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 |   ...   | 4 | 5 || 7 | 8 |

Хозяйственно-питьевоговодопользования в верхнем и среднемприобье

-- [ Страница 6 ] --

Главную трудность приочистке воды в большинстве населенныхпунктов создает наличие органическихвеществ (чаще – относящихся к гуминовым ифульво-кислотам или являющихся продуктамиих деструкции), растворенного СО2, кремния, которыеспособствуют удержанию железа и марганца вустойчивых формах. Антропогенноезагрязнение органическими веществаминефтяного происхождения усугубляетситуацию. Только применение новыхтехнологий позволит эффективно очищатьводу и получать питьевую воду нормативногокачества. При этом одним из ключевыхусловий направленного воздействия нафизико-химические процессы, протекающие вводе в водоочистных сооружениях,является правильное понимание их природы имеханизма, складывающихся под действиеммногих факторов – специфики состава, взаимноговлияния растворенных природных идобавляемых извне компонентов, влиянияфильтрующего (сорбционного) материала,воздействия микроорганизмов, условийобработки и т.д.

Определенность иорганизованность природных процессовсамоочищения воды показывает, что и вустойчиво и надежно работающихтехнических системах они должны себяреализовывать. Основными природнымипроцессами, способствующими снижениюсодержания в воде загрязнителей,являются:

- гидролиз, сопровождающийсявыпадением труднорастворимых гидроксидов,где большую роль играет величина рН исодержание СО2;

- адсорбция на природныхсорбентах;

- изменение восстановительныхусловий среды на окислительные;

- биохимические реакции.

Геоэкологическая(включая геохимическую и геобиохимическую)система самоочищения воды в природе–теоретическая основа технологии получениячистой питьевой воды. Этот тезисдоказывается фактами, подтверждающимироль физических, химических, биотическихпроцессов в самоочищении поверхностныхвод.

В табл. 5 нами показаныосновные химические процессы, благодарякоторым осуществляются взаимодействиямежду компонентами природной воды в водныхэкосистемах и системахводоснабжения.

Таблица 5. Процессы,протекающие при очистке природных вод

Процессы,способствующие удалению загрязнителейводы

Процессы,препятствующие удалению загрязнителейводы

Окисление игидролиз растворенного железа: 4 Fe2+ + 10 H2O+ O2 = 4Fe(OH)3+ 8Н+

4 Fe(НCO3)2 + 2 H2O + O2 = 4 Fe(OH)3+ 8 CO2 2Fe+2 + Cl2 +6HCO3- = 2 Fe(OH)3 + 2Cl-+ 6CO2 4Fe+2 + MnO4-+8HCO3- + 2H2O = 4Fe(OH)3 + MnO2 + 8CO2

Изоморфизм: Fe(OH)3- Н2О FeОOH (гетит)

Избытокуглекислоты способствует удерживаниюжелеза в растворенном виде:

CO2 + H2O H2CO3

Fe СО3+ СО2+ Н2О Fe (НСО3)2

Разрушениефульватных и гуминовых комплексов: R-C(O)-O-Fe-O-C(O)-R + Н2О2Fe3++2RCOOH R-C(O)-O-Fe-O-C(O)-R + 2ОН-Fe3++2RCOOH

R-C(O)-O-Fe-O-C(O)-R + О3+H2O Fe3++2 RCOOH+О2+2О2-

RCOOH – молекулагуминовой кислоты; R-C(O)-O-Fe-O-C(O)-R – железо-гумусовоесоединение

Образование коллоидныхчастиц:

nFe3++ 3xL+ 3mOH- {m[Fe(OH)3]nFe3+ 3(n-x)L-}3xL например:

(n+m)Fe3++(n-x)OH-+(x+y)Н2О {[mFeОOH nFeO+(n-x)OH-yH2O] zH2O};

Образование зародышей длякристаллизации осадка:

Mg2+ + 2ОН-Mg(ОH)2

Са(НСО3)2 СаСО3+ СО2+ Н2О

Са2+ + НСО3-+ ОН- СаСО3+ Н2О

Mn(НСО3)2 MnСО3+ СО2+ Н2О

MgCO3 + H2O Mg(OH)2 + CO2.

Окисление ипереход ионов железа в формы, устойчивые кокислению

Fe2+Fе+3 комплексные соединения [Fe L1Li]+n,0,-n

Устойчивы фосфатные,силикатные, фульватные, гуматные комплексыжелеза, марганца, свинца, меди

*L -органические или неорганические лиганды,

НL – органическиекислоты например, двухосновные:щавелевая, янтарная, лимонная,малоновая

Повышение рНсоздает лучшие условия для осажденияжелеза и марганца: 3Са(ОН)2 + 2Fе+3 2Fe(OH)3 +3Са+2

Образование комплексныхсоединений

nFe3++ HL1+ HL2 [Fe L1L2]+n,0,-n + H+ пример, с гуминовымивеществами:

Fe2+ + 2RCOOH R-C(O)-O-Fe-O-C(O)-R +Н+

Деятельность железо- имарганец-окисляющих бактерий* 2FeСО3+ 1/2 О2+3Н2О Fe(ОН)3 + 2СО2 Mn2+ +H2O2MnО2+3H2O

* деятельность бактерийможет также и мешать работе фильтрующимматериалов, блокируя поверхность зерензагрузки слизистым слоем зооглея

СаСО3+ СО2+ Н2О Са(НСО3)2

Окислениемарганца Mn2+ + О3+H2OMnО2+H2O2

Mn2+ + О3MnО2+O2-

Частькислорода затрачивается на окислениеорганических веществ, и его не хватает дляокисления железа

На основе анализаобщности физико-химических процессов,протекающих в природных условиях ипри очистке природных и сточных вод,нами выдвинута концепция эндогенногосамоочищения природных вод в техническихсистемах. Ее суть в следующем. Подземнаявода содержит примеси (железо, алюминий,кальций, кремний), способные при активациив природных условиях и в техническихсистемах образовывать коагуляционныеструктуры, адсорбирующие тяжелые металлы.Можно достичь активизациисамопроизвольного выделения из водынежелательных растворенных компонентов ввиде твердой фазы при воздействии на водуизлучений, электрических, магнитных полей.Дальнейшее осаждение и удаление примесейпозволяет получить чистую водунормативного качества. Создание условийдля активизации процессов автокоагуляциии седиментации в природной воде являетсяглавной задачей в технологииочистки железосодержащих вод. Концепцияможет рассматриваться как элементгеоэкологической безопасностихозяйственно-питьевоговодопользования.

При формированиисостава железосодержащих вод исследуемогорегиона кроме химических агентов (прежде всегоорганических кислот, СО2, кислорода)огромную роль (прямо или косвенно) играютмикроорганизмы. Эти же организмыучаствуют в образовании осадков на водопроводномоборудовании, способствуют его коррозии,вторичному загрязнению воды.

В водеэксплуатационных скважин Томскоговодозабора в 1991-1993гг. нами обнаруженыразличные группы микроорганизмов, в томчисле железобактерии. В 1994-1995гг. подруководством С.Л. Шварцева были проведеныболее детальные микробиологическиеисследования подземных вод Обь-Томскогомеждуречья, расширившие научныепредставления о разнообразии микробныхценозов подземных вод региона. Рольжелезобактерий Gallionella ferruginea, Leptothrix оchracea,Crenothrix в работе фильтровальных сооруженийочень велика. Использованиежелезобактерий в качествебиокатализаторов – не новое, но обретающее второерождение направление в очистке воды.Главным преимуществом его являетсяэкологическая чистота, высокаяэффективность осаждения марганца;недостатком –высокая чувствительность бактерий кизменениям во внешней среде. Дляжелезосодержащих вод с большойконцентрацией органических веществбиообезжелезивание предпочтительнеедругих методов.

Физические и химические процессысамоочищения воды в природе часторегулируются биологическими факторами илисущественно зависят от них. В природнойводе все процессы, участвующие в очищенииводы, важны, но значимость каждого можетменяться во времени. Факторы и процессы,определяющие самоочищение воды,взаимосвязаны. Они могут накладыватьсядруг на друга, усиливая или ослабляя общийэффект. Выделение индивидуальных факторови процессов не всегда возможно, оновыполнено нами с целью детализации общейструктуры механизма самоочищения воды.

При экспериментальномизучении факторов, влияющих на степеньочистки подземных вод, нами установлено,что через 1-4 недели после начала работыфильтра происходит покрытие поверхностизернистой загрузки слоем (пленкой)вторичных минералов. В этом процессепринимают участие железо- имарганец-окисляющие бактерии [Покровский идр., 2005; Волкова, 2006]. Аборигенные бактерииобразуют сообщества, иммобилизованные напористой поверхности (пленке) загрузки, иочистка воды происходит намногоэффективнее по сравнению с таковой встерильных условиях. Благодарябиохимическим процессам лучше удаляютсяиспользуемые бактериями железо, марганец,органические вещества. Как показано нарис.8, при идентичных условиях обработкиводы разные фильтрующие материалыпоказывают близкие свойства, чтообъясняется одинаковым составомповерхностных химических соединений назернах загрузки изкварцевого песка, горелой породы,керамического материала.

Рис.8. Показатели степени очистки воды (%) послеозонирования (концентрацияО3 1 мг/л,продолжительность контакта воды с озоном 1час), отстаивания (2ч) и фильтрования через:1- кварцевый песок, 2- горелую породу, 3–керамический фильтрующий материал КФМ,содержащиеаборигенную микрофлору. Скоростьфильтрования 2м/ч. Исходные концентрациизагрязнителей: железо (общ.) 2,5 мг/дм3; марганец (общ.) 0,2мг/дм3;перманганатная окисляемость (ПО) 6,5мгО/дм3.

Вторым эффективным способомочистки воды от марганца является егоокисление озоном в труднорастворимыйMn(ОН)4.Экспериментальные исследования поудалению изводы марганца с помощью озонированияпоказали (рис.9), что доза озона,необходимаядля окисления марганца, не велика.Требуется только обеспечить достаточнуюпродолжительность контакта озона смарганцем, и тогда достаточно всего 1мг/дм3О3.

Одной из причиннеудовлетворительной очистки воды врегионе является недостаточное окислениеи деструкция загрязняющих воду веществ инеэффективное проведение процессафильтрования. На основе теоретическихобобщений и собственного 15-летнегопрактического опыта по изучениюрегиональных особенностей очисткиприродных и сточных вод физико-химическимиметодами нами разработан способ очистки иобеззараживания воды, предусматривающийокислительно-кавитационное воздействие,безреагентную коагуляцию, фильтрацию(патенты 35730, 2228916). Разработанная станция очисткиводы отличается наличием оригинальногоблока –камеры окисления, новым конструктивнымрешением фильтра, сочетанием озонированияи кавитации в циркуляционном контуре,автоматическим управлением процессамиаэрации, фильтрования и регенерациифильтрующей загрузки.

В зависимости от качественного иколичественного состава загрязнителей висходной воде задается необходимое дляокисления загрязнителей содержание озона,подача которого в смеси с воздухомпроисходит через эжектор. Вкамере окисления про-

исходит многократноеобращение воды, диспергирование полученной вэжекторе озоно-водяной смеси,кавитация, активно протекаютокислительные процессы. Это обеспечивает вдальнейшем высокую эффективность удаленияокислившихся и скоагулированныхзагрязнителей. Озонирование воды (одно- илимногократное, в зависимости отколичественного и качественного составазагрязняющих веществ и существующейсистемы очистки воды), при условиипродолжительного воздействия иэффективного диспергирования озона,позволяет оптимизировать все рассмотренные этапыводообработки. Кавитация - этообразование разрывов сплошности капельнойжидкости в результате местного понижениядавления.Акустическая кавитация применяется дляобеззараживания. Сочетание озонирования икавитационного воздействия, усиливающихдруг друга, создает условия для получениягазо-водной смеси с концентрацией озона 1-2% иболее. Дестабилизация загрязнителей приэтом столь велика, что кратно увеличиваются скоростиокислениякислородом воздуха и коагулированияжелезосодержащих и других частиц, погибаетболее 90% микробов.

Одновременнопроисходит удаление из воды растворенныхгазов, таких как СО2, Н2S,NН3, СН4. Общее времяпребывания воды в камере окисления,необходимое для реакций с О2 и О3 всехвосстановленных форм загрязнителей,составляет 10-30 мин и зависит от составаисходной воды. Длительность воздействияозона регулируется за счет варьированияобъемных характеристик камеры окисления,что является возможным благодарядатчикам уровня воды, включенным в АСУ.Интенсивность воздействия газовойокислительной смеси регулируется путемизменения производительности насоса. Присильном загрязнении воды существуетвозможность подключения дополнительнойсистемы, состоящей из насоса, эжектора,кавитатора.

В узле безреагентнойкоагуляции осуществляетсяхлопьеобразование. Для интенсификацииэтого процесса в случае повышенногосодержания органических соединений возможнадополнительная обработка воды с помощьюэлектрохимического активатора,генерирующего активные частицы Fe+2,которые становятся центрамикристаллизации для ионов металловраствора и интенсифицируют образованиекрупных,легче фильтруемых, хлопьев осадка. Их большаяудельная поверхность и имеющийся зарядсоздают благоприятные условия дляадсорбции загрязнителей (ионы тяжелыхметаллов, органические молекулы). Такимобразом, без введения коагулянтовобеспечивается протекание тех жепроцессов, сопровождающихся переводом в осадокзагрязнителей, что и при использованииреагентного коагулирования. Происходитэндогенное самоочищение воды.

На завершающей стадииочистки вода проходит через фильтр(рис.10) оригинальной конструкции, где освобождаетсяот перешедших в осадок загрязнителей.

Разработанный фильтр(патент 2225243) содержит цилиндрический корпус 1, крышку2 с патрубкомдля подачи воды, днище 3, жесткосоединенные с корпусом, верхнююсборно-распределительную систему 4,установленную внутри крышки корпуса,соединеннуюс патрубкомдля подачи воды, нижнююсборно-распределительную систему 4 внутри днищафильтра, зернистую загрузку 5, размещеннуюв корпусе и закрепленную между горизонтальнымисетчатыми перегородками 6. Корпус, крышка, днище,сетчатые перегородки соединены фланцами. Фильтрснабжен патрубками 8 и 9 для отвода и подачи водыпри фильтровании и промывке. Бандажныекольца 10 обеспечивают надежностьконструкции. Оригинальная конструкцияфильтра, система автоматики,обеспечивающая оптимальные режим промывки ирабочие параметры, позволяют проводить удаление осадкас высокими показателями. Фильтроцикл, взависимости от состава исходной воды,составляет10-20 часов.

Если исходная вода не содержалаопасных токсикантов, то после фильтра онасразу поступает в накопитель чистой воды ииспользуется потребителем. В случае, еслиесть вероятность того, что химическийсостав воды после озонирования ифильтрования улучшен не достаточно, всистему подключается узел дополнительнойочистки - сорбционный фильтр скартриджем из металлокерамики, полученныйСВС-синтезом. Это высокопористыйматериал на основе оксидно-карбиднойсистемы Al2O3 +TiC + FeTiAl, изготовленный сиспользованиемлейкоксен-рутил-ильменитовогосырья.

В табл.6 приведеныпримеры, показывающие изменениепоказателей состава подземных вод послеобработки на станции, действующей поописанной технологии, на двух объектах.Высокая степень очистки воды позапатентованной технологии подтвержденапри успешной эксплуатации 14 установок наскважинах в Томской области.

Из обзора работ пофильтрованию с удержанием взвеси в объемеи на поверхности зернистых материаловследует, что основными направлениями,требующими разработки, являются: оценка локальныхгидродинамических параметров теченияжидкости в фильтрующей загрузке; оценкаизменений локальных гидродинамическихпараметровпо мере поглощения частиц суспензии;оценка влияния локальныхгидродинамических параметров на кинетикупроцессов захвата, удержания и отрываниячастиц. Единой точки

Таблица 6. Показателистепени очистки подземной воды потехнологии с озонированием,аэрированием, кавитацией,фильтрованием



Pages:     | 1 |   ...   | 4 | 5 || 7 | 8 |
 





 
© 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.