышением КПД генераторов озона, т. к. озон является достаточно дорогим химическим реагентом. Для получения больших количеств озона с высокой концентрацией наиболее эффективно применение генераторов озона, использующих барьерный разряд и работающих на кислороде. При этом для достижения максимального выхода озона с единицы поверхности электродов необходимо:

• обеспечить интенсивный отвод тепла от разрядного промежутка, исключающий разложение озона из - за перегрева;

• поместить диэлектрический барьер, имеющий высокую электрическую прочность и теплопроводность, с обеих сторон разрядного промежутка;

• снизить длину разрядного расстояния при условии сохранения постоянства этого расстояния во всей зоне разряда.

В ГНЦ ВЭИ им. В.И.Ленина разработан озонатор с высокими технико-экономическими характеристиками. Электроды генератора озона пластинчатой формы выполнены из нержавеющей стали толщиной 0,5 мм и изготавливаются штамповкой, что позволяет обеспечивать достаточно высокую точность геометрических размеров при длине разрядного промежутка порядка 500 мкм. В качестве диэлектрического барьера применена стеклоэмаль специального состава. Толщина сформированного стеклоэмалевого покрытия составляет 0,5 мм. Уменьшение разрядного расстояния до 0,5 мм при достаточной равномерности зазора между электродами позволило повысить концентрацию озона и снизить удельные энергозатраты из-за более равномерного распределения плотности мощности разряда в промежутке и улучшения теплоотвода из зоны разряда. Высокая равномерность разрядного промежутка исключает местные перегревы, ведущие к снижению концентрации озона и повышенному износу диэлектрического барьера.

Снижение длины разрядного расстояния также дает возможность уменьшить рабочее напряжение, что повышает надежность работы оборудования в целом. Высокая точность установки электродов позволяет увеличить удельную мощность разряда не за счет роста амплитуды питающего напряжения, а за счет повышения частоты (до 8 кГц), что также способствует увеличению надежности работы изоляции. [2]

Анализ опыта эксплуатации озонаторных устройств в 32 системах оборотного водоснабжения в США показал, что кроме полного обеззараживания при озонировании уменьшаются коррозия и накипеобразование, вызывающее снижение теплопередачи и увеличение гидравлических сопротивлений. В течение первых двух недель после перехода к озонированию ранее накопившаяся накипь размягчилась, а в последующие 2 недели отделилась от стенок, была вынесена водой и выпала в осадок в бассейнах градирен. Осадок содержал главным образом кальций, магний и кремний.

При испытаниях установки для очистки воды на основе глубокого окисления загрязняющих примесей озоном, непродолжительного отстаивания и фильтрования через зернистые фильтрующие материалы наблюдались подобные явления. Старые трубы, использующиеся для транспортировки воды, покрытые солевыми отложениями, постепенно очистились. На металлических поверхностях труб, узлов была обнаружена тонкая, пленка, сходная по свойствам с той, которая образуется под действием ингибиторов коррозии. Наблюдения в течение 1-2 лет на разных объектах показали уменьшение равномерной и питтинговой коррозии.

В подавляющем большинстве технологических схем водоподготовки завершающим процессом является фильтрование, в ходе которого из воды извлекаются не только дисперсии, но и коллоиды. В этом состоит отличие метода фильтрования от всех методов предварительной очистки воды.

Сущность метода заключается в фильтровании обрабатываемой воды, содержащей примеси, через фильтрующий материал, проницаемый для жидкости и непроницаемый для твердых частиц. При этом процесс сопровождается значительными затратами энергии. Однако, допускать большие потери напора в технике водоочистки можно лишь при обработке небольших количеств воды. Это определяет место фильтровальных сооружений в технологической схеме, т. е. в большинстве случаев фильтрование является завершающим этапом обработки воды и производится после ее предварительного осветления в отстойниках, флотаторах или осветлителях.

Фильтрующая загрузка является основным рабочим элементом фильтровальных сооружений, поэтому правильный выбор ее параметров имеет первостепенное значение для их нормальной работы. При выборе фильтрующего материала основополагающими являются его стоимость, возможность получения в районе строительства данного фильтровального комплекса и соблюдение определенных технических требований, к числу которых относятся: надлежащий фракционный состав загрузки; определенная степень однородности размеров ее зерен; механическая прочность; химическая стойкость материалов по отношению к фильтруемой воде.

Степень однородности размеров зерен фильтрующей загрузки и ее фракционный состав существенно влияют на работу фильтра. Использование более крупного фильтрующего материала, чем это предусмотрено, влечет за собой снижение качества фильтрата. Использование более мелкого фильтрующего материала вызывает уменьшение фильтроцикла, перерасход промывной воды и удорожание эксплуатационной стоимости очистки воды. Использование фильтрующих материалов с большой степенью неоднородности по величине зерен, превышающей допустимые пределы, ухудшает условия их промывки, так как вынос верхних мелких фракций начнется раньше, чем придет в движение основная масса зерен загрузки. Это вызывает необходимость снижения интенсивности промывки, чтобы прекратить вынос мелких фракций. При этом значительная часть фильтрующего слоя будет промыта недостаточно. Кроме ухудшения условий промывки загрузки, применение весьма неоднородного по крупности фильтрующего материала вызывает ухудшение условий фильтрования из - за образования поверхностной фильтрующей плёнки. [3]

Ресурсо- и энергосбережение - проблема многогранная и актуальная. Для России она более чем актуальна, т.к. энергоресурсы являются одним из основных источников жизнеобеспечения нашего государства.

Энергосбережение в России активно развивается, появляются новые технологии энергосбережения, разработаны и выявлены основные направления энергосбережения, ведется внедрение и установка нового энергосберегающего оборудования. Все это - новое в энергосбережении России, поэтому необходимо постоянное поддержание и стимулирование энергосбережения государством.

Литература

1. Кожинов В. Ф., Очистка питьевой и технической воды /В.Ф. Кожинов. - М.: ООО «БАСТЕТ», 2008. - 304 с.

2. Лукашевич О.Д. /Энергосбережение и водоподготовка. 2004. №1. С.18-20.

3. Фрог Б.Н., Левченко А.П., Водоподготовка: Учебн. пособие для вузов. М. Издательство МГУ, 1996. - 680 с.

Код для цитирования: Скопировать