ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
ХАРКІВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
БУДІВНИЦТВА ТА АРХІТЕКТУРИ
Сорокіна Катерина Борисовна
УДК 628.162.087
ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ РОБОТИ
ОСВІТЛЮВАЧІВ ІЗ ЗАВИСЛИМ ОСАДОМ
05.23.04 – водопостачання, каналізація
А в т о р е ф е р а т
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук
Харків – 2001
Дисертація є рукописом
Робота виконана в Харківській державній академії міського господарства
Науковий керівник: доктор технічних наук, професор
Душкін Станіслав Станіславович,
Харківська державна академія
міського господарства, завідувач
кафедри “Водопостачання,
водовідведення та очищення вод”
Офіційні опоненти:
доктор технічних наук, професор Стольберг Фелікс Володимирович, Харківська державна академія міського господарства, завідувач кафедри “Інженерної екології міст”
кандидат технічних наук Кобилянський Володимир Ярославович, ТВО “Харківкомунпромвод”, начальник лабораторії
Провідна установа:
Київський національний університет будівництва та архітектури, кафедра “Водопостачання”, м. Київ
Захист відбудеться 19 грудня 2001 р. о 12 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.056.03 при Харківському державному технічному університеті будівництва та архітектури
(61002, м. Харків, вул. Сумська, 40, тел. 40-29-20).
З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Харківського державного технічного університету будівництва та архітектури, 61002, м. Харків, вул. Сумська, 40.
Автореферат розісланий “ 14 ” листопада 2001 р.
Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради Колотило М.І.
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність роботи. Для вирішення актуальних проблем охорони навколишнього середовища і захисту водних об'єктів у сучасних умовах велике значення має раціональне використання природних ресурсів і зниження кількості механічних і розчинних забруднень, що скидаються в природні водоймища.
Особлива увага приділяється інтенсифікації процесів очищення природних вод, удосконаленню технології і розробці нових ефективних методів очищення, впровадженню ресурсозберігаючих технологій. При цьому досягнення практичних результатів можливе за рахунок підвищення ефективності роботи окремих споруд очисних комплексів систем комунального водопостачання, найважливішим елементом яких є освітлювачі із завислим осадом.
Серед методів і способів, які застосовуються для поліпшення фізико-хімічних умов водообробки, найбільш перспективними є методи, пов'язані з використанням раціональних технологічно обґрунтованих схем, модернізацією існуючих і розробкою нових конструкцій водоочисних апаратів. Все більшого значення набувають фізичні методи, до числа яких відноситься розглянутий у дисертаційній роботі метод обробки води активованим розчином коагулянту, що дозволяє інтенсифікувати процеси очищення води, скоротити трудомісткі процеси приготування і дозування реагентів, а також витрати на експлуатацію очисних споруд, збільшити їх продуктивність, підвищити якість і зменшити собівартість очищеної води. Економічна і технологічна доцільність методу обробки води активованим розчином коагулянту підтверджена дослідженнями, виконаними в лабораторних умовах і на дослідно-промисловій пілотній установці на очисних спорудах міського водопроводу м. Світловодська. Розроблений спосіб підвищення ефективності роботи освітлювачів із завислим осадом при обробці води активованим розчином коагулянту пройшов апробацію. Він надійний, високоефективний, задовольняє вимогам автоматизації виробництва, економічно доцільний.
Робота виконана в рамках державних програм:
- п. 6.4. “Дослідження адсорбційно-каталітичних і корозійних явищ на поверхні твердих тіл з метою розвитку наукових основ ресурсозберігаючих технологій”, тема 53-33/2000, номер державної реєстрації 0198U00191;
- “Екологічно чиста енергетика і ресурсозберігаючі технології” (4-й напрямок науково-дослідних робіт Міністерства освіти і науки України), тема 53-35/2000.
Мета і задачі дослідження:
Метою дисертаційної роботи є розробка способу підвищення ефективності роботи освітлювачів із завислим осадом шляхом обробки освітлюваної води активованим розчином коагулянту сульфату алюмінію.
Для досягнення поставленої мети необхідне вирішення таких основних задач:
1. Розробка експериментальної установки для дослідження процесу очищення води в освітлювачах із завислим осадом з використанням активованого розчину коагулянту сульфату алюмінію; обґрунтування методики проведення досліджень і оцінки надійності результатів експериментів та відтворюваності дослідів.
2. Аналіз теоретичних передумов та виконання експериментальних досліджень закономірностей роботи освітлювачів із завислим осадом при коагулюванні домішок активованим розчином коагулянту.
3. Дослідження впливу активованого розчину коагулянту сульфату алюмінію на ?-потенціал колоїдних домішок і адсорбційну ємність гідроксиду алюмінію у процесах очищення води в освітлювачах із завислим осадом; аналіз впливу активованого розчину коагулянту на зміну структурно-механічної гідратації суспензії контактного середовища освітлювача, на зміну об'ємної концентрації та сил зчеплення контактного середовища.
4. Дослідження методом ЯМР-релаксації впливу активованого розчину сульфату алюмінію на процеси очищення води в освітлювачах із завислим осадом.
5. Вивчення впливу активованого розчину коагулянту на процеси формування фільтруючого шару завислого осаду освітлювачів.
6. Дослідження основних факторів, що впливають на освітлення води при її обробці активованим розчином коагулянту.
7. Дослідно-промислові випробування активування розчинів коагулянту сульфату алюмінію на очисних спорудах комунального водопостачання і впровадження результатів досліджень у практику проектування цехів водопідготовки металургійних підприємств, об'єктів комунального та промислового водопостачання.
Об'єкт дослідження – очисні споруди комунального водопостачання.
Предмет дослідження – освітлювачі із завислим осадом, що є найважливішими елементами систем водопостачання.
Методи дослідження. При проведенні експериментів використовували сучасні фізико-хімічні методи дослідження та обладнання (газовий хроматограф “Цвет-500”, флуориметр “Флюорат-02” із приставкою ВЕРХ (високоефективна рідинна хроматографія), релаксометр спін-ехо ЯМР). Дослідні дані обробляли за допомогою ПЕОМ, результати експериментів – відповідно до рекомендацій Міжнародного союзу чистої і прикладної хімії за методами встановлення і формами позначення помилок відхилень, одержуваних при масових аналітичних дослідженнях. Оцінку надійності і відтворення дослідних даних визначали в межах довірчого інтервалу.
Наукова новизна отриманих результатів:
1. Запропоновано спосіб підвищення ефективності роботи освітлювачів із завислим осадом шляхом обробки освітлюваної води активованим розчином коагулянту сульфату алюмінію.
2. Дано теоретичне роз'яснення механізму інтенсифікації процесів очищення води за допомогою активованого розчину коагулянту в освітлювачах із завислим осадом.
3. Встановлено поліпшення властивостей контактного середовища освітлювачів із завислим осадом при використанні активованого розчину коагулянту сульфату алюмінію.
4. Методом математичного планування експерименту складені функціональні залежності, що характеризують ефективність освітлення води в освітлювачах із завислим осадом залежно від основних факторів, що впливають на очищення води в цих спорудах при її обробці активованим розчином коагулянту.
Наукові положення, висновки та рекомендації, сформульовані в дисертаційній роботі, теоретично обґрунтовані, їхня вірогідність підтверджена результатами експериментів, проведених з використанням сучасних методів дослідження в лабораторних і виробничих умовах на дослідно-промисловій пілотній установці. За результатами досліджень отримані два патенти України.
Практична значущість отриманих результатів:
1. На підставі виконаних теоретичних та експериментальних досліджень закономірностей роботи освітлювачів із завислим осадом для підвищення ефективності їх роботи запропоновано метод обробки освітлюваної води активованим розчином коагулянту.
2. Методом математичного планування експерименту складені функціональні залежності для прогнозування ефективності освітлення води при різних температурах залежно від вихідного вмісту завислих речовин в освітлюваній воді і параметрів активації розчину коагулянту.
3. Результати виконаних досліджень використані при розробці технологічної документації для промислового впровадження активованого розчину коагулянту в технологічній схемі очищення води з освітлювачами із завислим осадом на очисних спорудженнях водопроводу м. Світловодська.
4. Результати досліджень по раціональному використанню коагулянтів і зниженню їх розрахункових доз впроваджені в галузеві норми проектування підприємств чорної металургії України (томи 12 і 14).
5. Рекомендації щодо підвищення ефективності роботи освітлювачів із завислим осадом шляхом обробки освітлюваної води активованим розчином коагулянту використані при розробці проектної документації очисних споруд питного водопостачання Лисичанського заводу “Лисичанськнафтооргсинтез”.
Особистий внесок автора:
1. Виконано дослідження теоретичних передумов інтенсифікації роботи освітлювачів із завислим осадом.
2. Проведено лабораторні дослідження та дослідно-промислові випробування пілотної установки на очисних спорудах водопроводу м. Світловодська.
3. Встановлено основні фактори, що впливають на очищення води в освітлювачах із завислим осадом при її обробці активованим розчином коагулянту сульфату алюмінію.
4. Методом математичного планування експерименту складені функціональні залежності, що характеризують ефективність освітлення води при різних температурах, а непрямо – ефективність застосування активованого розчину коагулянту сульфату алюмінію.
5. Розроблено технологічну документацію для промислового впровадження активованого розчину коагулянту в технологічній схемі очищення води з освілювачами із завислим осадом на очисних споруджах водопроводу м. Світловодська.
Апробація роботи. Основні результати досліджень та головні положення дисертації доповідались і обговорювались на Міжнародних конгресах “Екологія, технологія, економіка у водопостачанні і каналізації” (травень 1999 р., травень 2001 р., Ялта); Міжнародній конференції “Сучасні інформаційні й енергозберігаючі технології життєзабезпечення людини” (СІЕТ6-99, м. Харків, ХДАМГ, секція № 2 “Екологія і техногенна безпека, комплексна оцінка якості виробів, матеріалів, речовин і послуг”); V Українській науково-технічної конференції “Використання пластмас у будівництві і міському господарстві” (травень 2000 р., ХДАМГ, м. Харків); Науково-практичній конференції “Екологія Харківщини: стан, проблеми, перспективи” (квітень 2000 р., УКРНДІЕП, м. Харків); Науковій конференції “Сучасні проблеми підвищення екологічної безпеки й економічної роботи систем водопостачання і каналізації” (квітень 2000 р., м. Трускавець); Міжнародній науково-практичній конференції “Проблеми і перспективи очищення і повторного використання води” (листопад 2000 р., ХДАМГ, м. Харків); ХХІХ (квітень 1998 р.) і ХХХ (травень 2000 р.) науково-технічних конференціях Харківської державної академії міського господарства (ХДАМГ, м. Харків); Міжнародній конференції “Екологія, охорона навколишнього середовища й енергозберігаючі ресурси” (березень 1999 р., Terra Tec, Лейпціг).
Публікації. За матеріалами дисертаційної роботи опубліковано 24 праці, у тому числі навчальний посібник, отримані патенти України на винаходи № 33841 А и № 38471 А.
Структура та обсяг роботи. Дисертаційна робота складається із вступу, 6 розділів, основних висновків, списку використаної літератури, який вміщує 177 найменувань робіт вітчизняних та іноземних авторів та додатків. Загальний обсяг дисертації 192 сторінки, в тому числі 120 друкованого тексту, 26 малюнків та 18 таблиць. Додатки додаються до дисертації.
ЗМІСТ РОБОТИ
У вступі обґрунтовано актуальність роботи, сформульовано мету та основні задачі дисертаційного дослідження, встановлено наукову новизну та практичне значення роботи, а також особистий внесок автора.
У першому розділі подана характеристика домішок природних вод та їх класифікація за фазово-дисперсним станом, що дозволяє при розв?язанні технологічних задач очищення води на стадії проектування більш обґрунтовано і цілеспрямовано компонувати очисні споруди, виходячи із складу забруднень вододжерела, а в процесі експлуатації досягати підвищених показників роботи окремих споруд систем водопідготовки, використовуючи способи впливу на фазово-дисперсний стан домішок води, і таким чином здійснювати виробничий процес у стійкому, раціональному режимі
Розглянуто загальні закономірності взаємодії коагульованих домішок при очищенні води. Виділено основні фактори, що впливають на процес коагуляції.
Проаналізовано основні методи інтенсифікації роботи очисних споруд міського водопроводу, що не завжди можуть бути реалізовані з технічних і економічних причин. У зв'язку з цим існує необхідність розробки нових, більш ефективних методів, що дозволяють підвищити ефективність і надійність роботи окремих споруджень і всієї системи водоочищення в цілому, підвищити їх продуктивність, знизити витрату реагентів, поліпшити якість очищення води. До їх числа можна віднести метод обробки води активованим розчином коагулянту.
Наприкінці першого розділу на основі критичної оцінки публікацій вітчизняних та іноземних авторів сформульовано мету та основні задачі роботи.
У другому розділі розглянуто основні шляхи підвищення ефективності роботи освітлювачів із завислим осадом. Аналіз результатів досліджень, виконаних Е.Ф.Кургаєвим, Е.Н.Тетьоркіним, С.Х.Азерьєром, В.Т.Турчиновичем, С.С.Душкіним, З.В.Черновой, В.В.Ашаніним, Р.Сполдінгом, Ж.Бернаром, А.Обри, П.Муше, фахівцями ВНДІ ВОДГЄО, ЦНДІ МПС, ВТІ, АКГ ім. Памфілова, ГПІ “Союзводоканалпроект”, фірмами “Дегремон”, “Пермутит” та іншими, показав, що підвищити ефективність роботи освітлювачів із завислим осадом доцільно оптимізацією властивостей контактного середовища, чого можна досягнути впровадженням розробок у наступних напрямах:
- створення оптимальних гідродинамічних умов;
- збільшення концентраціі завислого осаду;
- покращення фізико-хімічних властивостей контактного сере-довища (гідравлічна крупність, питома вага, об?ємна концентрація, сили зчеплення часток);
- підвищення коагулюючої здатності завислого осаду (зміна ?-потенціалу та адсорбційної ємності);
- оптимізація умов ущільнення надлишкового осаду в осадкоущільнювачі.
Перспективним методом підвищення ефективності роботи освітлювачів із завислим осадом є застосування активованого розчину коагулянту сульфату алюмінію, що дозволяє оптимізувати властивості контактного середовища освітлювача, завдяки чому досягається підвищення продуктивності очисних споруд в цілому, зниження дози коагулянту при поліпшенні якості освітлення води.
Для активації розчину коагулянту використовували спеціальний пристрій – активатор реагентів, конструктивна схема моделі якого наведена на рис. 1.
Пристрій складається з корпусу 1, виго-товленого з органічного скла, всередині якого розташовано секціоноване осердя 2 з метале-вих кілець, які встановлені на шпильці 3 і закріплені на фланці 4 між секціонованим осердям 2 з металевих кілець і розташованим по периметру внутрішнього корпусу 1 метале-вим електродом 5, який закріплений на фланці 4 та нижньому розподільнику рівномірної по-дачі розчину реагенту 6. До шпильки 3 при-гвинчений металевий конус 7, розташований по центру регулятору швидкості 8, що виго-товлений з нержавіючої сталі. Зовні регулято-ра швидкості 8 розташована електромагнітна система, що включає намагнічувальну котушку 9, магнітопровід 10 та металевий конус 7. Між металевим конусом 7 та корпусом регулятора швидкості 8 утворюється зазор 11 для руху оброблюваного розчину, що подається по патрубку 12, в зонах магнітних потоків відповідної на-пруженості магнітного поля. Весь пристрій встановлено на підставку 13. Для відведення обробленого розчину передбачено вихідні патрубки 14. Вихідний розчин реагенту надходить через вхідний патрубок 12 у нижню частину корпусу і прохо-дить через зони магнітного потоку, що утворюється замкнутою електромагнітною системою 7, 9, 10, де піддається обробці магнітним полем відповідної напруженості, далі розчин надходить у верхню частину корпусу, де при наявності струму, що протікає між секціонованим осердям 2 з металевих кілець та електродом 5, наси-чується анодно-розчиненим залізом. Оброблений розчин відводиться через вихідні патрубки 14.
Експерименти проводили паралельно на воді, обробленій активованим розчином коагулянту, і в умовах звичайної коагуляції. Оцінювали якість очищення води за правилами технологічного аналізу, рекомендованого для контролю роботи освітлювачів із завислим осадом очисних споруд водопроводу. У ряді випадків, зокрема на очисних спорудах ВУВКГ м. Світловодська, методика коректувалася залежно від конкретних умов експериментів.
Якісна характеристика води досліджених джерел водопостачання наведена в табл. 1.
Обробку дослідних даних здійснювали за допомогою ПЕОМ. Обробку результатів експериментів проводили відповідно до рекомендацій Міжнародного союзу чистої і прикладної хімії за методами встановлення і формами позначення помилок відхилень, одержуваних при масових аналітичних дослідженнях. Оцінку надійності і відтворюваності дослідних даних визначали в межах довірчого інтервалу.
Таблиця 1 – Якісна характеристика води досліджених
джерел водопостачання
Період
досліджень | Темпера-
тура,
оС | Мутність,
мг/дм3 | Кольоро-вість,
град. | рН | Загальна
жорсткість,
моль/дм3 | Лужність,
моль/дм3
р. Дніпро
Зимовий
Січень
Лютий
Весняний
Березень
Квітень
Літній
Червень
Липень
Осінній
Вересень
Жовтень |
0,5-1,0
0,5-1,0
1,2-2,4
2,5-11,3
18,1-23,4
22,7-23,8
18,7-20,3
10,4-17,2 |
10,1-11,6
10,1-14,5
11,6-14,5
11,6-17,4
11,6-20,3
17,4-43,5
14,5-31,9
11,6-43,5 |
35-42
35-42
35-42
42-50
45-65
55-70
47-50
50-65 |
7,6-8,2
8,0-8,2
8,1-8,2
8,0-8,4
7,3-8,4
7,5-7,7
7,7-7,9
7,5-7,9 |
3,45-3,55
3,65-3,95
3,95-4,10
3,65-4,05
2,95-3,15
2,90-3,10
2,90-3,15
2,85-3,10 |
2,3-2,8
2,8-3,1
3,1-3,4
3,3-3,6
2,7-3,0
2,4-2,7
2,6-2,8
2,6-2,9
Модельна вода
1,5-21,3 | 25,0-750,0 | 20-75 | 7,1-7,7 | 3,35-3,65 | 2,55-2,9
У третьому розділі розглянуто теоретичні передумови поліпшення роботи освітлювачів із завислим осадом активованим розчином коагулянту.
Аналіз досліджень по впливу активованого розчину коагулянту на ?-потенціал колоїдних домішок і адсорбційну ємність гідроксиду алюмінію, що утворюється у процесі очищення води в освітлювачах із завислим осадом, показав, що обробка води активованим розчином коагулянту сульфату алюмінію дозволяє знизити електрокінетичний потенціал колоїдних домішок і збільшити адсорбційну ємність гідроксиду алюмінію, внаслідок чого процес коагуляції протікає більш повно.
Вплив активації розчину сульфату алюмінію на ступінь структурно-механічної гідратації осадів, що утворюються в процесі очищення води, показаний на рис. 2.
Зменшення гідратації часток контактного середовища освітлювача із завислим осадом дозволяє прискорити процес пластівкоутворення, підвищити питому вагу пластівчатих утворень, величина яких значно впливає на концентрацію завислого осаду, його осадження та ущільнення.
Встановлено три характерних етапи осадження контактного середовища освітлювача (рис.3).
На 1 етапі має місце явище стиснутого осадження суспензії, при цьому при використанні активованого розчину коагулянту це явище протікає більш інтенсивно. Частинки в завислому шарі збері-гають свої індивідуальні обриси і знаходяться в стані помітної безладної циркуляції.
На початку 2 етапу відбувається припинення циркуляції частинок і утворення з них суцільної структурованої системи осаду контактного середо-вища. На цьому етапі зниження верхньої границі шару пов'язано з поступовим витісненням води з пор між частинками до моменту, коли щільність структурованої системи наближається до щільності складових її пластівчастих частинок. При досягненні цієї щільності положення верхньої границі шару стабілізується (етап 3).
Дослідження впливу активованого розчину коагулянту сульфату алюмінію на процеси очищення води методом ЯМР на спін-ехо релаксометрі показало наявність структурних змін у розчині активованого коагулянту.
Швидкість зміни часу релаксації для осаду, що утворився при звичайному коагулюванні, вище, ніж для осаду, що утворився при обробці води активованим розчином коагулянту. Отже, при використанні активованого розчину коагу-лянту утворення на поверхні коагульованих домішок плівок, що екранують, відбувається повільніше, а процеси дегідратації гідрат-них структурованих комп-лексів, що утворилися в процесі очищення води, прискорюються. Останнє підтверджують результати експериментів при коагулюванні домішок звичайним і активованим розчинами сульфату алюмінію.
Аналіз дослідних даних свідчить, що активування розчину коагулянту призводить до порушення динамічної рівноваги водно-дисперсної системи і створює умови для утворення іонних асоціантів – зародків нової фази, що виконують роль центрів коагуляції при очищенні води. Активні центри колоїдної стадії дисперсності, що утворяться під дією магнітного поля після стабілізації анодно-розчиненим залізом, виконуючи роль додаткових центрів коагуляції, впливають на процеси очищення води.
Четвертий розділ присвячений дослідженню закономірностей роботи освітлювачів із завислим осадом при коагулюванні домішок активованим розчином коагулянту сульфату алюмінію.
При обробці води звичайним коагулянтом Al2(SО4)3 при низьких температурах (t=3,5-3,70С), коли процеси освітлення води різко сповільнюються, контактне середовище освітлювача складається переважно (80%) з дрібної та дуже важко видалюваної суспензії з гідравлічною крупністю 0,4 мм/с і менше (крива 1 на рис. 4), що може виноситися разом з освітленою водою. Використання розчину активованого коагулянту сульфату алюмінію дозволяє значно зменшити вміст дрібної суспензії, збільшити вміст великої суспензії, поліпшити якість освітленої води (крива 2 на рис. 4).
Аналіз дослідних даних показує, що використання для освітлення води активованого розчину коагулянту сульфату алюмінію дозволяє збільшити гідравлічну крупність суспензії контактного середовища освітлювача в середньому на 17-32% і тим самим підвищити осадність останньої, що дозволить інтенсифікувати роботу освітлювачів і поліпшити процес освітлення води.
При використанні розчину активованого коагулянту спостерігається загальне збільшення вагової концентрації по висоті шару зваженого осаду. При цьому зміна концентрації осаду по висоті фільтруючого шару відбувається більш плавно, без різкого зменшення і періоду практично постійної величини, як у випадку використання звичайного коагулянту.
Встановлено, що використання у процесі освітлення води активованих розчинів коагулянту дозволяє знизити дози коагулянту в середньому на 10-25% без погіршення якості освітленої води, підвищити пропускну здатність освітлювачів із завислим осадом на 14-24%, що дає змогу підвищити ефективність роботи всієї системи очисних споруд у цілому.
Обробку води активованим розчином коагулянту при її освітленні в освітлювачах із завислим осадом найбільш доцільно виконувати при вмісті зважених речовин у вихідній воді до 200 мг/дм3, що має значення для очищення природних вод поверхневих джерел водопостачання України, мутність яких рідко перевищує 100-150 мг/дм3.
До основних факторів, що впливають на освітлення води в освітлювачах із завислими осадом при обробці її активованим розчином коагулянту, відносяться:
Сисх - вміст завислих речовин в освітлюваній воді, мг/дм3;
Н - напруженість магнітного поля, кА/м;
СFе - вміст у розчині анодно-розчиненого заліза, мг/дм3.
Крім того, на процес освітлення води коагулюванням значний вплив справляє температура оброблюваної води.
Методом математичного планування експерименту складені функціональні залежності для прогнозування ефективності освітлення води при температурах 3,5-3,7оС та 10,6-10,8оС та швидкості руху освітлюваної води 0,5 мм/с залежно від вихідного вмісту зважених речовин в освітлюваній воді в діапазоні 25-350 мг/дм3 і параметрів активації розчину коагулянту (напруженість 60, 120, 180 кА/м, зміст анодно-розчинного заліза 460, 630, 850 мг/дм3), які мають такий вигляд:
при t=3,5-3,7оС
при t=10,6-10,8оС
Коефіцієнти залежностей розраховані з використанням результатів експериментів по освітленню води на ПЕОМ за допомогою складеної програми і їх чисельні значення наведені для розмірностей Сисх в мг/дм3, СFe в мг/дм3, Н в кА/м.
Виконано порівняння дослідних і розрахункових значень величини залишкового змісту завислих речовин в освітленій воді. Результати розрахунків наведені у табл. 2.
Таблиця 2
Но-мер дос-ліду | Параметри активації | Вихідний вміст за-вислих ре-човин,
, мг/дм3 | Результати досліду
мг/дм3 | Результати розрахунку
мг/дм3 |
Похибка дослідів, %
Напруже-ність, , кА/м | Зміст анодно-роз-чин. заліза, , мг/дм3
t=3,5-3,7оС
1 | 120 | 630 | 25 | 3,0 | 3,21 | 7,0
2 | 60 | 850 | 225 | 4,2 | 4,38 | 4,3
3 | 180 | 460 | 60 | 3,2 | 3,34 | 4,4
t=10,6-10,8оС
1 | 120 | 630 | 100 | 2,7 | 2,51 | 7,1
2 | 60 | 850 | 175 | 3,2 | 3,36 | 5,0
3 | 60 | 850 | 350 | 5,2 | 5,39 | 3,6
Зіставлення даних, отриманих дослідним і розрахунковим шляхом, дозволило зробити висновок про можливість використання отриманих залежностей для практичних цілей.
У п'ятому розділі наведені технічні рішення по підвищенню ефективності роботи освітлювачів із завислим осадом очисних споруд міського водопроводу і впровадженню результатів досліджень у практику проектування очисних споруд систем водопостачання.
Дослідно-промислові випробування, виконані на пілотній установці на очисних спорудах водопроводу м. Світловодська дозволили встановити можливість поліпшення якісних показників освітленої води за завислими речовинами в середньому на 27-42%, за кольоровістю – в середньому на 10-35%; зниження дози коагулянту в процесі очищення води в середньому на 14-25% з одержанням фільтрату необхідної якості; підвищення пропускної здатності освітлювачів із завислим осадом і всієї системи очисних споруд у цілому в середньому на 15-20%. Результати виконаних досліджень використані при розробці технологічної документації для промислового впровадження активованого розчину коагулянту в технологічній схемі очищення води з освітлювачами із завислим осадом на очисних спорудах водопроводу м. Світловодська.
Результати досліджень по раціональному використанню коагулянтів і зниженню їх розрахункових доз впроваджені в галузеві норми проектування підприємств чорної металургії України (томи 12 і 14).
Рекомендації з підвищення ефективності роботи освітлювачів із завислим осадом шляхом обробки освітлюваної води активованим розчином коагулянту, завдяки чому досягається підвищення якості очищеної води і зниження експлуатаційних витрат, використані при розробці проектної документації очисних споруд питного водопостачання Лисичанського заводу “Лисичанськнафтооргсинтез”.
У шостому розділі проведена техніко-економічна оцінка впровадження технічних рішень по підвищенню ефективності роботи освітлювачів із завислим осадом з використанням активованого розчину коагулянту.
Для встановлення ефективності впровадження активованих розчинів коагулянту в процесах очищення води в освітлювачах із завислим осадом визначали:
-
економічний ефект від впровадження розробленої технології за результатами дослідно-промислових випробувань пілотної установки на очисних спорудах водопроводу м. Світловодська;
-
потенційний ефект від впровадження технічних рішень на очисних спорудах питного водопроводу заводу “Лисичанськнафтооргсинтез” з урахуванням їх реконструкції та розширення.
Економічний ефект від впровадження розробленої технології на очисних спорудах водопроводу м. Світловодська складає 16104,45 грн, потенційний ефект від впровадження технічних рішень на очисних спорудах питного водопроводу заводу “Лисичанськнафтооргсинтез” з урахуванням їх реконструкції та розширення становитиме 9891,5 грн, що підтверджує економічну доцільність використання активованого розчину коагулянту сульфату алюмінію для підвищення ефективності роботи освітлювачів із завислим осадом.
ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ
1.
Запропоновано спосіб підвищення ефективності роботи освітлювачів із завислим осадом шляхом обробки освітлюваної води активованим розчином коагулянту сульфату алюмінію, що дозволяє оптимізувати властивості контактного середовища освітлювача.
2.
Проведено теоретичний аналіз основних закономірностей поліпшення роботи освітлювачів із завислим осадом активованим розчином коагулянту, який дозволив зробити висновок, що поліпшення фізико-хімічних умов коагуляції домішок при освітленні води в зваженому шарі можна пояснити такими факторами:
-
зниженням електрокінетичного потенціалу колоїдних домішок і підвищенням адсорбційної ємності гідроксиду алюмінію, що утвориться в процесі очищення води, внаслідок чого процеси освітлення води протікають більш повно;
-
зменшенням ступеня структурно-механічної гідратації суспензії, збільшенням питомої ваги суспензії контактного середовища освітлювача і сил зчеплення частинок, у зв'язку з чим виникає можливість підвищення концентрації зваженого осаду, збільшення його осадності й ущільнення.
3.
Методом ЯМР на спін-ехо релаксометрі показано наявність структурних змін у розчині активованого коагулянту сульфату алюмінію, що призводять до порушення динамічної рівноваги водно-дисперсної системи і створюють умови для утворення іонних асоціатів – зародків нової фази, що після стабілізації анодно-розчиненим залізом виконують роль додаткових центрів коагуляції при очищенні води.
4.
Дослідження закономірностей роботи освітлювачів із завислим осадом при коагулюванні домішок активованим розчином коагулянту сульфату алюмінію дозволило встановити можливість збільшення гідравлічної крупності коагульованої суспензії в середньому на 17-32%; відзначене загальне збільшення вагової концентрації суспензії за висотою шару завислого осаду, підвищення питомої ваги завислого осаду при незмінній тривалості його формування, можливість збільшення швидкості висхідного потоку без істотного зменшення концентрації завислого осаду.
5.
Встановлено, що використання у процесі освітлення води активованих розчинів коагулянту дозволяє знизити його дози в середньому на 10-25% без погіршення якості освітленої води, підвищити пропускну здатність освітлювачів із завислим осадом на 12-24%.
6.
Обробку води активованим розчином коагулянту при освітленні її в освітлювачах із завислим осадом найбільш доцільно виконувати при вмісті завислих речовин у вихідній воді до 200 мг/дм3.
7.
До основних факторів, які впливають на освітлення води при обробці її активованим розчином коагулянту, відносяться: параметри активації (напруженість магнітного поля і вміст у розчині анодно-розчиненого заліза) і якісні показники освітлюваної води (температура і вміст завислих речовин).
8.
Запропоновано функціональні залежності для прогнозування ефективності освітлення води при різних температурах залежно від вихідного вмісту зважених речовин в освітлюваній воді і параметрів активації розчину коагулянту, які складені методом математичного планування експерименту.
9.
Дослідно-промислові випробування пілотної установки на очисних спорудах водопроводу м. Світловодська показали можливість поліпшення якісних показників освітленої води за завислими речовинами в середньому на 27-42%, за кольоровістю – в середньому на 10-35%, зниження дози коагулянту в процесі очищення води в середньому на 14-25% з одержанням фільтрату необхідної якості, підвищення пропускної здатності освітлювачів із завислим осадом і всієї системи очисних споруд в цілому в середньому на 15-20%. Результати досліджень використані при розробці технологічної документації для промислового впровадження активованого розчину коагулянту в технологічній схемі очищення води з освітлювачами із завислим осадом на очисних спорудженнях водопроводу м. Світловодська.
10.
Результати досліджень використані при розробці проектної і конструкторської документації для впровадження технічних рішень по підвищенню ефективності роботи освітлювачів із завислим осадом на очисних спорудах питного водопостачання Лисичанського заводу “Лисичанськнафтооргсинтез” і впроваджені в галузеві норми проектування підприємств чорної металургії України (томи 12 і 14).
11.
Економічний ефект від впровадження розробленої технології на очисних спорудах водопроводу м. Світловодська складає 16104,45 грн, потенційний ефект від впровадження технічних рішень на очисних спорудах питного водопроводу заводу “Лисичанськнафтооргсинтез” з урахуванням їх реконструкції та розширення становитиме 9891,5 грн.
СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ
ДИСЕРТАЦІЇ
1.
Сорокина Е.Б. Повышение эффективности работы очистных сооружений город-ского водопровода при очистке воды Кременчугского водохранилища // Научный вестник строительства: Сб. научных трудов. Вып. 7. – Харьков: ХДТУБА, 1999. – С. 280-283.
2.
Сорокина Е.Б. Анализ процесса очистки воды на фильтровальной станции г. Светловодска // Коммунальное хозяйство городов: Науч.-тех. сб. Вып. 20. – К.: Техника, 1999. –– С. 112-114.
3.
Сорокина Е.Б. Интенсификация работы очистных сооружений городского водо-провода // Коммунальное хозяйство городов: Науч.-тех. сб. Вып. 21. – К.: Тех-ника, 2000. –– С. 70-72.
4.
Сорокина Е.Б. Оценка надежности результатов экспериментов исследований при обработке воды активированным раствором коагулянта // Вестник ХГПУ: Сб. на-учных трудов. Вып. 77. – Харьков: ХГПУ, 2000. – С. 8-9.
5.
Сорокина Е.Б. Исследование методом ЯМР-релаксации влияния активированного раствора сульфата алюминия на процессы очистки воды // Научный вестник строительства: Сб. научных трудов. Вып. 10. – Харьков: ХДТУБА, 2000. – С. 124-126.
6.
Сорокина Е.Б. Теоретические предпосылки улучшения работы осветлителей со взвешенным осадком активированным раствором коагулянта // Коммунальное хозяйство городов: Науч.-тех. сб. Вып. 27. – К.: Техника, 2000. –– С. 64-67.
7.
Сорокина Е.Б. Исследование закономерностей работы осветлителей со взвешен-ным осадком при коагулировании примесей активированным раствором сульфата алюминия // Коммунальное хозяйство городов: Науч.-тех. сб. Вып. 29. – К.: Тех-ника, 2001. –– С. 8-10.
8.
Сорокина Е.Б. Изменение -потенциала суспензии СаСО3, подвергнутой маг-нитно-электрической обработке // Коммунальное хозяйство городов: Науч.-тех. сб. Вып. 25. – К.: Техника, 2000. –– С. 151-153.
9.
Сорокина Е.Б. Увеличение производительности осветлителей со взвешенным осадком и снижение расчетных доз коагулянта // Вестник Донбасской государственной академии строительства и архитектуры. Сб. научн. работ. – Макеевка: Изд. ДГАСА, 2001. – Вып. 2001-2(27). – С. 37-39.
10.
Душкин С.С., Сорокина Е.Б. Обоснование технологической схемы очистки воды при обработке ее активированными растворами реагентов // Коммунальное хо-зяйство городов: Науч.-тех. сб. Вып. 9. – К.: Техника, 1997. –– С. 62-63.
11.
Душкин С.С., Сорокина Е.Б., Благодарная Г.И. Повышение эффективности работы фильтров очистных сооружений водопровода // Вестник ХГПУ: Сб. научных трудов. Вып. 65. – Харьков: ХГПУ, 1999. – С. 30-33.
12.
Сорокина Е.Б., Благодарная Г.И. Влияние активированного раствора коагулянта на гидравлическую крупность коагулируемой взвеси // Коммунальное хозяйство городов: Науч.-тех. сб. Вып. 23. – К.: Техника, 2000. –– С. 98-99.
13.
Душкин С.С., Сорокина Е.Б., Благодарная Г.И. Ресурсосберегающая технология подготовки активированных растворов реагентов для интенсификации процессов очистки воды // Вестник ХГПУ: Сб. научных трудов. Вып. 79. – Харьков: ХГПУ, 2000. – С. 5-6.
14.
Душкин С.С., Сорокина Е.Б., Благодарная Г.И., Тихонюк В.О. Технологическое и конструктивное обоснование активаторов реагентов // Коммунальное хозяйство городов: Науч.-тех. сб. Вып. 29. – К.: Техника, 2001. –– С. 5-6.
15.
Сорокина Е.Б., Тихонюк В.О. Разработка математической модели для прогнозирования качества осветления воды р. Днепр при обработке ее активированными растворами реагентов / Тезисы докладов научно-практической конференции “Экология Харьковщины: состояние, проблемы, перспективы”. – Харьков, 2000. – С. 53-54.
16.
Душкин С.С., Сорокина Е.Б., Благодарная Г.И. Интенсификация процесса очистки воды активированными растворами реагентов / Материалы конференции “Современные проблемы повышения экологической безопасности и экономичности работы систем водоснабжения и канализации”. – К.: Товариство “Знання” України, 2000. – С. 56-57.
17.
Сорокина Е.Б. Исследование закономерностей работы осветлителей со взвешенным осадком при коагулировании примесей активированным раствором сульфата алюминия / Сб. докладов международного конгресса “Экология, технология, экономика, водоснабжение, канализация”. – Ялта, 2001. – С. 13-15.
18.
Душкин С.С., Сорокина Е.Б., Благодарная Г.И., Тихонюк В.О. Технологическое и конструктивное обоснование активаторов реагентов / Сб. докладов международного конгресса “Экология, технология, экономика, водоснабжение, канализация”. – Ялта, 2001. – С. 25-27.
19.
Душкин С.С., Сорокина Е.Б. Прогрессивная технология очистки питьевой воды с использованием активированного раствора коагулянта / ХХIХ научно-техни-ческая конференция ХГАГХ. – Харьков, 1998. – С. 26-27.
20.
Сорокина Е.Б. Повышение эффективности работы очистных сооружений водопровода г. Светловодска / ХХХ научно-техническая конференция ХГАГХ. – Харьков, 2000. – С. 47-49.
21.
Сорокина Е.Б., Тихонюк В.О. Повышение эффективности работы осветлителей со взвешенным осадком / ХХХ научно-техническая конференция ХГАГХ. – Харьков, 2000. – С. 53-54.
22.
Душкин С.С., Сорокина Е.Б., Благодарная Г.И. Водоснабжение и канализация: Конспект лекций. - Харьков: ХГАГХ, 2001. – 95 с.
23.
Пат. України № 33841 А, МПК 6 С 02F 1/48. Спосіб підготовки розчину алюмовмісного коагулянту для освітлення природних і стічних вод / Душкін С.С., Сорокіна К.Б. и др. Заявл. 19.04.1999; Опубл. 15.02.2001.
24.
Пат. України № 38471 А, МПК 6 С 02F 1/48. Спосіб приготування розчину поліакриламідного флокулянту для очищення природних і стічних вод / Душкін С.С., Сорокіна К.Б., Благодарна Г.І. Заявл. 10.07.2000; Опубл. 15.05.2001.
АНОТАЦІЯ
Сорокіна К.Б. Підвищення ефективності роботи освітлювачів із завислим осадом. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.04 – водопостачання, каналізація. – Харківський державний технічний університет будівництва та архітектури, Харків, 2001.
Дисертація присвячена актуальній проблемі підвищення ефективності роботи освітлювачів із завислим осадом при обробці освітлюваної води активованим розчином коагулянту сульфату алюмінію. Досліджено основні фактори, що сприяють поліпшенню фізико-хімічних умов освітлення води в освітлювачах із завислим осадом при обробці її активованим розчином коагулянту. Методом математичного планування експерименту складені функціональні залежності для прогнозування ефективності освітлення води при різних температурах залежно від вихідного вмісту завислих речовин в освітлюваній воді і параметрів активації розчину коагулянту. Розроблено технічні рішення по підвищенню ефективності роботи освітлювачів із завислим осадом очисних споруд міського водопроводу і впровадженню результатів досліджень у практику проектування очисних споруд питного водопостачання. Виконано дослідно-промислові випробування пілотної установки на очисних спорудженнях водопроводу м. Світловодська.
Ключові слова: освітлення, завислий осад, активований розчин, освітлювач, очищення води.
АННОТАЦИЯ
Сорокина Е.Б. Повышение эффективности работы осветлителей со взвешен-ным осадком. Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.04 – водоснабжение, канализация. – Харьковский государст-венный технический университет строительства и архитектуры, Харьков, 2001.
Диссертация посвящена актуальной проблеме повышения эффективности ра-боты осветлителей со взвешенным осадком при обработке осветляемой воды акти-вированным раствором коагулянта сульфата алюминия. Проанализированы сущест-вующие способы интенсификации работы очистных сооружений систем водоснаб-жения. Внимание уделено повышению эффективности работы осветлителей со взвешенным осадком. Сделан вывод о том, что улучшение физико-химических ус-ловий осветления воды в осветлителях со взвешенным осадком при обработке ее ак-тивированным раствором коагулянта можно объяснить следующими основными факторами: снижением электрокинетического потенциала коллоидных примесей, увеличением адсорбционной емкости гидроксида алюминия, образующегося в про-цессе очистки воды, снижением структурно-механической гидратации и повышени-ем удельного веса, объемной концентрации и сил сцепления коагуляционных струк-тур контактной среды осветлителя, что в конечном итоге позволяет оптимизировать свойства контактной среды осветлителя и интенсифицировать его работу. Методом ЯМР-релаксации показано, что активирование раствора коагулянта приводит к на-рушению динамического равновесия водно-дисперсной системы и создает условия для образования ионных ассоциатов – зародышей новой фазы, выполняющих роль дополнительных центров коагуляции, которые после стабилизации анодно-раство-ренным железом оказывают интенсифицирующее влияние на процессы очистки воды. Использование в процессе осветления воды активированных растворов коагу-лянта позволяет снизить дозы коагулянта в среднем на 10-25% без ухудшения ка-чества осветленной воды, повысить пропускную способность осветлителей со взве-шенным осадком на 12-24%, что способствует повышению эффективности работы всей системы очистных сооружений в целом. Методом математического планирова-ния эксперимента составлены функциональные зависимости для прогнозирования эффективности осветления воды при различных температурах в зависимости от ис-ходного содержания взвешенных веществ в осветляемой воде и параметров актива-ции раствора коагулянта. Разработаны технические решения по повышению эффек-тивности работы осветлителей со взвешенным осадком очистных сооружений го-родского водопровода и внедрению результатов исследований в практику проекти-рования очистных сооружений питьевого водоснабжения. Выполнены опытно-про-мышленные испытания пилотной установки на очистных сооружениях водопровода г. Светловодска. Результаты выполненных исследований использованы при раз-ра-ботке технологической документации для промышленного внедрения активиро-ван-ного раствора коагулянта в технологической схеме очистки воды с осветлителя-ми со взвешенным осадком на очистных сооружениях водопровода г. Светловодска. Эко-номический эффект от внедрения разработанной технологии на очистных соору-же-ниях водопровода г. Светловодска составляет 16104,45 грн, потенциальный эф-фект от внедрения технических решений на очистных сооружениях питьевого водо-про-вода завода “Лисичанскнефтеоргсинтез” с учетом их реконструкции и расшире-ния составит 9891,5 грн.
Ключевые слова: осветление, взвешенный осадок, активированный раствор, осветлитель, очистка воды.
SUMMARY
Sorokina K.B. The Increasing of the Performance Efficiency of Clarifiers with the Weighed Deposit. Manuscript.
The thesis for a candidate degree of technical science on a speciality 05.23.04 - Water Supply, Sewerage. - Kharkov State Technical University of Construction and Architecture, Kharkov, 2001.
The thesis is devoted to a urgent problem of the increasing of the performance efficiency of clarifiers with the weighed deposit under processing clarified water by the activated coaluminium sulphate solution. The main factors have been suggested to improve the physical and chemical conditions of water clarification in clarifiers with a weighed deposit under processing by activated coagulant solution. The functional dependencies for water clarification efficiency forecasting have been elaborated by the method of mathematical planning of experiment under various temperatures in accordance with the initial contents of the weighed substances in clarified water and coagulant solution activation parameters. The technical decisions concerning the increasing of the performance efficiency of clarifiers with the weighed deposit at clearing structures of urban waterpipe and reoutcomes implementation in practice of drinking water supply clearing structures designing have been developed. The trial tests of pilot device have been pursued at the Svetlovodsk waterclearing structures.
Key words: clarification, weighed deposit, activated solution, clarifier, water puri
Підп. до друку 7.11.2001 Формат 60х84 1/16
Папір офісний. Друк на ризографі. Обсяг 1,0 ум.-друк. арк.
Тираж 100 прим. Зам. 1975
Сектор оперативної поліграфії ІОЦ ХДАМГ
61002, м. Харків, вул. Революції, 12
