авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 |

Доочистка водопроводной воды активированным углем, модифицированным фуллеренами

-- [ Страница 2 ] --

Для определения эффективности работы березового модифицированного активированного угля в режиме реального водопотребления был проведен продолжительный фильтроцикл по обработке воды АУМбер и АУбер. Фильтрование производилось со скоростью 2,5 м/ч. Общий объем воды, обработанной на колонках с АУМбер и АУбер без замены сорбента, составил 4265 л, при этом общая продолжительность фильтроцикла была 1175 ч. Получены результаты содержания железа, цветности и окисляемости исходной воды и воды, обработанной АУМбер и АУбер. Графически представлены данные, а также зависимости эффективности очистки по содержанию железа, цветности и окисляемости исходной воды и воды, обработанной АУМбер и АУбер. Так, на рис. 2 показана зависимость эффективности очистки воды по цветности на АУМбер и АУбер.

Результаты, полученные при проведении фильтроциклов по обработке исходной водопроводной воды АУМбер, позволили определить осредненные показатели эффекта очистки воды по окисляемости при высоте фильтрующего слоя 320 мм и скорости фильтрования 2,5 м/ч.

На основании полученных данных по методу экспертных оценок определен также эффект очистки исходной воды по окисляемости при различной высоте фильтрующего слоя и различных скоростях фильтрования. На рис. 3 графически представлена зависимость эффективности очистки на АУМбер от скорости фильтрования при различной высоте фильтрующей загрузки.

Рис. 2 График зависимости эффективности очистки воды по цветности АУМбер и АУберисх

Так как грязевые нагрузки исходной обрабатываемой воды невелики, для проведения очистки модифицированными фуллеренами активированными углями, достаточно время контакта воды с сорбентом, меньшее, чем принятое в традиционной фильтрационной обработке воды. При этом эффективное время работы модифицированного фуллеренами активированного угля определяется предъявляемыми требованиями к качеству обработанной воды.

 ффективность очистки исходной воды-3

Рис. 3 Эффективность очистки исходной воды по окисляемости на АУМбер при различной высоте фильтрующей загрузки и скорости фильтрования

На рис. 4 представлены полученные по методу экспертных оценок зависимости продолжительности фильтроцикла от скорости фильтрования и время контакта обрабатываемой воды с модифицированным фуллеренами активированным углем.

Рис. 4 Продолжительность фильтроцикла при обработке исходной воды АУМбер при различной скорости фильтрования и времени контакта воды с АУМбер

Аппроксимация зависимостей технологических параметров доочистки водопроводной воды на фильтрах с активированным углем, модифицированным фуллеренами, производился в стандартном пакете Excel-2010. Построение линий тренда и выбор вида функций (линейная; логарифмическая; полиномиальная 2-й степени; полиномиальная 3-й степени; степенная; экспоненциальная) проводились с учетом коэффициента детерминации.

В работе в графическом виде представлены линии тренда зависимости эффекта очистки воды по окисляемости на АУМбер от скорости фильтрования и высоты фильтрующей загрузки при различных видах функций и указаны функциональные зависимости и соответствующие им коэффициенты детерминации. Расчеты показали, что для полиномиальной функции 3-й степени коэффициент детерминации R2=1. Зависимость эффекта очистки исходной воды по окисляемости на АУМбер при различной высоте фильтрующей загрузки и скорости фильтрования имеет вид (1):

где y – эффект очистки по окисляемости на АУМбер, %; x – скорость фильтрования, м/ч.

Аналогично были проанализированы зависимости продолжительности фильтроцикла от скорости фильтрования и времени контакта обрабатываемой воды с модифицированным фуллеренами активированным углем при различных видах функций. Также для полиномиальной функции 3-й степени коэффициент детерминации R2=1. Получено, что зависимость продолжительности фильтроцикла от скорости фильтрования и времени контакта обрабатываемой воды с АУМбер выражается по формулам (2):

где y – продолжительность фильтроцикла на АУМбер, ч; x – время контакта обрабатываемой воды с АУМбер, ч.

  1. Разработана оригинальная методика регенерации АУМ с применением окислителя, позволяющая максимально использовать сорбционную емкость АУМ.

При проведении продолжительного фильтроцикла на колонках с АУМбер в качестве пробной регенерации после фильтрования на колонках 3500 л воды была проведена химическая регенерация щелочью KOH 40%. Результаты показали, что проведенная регенерация щелочью на эффективность очистки влияния практически не оказала. Для регенерации активных березовых углей с целью восстановления их сорбционной емкости был применен окислитель гипохлорит натрия, вводимый в воду перед подачей на колонки с адсорбентами. Доза активного хлора в воде с гипохлоритом натрия для регенерации определялась экспериментально. Для этого через колонки с АУМбер и АУбер было пропущено 160 л исходной водопроводной воды с линейной скоростью 2,5 м/ч для снижения сорбционной емкости углей.

Снижение эффекта очистки по окисляемости до 30% свидетельствовало о необходимости проведения регенерации; затем адсорбенты обрабатывались гипохлоритом натрия с заданной дозой активного хлора; после чего производилась обратная промывка колонок. Доза активного хлора варьировалась от 1 мг/л до 70 мг/л. Применение окислителя с малыми дозами активного хлора не оказали влияния на сорбционную емкость загрузки. Показатели качества обрабатываемой воды после регенерации АУМбер и АУбер позволили установить, что только после обработки колонок с углями водным раствором гипохлорита натрия с дозой активного хлора 70 мг/л, удалось добиться снижения цветности в водопроводной воде в режиме сорбции по сравнению с результатами ранее проведенных исследований. На рис. 5 и рис. 6 графически представлены результаты исследований эффективности доочистки воды по цветности и содержанию железа общего.

Рис. 5 Эффективность очистки по цветности воды, обработанной АУМбер и АУберисх

Снижение эффективности очистки, получаемое при пропускании воды с гипохлоритом натрия через фильтрующие колонки, обусловлено окислением гуматов и других органических соединений, задержанных в порах углей на стадии сорбции и их выбросом в фильтрат, что, по сути, является регенерацией отработанных на стадии сорбции углей. Показано, что применение гипохлорита натрия в «классической» окислительно-сорбционной схеме обработки воды является менее эффективным, чем применение этого же реагента для регенерации углей периодически в больших дозах и кратковременно.

Рис. 6 Эффективность очистки по железу общему в воде, обработанной АУМбер и АУберисх

3. Установлены бактериологические показатели (общее микробное число; общие колиформные бактерии; термотолерантные колиформные бактерии; споры сульфитредуцирующих клостридий; колифаги) качества воды, обработанной АУМ.

Известно, что активированные угли представляют собой богатую питательную среду для микроорганизмов, что является причиной невозможности длительного использования углей для доочистки питьевой воды. Вместе с тем, есть данные о наличии бактерицидных свойств фуллеренов. Для определения эффекта очистки воды АУбер и АУМбер от возможных бактериальных загрязнений проводилось исследование по следующей методике: в исходную водопроводную воду вводился заранее приготовленный раствор, содержащий кишечную палочку; после перемешивания вода подавалась на фильтровальные колонки. Через каждую колонку пропускалось по 5 л воды, содержащей кишечную палочку, затем отбирались пробы, исследуемые кафедрой сорбентов СПбГТУ. Результаты бактериологического анализа (КОЕ), проведенного СПбГТУ: исходная вода – 100 шт/л; вода после АУберисх – 460 шт/л; вода после АУМбер – 5 шт/л.

Также для исследований бактерицидного эффекта АУМ был смоделирован цикл водоочистки: в качестве исходной обрабатываемой воды использовалась вода из реки Фонтанки объемом 30 л, содержащая большое количество бактериальных загрязнений; перед подачей воды на колонки с АУМбер и АУбер исходная вода была обработана коагулянтом (Al2(SO4)3) и отфильтрована. Содержание бактерий в пробах воды определялось специализированной лабораторией ЗАО “Центр исследования и контроля воды”.

В качестве нормируемых бактериологических показателей были выбраны показатели по СанПиН 2.1.4.1074-01: общее микробное число; общие колиформные бактерии; термотолерантные колиформные бактерии; споры сульфитредуцирующих клостридий; колифаги. Для определения бактериальных загрязнений были отобраны пробы: исходной воды из открытого источника; исходной воды, обработанной коагулянтом и отфильтрованной; воды, обработанной коагулянтом, отфильтрованной и обработанной на колонке с АУМбер; воды, обработанной коагулянтом, отфильтрованной и обработанной на колонке с АУбер. Полученные результаты бактериологических исследований подтвердили наличие бактерицидных свойств у АУМбер, при этом следует отметить, что обработка воды на АУбер приводит к значительному росту колоний колиформных бактерий, количество которых не поддается определению.

Исследования подтвердили нестабильность качества водопроводной воды и необходимость ее доочистки; показали высокую эффективность использования модифицированных фуллеренами активных углей для доочистки водопроводной воды, загрязненной вследствие прохождения по водопроводным трубам низкого качества, превышающая эффективность доочистки на исходных углях до 30 % по цветности, содержанию железа и окисляемости. Установлено, что регенерация активных углей с применением водных растворов гипохлорита натрия увеличивает их сорбционную активность на 25 %, при этом эффективность очистки водопроводной воды после регенерации гипохлоритом натрия с дозой активного хлора 70 мг/л для модифицированных фуллеренами углеродных адсорбентов на 15 – 20 % выше, чем для исходных углей. Также подтверждено наличие бактерицидных свойств у АУМ по сравнению с АУ, при этом обработка воды на последних приводит к значительному росту колоний колиформных бактерий, количество которых не поддается определению. Наличие у АУМ ярко выраженных бактерицидных свойств позволяет рассматривать их как альтернативу импрегнированному серебром активному углю.


4. Предложена технологическая схема доочистки с применением АУМ, подтверждена экономическая целесообразность применения АУМ.

В работе представлена принципиальная (см.рис. 7) и технологическая схемы установки доочистки водопроводной воды с применением АУМ производительностью 1 м3/ч (см.рис. 8).

Технологическая схема установки доочистки производительностью 1 м3/ч предусматривает подачу воды из водопроводной сети через водомер (3) по трубопроводам из полипропиленовых труб (14) в напорный фильтр с АУМ (6).

Габаритные размеры фильтра определялись на основании производительности установки и скорости доочистки в пределах до 5 м/ч. Так, для заданной производительности установки доочистки подобран фильтр высотой 1721 мм, диаметром 555 мм, высота загрузки АУМ h=1,2 м. Площадь фильтрующей поверхности для выбранного фильтра составит: Fф=d2/4=0,2418 м2. Тогда скорость фильтрования составит: V=Q/Fф=4,1 м/ч.

Рис. 7 Принципиальная схема многоцелевой фильтровальной установки: 1–напорный фильтр с загрузкой АУМ; 2–бак доочищенной воды; 3–бутыль с реагентом (гипохлорит натрия); В1 – холодный водопровод; К–канализация; Р–реагент

Из фильтра с АУМ предусмотрена подача доочищенной воды в бак дочищенной воды (1), откуда вода с помощью погружного насоса (2) подается к конечному потребителю.

Для возможности регенерации АУМ схемой многоцелевой фильтровальной установки предусмотрена подача насосом-дозатором (5) реагента из бутыли с гипохлоритом натрия (4). Производительность насоса-дозатора определяется по формуле (3):

Qн-д=QполнДк/(104bp24p) (3)

где Qполн – полная производительность установки, м3/сут; Дк – доза гипохлорита натрия, Дк=70 г/м3; bp – концентрация раствора гипохлорита натрия, %; p – плотность раствора гипохлорита натрия, т/м3.

Рис. 8 Схема установки доочистки водопроводной воды производительностью 1 м3/ч: 1–бак доочищенной воды; 2–насос погружной; 3–водомер (2шт); 4–бутыль с реагентом (гипохлорит натрия); 5–насос-дозатор (микродозатор); 6–напорный фильтр с загрузкой АУМ; 7–манометры образцовые (2шт); 8,8*–ротаметр (2шт); 9–датчик уровня (3шт); 10–насос погружной промывки фильтра; 11–вентиль регулирующий; 12–вентиль с электроприводом (2шт); 13–пробоотборник (краны шаровые, 2шт); 14–трубы полипропиленовые; К–канализация; Р–реагент

Производительность насоса-микродозатора определялась для 25% раствора гипохлорита натрия плотностью 1,574 г/м3 и составила Qн.д.=0,2 л/ч.

Подача воды из водопроводной сети предусмотрена в автоматическом режиме, по сигналу к вентилю с электроприводом (12) от датчика уровня в баке дочищенной воды (9). Также в автоматическом режиме осуществляется промывка фильтра – по сигналу от водомера к погружному насосу промывки фильтра с АУМ (10). Расход на обратную промывку фильтра для принятого автоматического клапана при давлении 1 бар составляет 8,0 м3/ч. Продолжительность одной обратной промывки согласно данным завода-изготовителя клапана 10 мин. Тогда объем воды на одну промывку составиляет: Wпр=810/60=1,33 м3.

Так как в баке доочищенной воды, являющемся также источником воды на промывку, должен единовременно храниться объем на две промывки, минимальный объем бака дочищенной воды составляет Wmin=21,33=2,66 м3. К установке принят бак дочищенной воды объемом 3,0 м3. При промывке фильтра и переливе в баке доочищенной воды предусмотрен сброс воды в канализацию (К). До и после напорного фильтра устанавливаются манометры (7) для контроля давления в системе. Для определения качества исходной и доочищенной воды предусмотрена установка пробоотборников (13) до и после напорного фильтра с АУМ.

Спецификация оборудования для установки доочистки производительностью 1,0 м3/ч представлена в таблице 2.

Аналитическая зависимость для запроектированной установки производительностью 1,0 м3/ч имеет вид:

Эок=–0,111V2+2,222V2–16,889V+113,780=74,23 %.

Продолжительность фильтроцикла определяется как: Тф = 0,054t3 – 3,678t2 + 86,341t – 499,75;

t=h/V=1,2/4,160=17,5 мин.

Тф =0,05417,53–3,67817,52+86,34117,5–499,75=175 ч.

Для установки доочистки производительностью 1,0 м3/ч объем обработанной воды с эффектом очистки по окисляемости не менее 74,23%, составляет: W=Q*Tф=1175=175 м3.

Общий объем воды, доочищенной за время работы АУМ (включая межрегенерационные периоды), определяется по формуле:

Wполн= 2,155W=2,155QТф;

где Q – производительность установки доочистки с загрузкой АУМ; Тф – продолжительность фильтроцикла (до первой утилизации АУМ).

Объем воды, дочищаемой за время работы АУМ на установке доочистки производительностью 1,0 м3/ч, составляет: W1полн=2,1551,0175=377,1 м3.

Для оценки экономической целесообразности применения модифицированных фуллеренами березовых активированных углей для доочистки водопроводной воды произведен расчет капитальных и эксплуатационных расходов при доочистке исходной водопроводной воды на установке производительностью 1,0 м3/ч. Расценки для расчета приняты среднерыночные для г.Санкт-Петербурга по состоянию на март 2013 г. Общие расходы на доочистку рассчитаны как сумма капитальных, эксплуатационных затрат, а также непредвиденных расходов (ремонт и замена оборудования): ЦАУМ=К+1,02Э; где ЦАУМ – общие затраты на доочистку воды на установке с использованием АУМ, руб; К – капитальные затраты, руб; Э – эксплуатационные затраты, руб; 1,02 – коэффициент, учитывающий непредвиденные эксплуатационные расходы (2% от Э).

Общие затраты на производство 377,1 м3 доочищенной воды составят: ЦАУМ=266 472 руб. Приняв срок эксплуатации установки доочистки с АУМ равным 5 лет, а время работы установки 6 ч/сут, общее количество фильтроциклов составит 62, общий объем обработанной воды=62377,1=23 380 м3. Общая стоимость доочищенной воды определяется по формуле (4):

Цобщ=(К–А)+(1,02Э+A)Ф (4)

где Цобщ – общие затраты на доочистку воды на установке с использованием АУМ в течение всего срока эксплуатации установки, руб; А – стоимость загрузки АУМ для установки доочистки, руб; Ф – количество фильтроциклов на АУМ в течение всего срока эксплуатации установки (в качестве одного фильтроцикла обработка воды на АУМ в промежутках между утилизациями АУМ). Тогда Цобщ=6 292 574 руб.

Таблица 2. Перечень оборудования установки доочистки водопроводной воды производительностью 1,0 м3/ч

Следовательно, себестоимость 1 м3 воды, обработанной на установке доочистки с загрузкой АУМ, при работе установки в течение 5 лет, составляет 269 руб/м3.

Для определения экономического эффекта применения модифицированного активированного угля определена также себестоимость 1 м3 воды, обработанной на установке по схеме, представленной на рис.8, с загрузкой АУ. Объем воды, обработанной в течение одного фильтроцикла до полной утилизации АУ, определяется по формуле (5):

Wполн,АУ=2,155QТф,АУ (5)

Wполн,АУ=2,1551131=282 м3.

Приняв в расчете срок эксплуатации установки доочистки с АУ также 5 лет, время работы установки 6 ч/сут, получено общее количество фильтроциклов=83, общий объем обработанной воды=23 404 м3.

Общая стоимость дочищенной на установке с АУ воды определяется как: Цобщ,АУ=(225 643–48 300) + (40 0281,02+48 300)83=7 575 014 руб.

Себестоимость 1 м3 воды, обработанной на установке доочистки с загрузкой АУ, составляет 324 руб/м3.

Таким образом, себестоимость воды, обработанной на установке доочистки производительностью 1,0 м3/ч с применением АУМ, при общем времени эксплуатации установок 5 лет, на 20,4 % ниже себестоимости 1 м3 воды, дочищенной на аналогичной установке с загрузкой АУ.


Общие выводы




Pages:     | 1 || 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.