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 |   ...   | 5 | 6 || 8 |

Хозяйственно-питьевоговодопользования в верхнем и среднемприобье

-- [ Страница 7 ] --

Показатели качества, единицыизмерения

Гигиенический норматив

Скважина 1 Вода исходная./очищенная

Скважина 2

Вода исходная/очищенная

1

Запах, баллы

Не более2

3/1

3(сероводор.)/1

2

Мутность, мг/дм3

1,5

2,2/<0,5

1,71/<0,5

3 рН 6-9 7,5/7,0

8,4…6,9/6,95

4

Жесткость, ммоль/дм3

7 6,52/4,76 6,8/6,8
5

Окисляемость перманганатная,мгО/дм3

5 1,14/0,5 1,28/0,8
6

Азотаммонийный (N), мг/дм3

<2 0,42/0 0,1/0
7

Нитраты (по NO3-),мг/дм3

<45 0,1/0,1 1,5/0,48
8

Нитриты,мг/дм3

<3 0,003/0
9

Сульфаты, мг/дм3

500 7,5/7,5
10

Хлориды, мг/дм3

350 6,2/6,2
11

Железо, мг/дм3

0,3 1,65/0,13 4,28/0,12
12

Марганец, мг/дм3

0,1 0,28/0 0,18/0,10
13

Сухойостаток, мг/дм3

1000 407/352

338…410/390

14

Кремний (поSi), мг/дм3

10 11,0/9,0 11,6/10
15

Кальций, мг/дм3

от 30 до140

103,2/88,2
16

Магний,мг/дм3

от 5 до85

16,4/4,3
17

Щелочность,ммоль/дм3

0,5…6,5 6,95/6,25
18

Цинк,мг/дм3

<3

3х10-3/1,7х10-3

19

Медь,мг/дм3

<1

7х10-4/3х10-4

20

Свинец,мг/дм3

<0,03

2.2х10-4/1,0х10-4

21

Хром,мг/дм3

<0,05

0,02/<0,05

22

Ртуть,мг/дм3

<0,0005

5х10-5/3х10-5

23

Фенол,мг/дм3

<0,001

<0,001/<0,001

зрения на механизмыэтих процессов не существует. Вбольшинстве случаев математическое описание ихосуществляется феноменологически. Этодает возможность увязать теоретическиевыкладки с практическим ихиспользованием для определения параметровфильтров [Д.М. Минц, М.Г. Журба, А.М. и В.А.Фоминых]. Вместе с тем суть протекающих процессов недо конца раскрывается, т.к. детальноеизучение возможно только при выделении иоценке факторов, определяющих процесс, т.е.на основании измерения и описания процессазахвата, удержания и отрывания частиц взвесив зернистом фильтрующем материале,рассматривая интегральный результат всейсуммыфакторов.

Нами на основеанализа процессов, происходящих прифильтрации малоконцентрированныхсуспензий, созданаматематическая модель фильтрационной очистки воды отмеханических примесей с помощью скорогофильтра с пористой загрузкой. Модель описывает напорную фильтрацию жидкости,перенос мелких частиц примесей с потокомжидкости,прилипание и отрыв частиц примесей отповерхностизерен загрузки (кольматацию и суффозию), изменениепористости и проницаемости пористой среды.Рассматриваемая система представляется в видесовокупности следующих частей: зерназагрузки (0); подвижная жидкость, находящаясяв проточных порах (1); взвешенные частицыпримесей, перемещающиеся вместе с потоком жидкости (2);неподвижная жидкость, связанная с осевшимичастицами (3)и неподвижные частицы примесей, осевшие наповерхность пор (4), рис.11.

Предполагается, чтожидкость и примеси несжимаемы, скорость движения частиц в потоке равнадействительной скорости жидкости. Осевшие частицы имеют рыхлуюструктуру ипереводят подвижную жидкость внеподвижное состояние. Пористость осадка считается постоянной.Скорость фильтрации суспензииопределяется законом Дарси:

, (1)

где k – проницаемостьсреды, зависящая от насыщенности осадка; µ– вязкостьсуспензии,зависящая от объемной доли взвешенных частиц; P – давление; x – координата вдольпотока; SФ - объемная доляпорового пространства, занимаемого частьюсистемы (Ф=1–4).

Система уравнений,определяющая изменение объемных долейSФ и распределение давления P вдоль фильтра,записывается в виде:

, (2)

, (3)

, (4)

, (5)

, (6)

где т0–пористостьзагрузки в отсутствии кольматации; J13– плотностьпотока жидкости из части системы 1 в часть 3результате кольматации и суффозии; J24,J42 – плотность потокачастиц вследствие кольматации и суффозии;t – время.

Плотность потокакольматации прямо пропорциональнаобъемной доле частиц в подвижной частисистемы и линейно увеличивается с ростомскорости фильтрации U:

, (7)

где ,1 – параметры скоростиоседания частиц на поверхность зерензагрузки. Плотность потока суффозиивозрастает с ростом градиента давления иувеличением объема накопившегося кданному моменту времени осадка:

, (8)

где , 1– параметрыскорости подъема частиц с поверхности пор.Плотность потока жидкости из подвижногосостояния в неподвижное определяетсяразностью потоков кольматации исуффозии:

. (9)

Зависимость вязкостисуспензии от доли взвешенных частицопределяется формулой:

, (10)

где µ0–вязкость воды.

Осаждение частицпримесей на поверхность зерен приводит куменьшению проницаемости среды k. Для описаниязависимости проницаемости от величиныпроточной пористости используютсяэкспериментальная зависимость, выражаемаяформулой:

, (11),

где k0– начальнаяпроницаемость загрузки фильтра.

На основе предложенноймодели созданы численные алгоритмы иразработаны компьютерные программы, спомощью которых было проведенокомпьютерное исследование фильтрационной очистки воды отмеханических примесей и определены закономерности,связывающие кольматацию пространства порс ростом гидравлического сопротивленияфильтра. Результаты моделированияпредставлены на рис. 12-14. Фильтрациясуспензии сопровождается накоплениемосадка, снижением проницаемости среды иростом градиента давления (рис. 12).Накопление осадка происходитпервоначально во входной части фильтра. Помере достижения предельного насыщенияграница области отложений перемещается внаправлении потока. При продвиженииобласти отложений к выходу из фильтравозрастает давление, необходимое дляподдержания постоянной скоростифильтрации, и увеличивается количествопримесей вышедших из фильтра. Взависимости от режима фильтрации ипараметров массопереноса возможно двепричины завершения работы фильтра:достижение предельного давления илипревышение концентрации примесей вфильтрате заданного значения.

Соответствиерезультатов компьютерного моделированияэкспериментальным данным, представленнымв литературе и полученным автором,свидетельствует о правильности модели.

На основаниипроведенного исследования рассчитанапористость осадка - 250, что говорит обобразовании очень рыхлой структуры, этимобъясняется трудность дальнейшегообезвоживания. Сделан вывод, что основнаянагрузка приходится на первый по ходупотока загрязненной воды слойфильтрующего материала.

В результатемоделирования и физико-химическогоисследования свойств осадка показано, чтодля увеличения грязеемкости фильтранеобходимо оптимизировать режимкоагуляции и осаждения с тем, чтобыувеличить объемную долю твердой фазыосадка (уменьшить пористость осадка). Сэтой целью исследованырежимы электрообработки воды длянаправленного воздействия наэлектрохимические процессы при удалениизагрязнителей (электроактивация процессовкоагуляции, адсорбции осаждения,электрокаталитическая деструкцияорганических веществ).

В лабораторных условияхизучено действие частотногоэлектрохимического нейтрализатораоригинальной конструкции. В отличие оттрадиционных электрохимических аппаратов,действующих как электролизеры,используемое устройство позволяетвоздействовать на загрязнители водыимпульсами специальной формы.

Устройствопредставляет собой многоэлектроднуюсистему, к двум электродам присоединены 4-6пластин на расстоянии 4-5мм. Суммарнаяплощадь электродов составляла 320 см2. Эффективная(действующая) плотность тока достигала1-1,5 А/дм2, чтона 2 порядка ниже, чем у устройств,работающих на промышленной частоте. Дляпары пластин процесс выглядит так. Втечение 1с на один из железных электродовподается импульс положительнойполярности с частотой 100 Гц, при этомгенерируются ионы Fe2+. После этого в течение 10с на обаэлектрода подаются мощные импульсы(25кГц). Мощные электроимпульсноевоздействие разрушает устойчивые формыкремния, железо-органические имарганец-органические комплексы. Наследующем этапе на второй электродподаются 100 Гц импульсы в течение 1с, а затемвновь 25кГц на оба электрода в течение 10с.Весь период воздействия составляет 24с. Поддействием электрических импульсовчастицы, находящиеся в воде, деформируютсяи поляризуются. Изменяются зарядыионов, снижается их гидратация,повышается вероятность столкновения ивозможность сближения частиц. Все этоспособствует формированию центровкристаллизации, соосаждению кремния,кальция, магния, железа. Полевоевоздействие на агрегативную иседиментационную устойчивость коллоидныхчастиц, особенно обладающих большоймагнитной восприимчивостью, ускоряеткоагуляцию, кроме того, изменяетсясмачиваемость поверхностей, ускоряются иусиливаются адсорбционные процессы.

В4 главе также предложена установка дляпроведения имитационного моделирования итехнологических изысканий дляоптимизации выбора технологии очисткиводы, имеющей сложный состав загрязнителей(патент 37088).

В главе5 выполненанализ тенденции привлечения вкачестве фильтрующих материаловзаменителей кварцевого песка (керамзитов,горелых пород, шлаков (вулканических иметаллургических), углей (активированных,антрацита), цеолитов и исследованавозможностьиспользования кремний-содержащихотходов. Рассмотрено современное состояние проблемыутилизации осадков сточных вод, показаныпути интенсификации выделения и утилизацииосадков промывных вод станцийобезжелезивания, в том числе использованиежелезосодержащих осадков промывных воддля очистки бытовых сточных вод.

Истощение освоенныхместорождений кварцевого песка и низкиетехнологические показатели некоторыхфильтрующих материалов, а также высокиецены на рекламируемые импортные иотечественные новые материалы и большиерасходы на транспортировку делают актуальным поиск эффективныхместных природных и искусственныхминералов, удовлетворяющих требованиямГОСТа: устойчивых к износу, химическистойких, не выделяющих вредных веществ приконтакте с водой.

Сравнениехимического и минералогического составаприродных минералов, пригодных дляиспользования в качестве фильтрующихзагрузок, и сырья для производствасинтетических пористых материаловпоказывает их сходство. Основнымикомпонентами состава являются оксидыкремния (45-65 %), алюминия (15-25 %), железа (6-10 %),кальция (6-8 %) (Табл.7).

Таблица 7.Усредненный химический состав некоторыхсиликатных пород

Наименование силикатнойпороды

Содержание, %

SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaO

MgO

Na2O+К2О

Граниты Базальты Диабазы Глины Глинистый сланец

68-73 50-52 55-59 60-70 46-50

13-15 15-20 10-12 10-17 до 20

3-5 1-15 12-15 3-8 2-6

До5 8-10 8-10 2-4 до 10

0,3 5-6 2-5 до 1 до 3

5-8 до 2 до 6 до 2 -

Это объясняетсуществование достаточно большого рядапород и минералов, которые могут служитьосновой для получения зернистыхфильтрующих материалов: вермикулит,шунгит, аглопорит, перлит, глауконит,бентонитовые глины, ильменит, туфы, мрамор,аргиллит, трепел, гранит, цеолиты,пиролюзит. Перечисленные материалы служатлибо сырьем для получения поропластов,либо непосредственно используются какзагрузка в виде зерен необходимыхразмеров. В ряде случаев термическая,химическая, механическая иликомбинированные обработки позволяютзначительно улучшить технологическиехарактеристики зернистых загрузок.

Существует группакремний-содержащих отходовпроизводства, которые могут рассматриваться вкачестве потенциальных местныхфильтрующих материалов. Это горелыепороды, шлаки, керамическая, фарфоровая,стеклянная крошка, фактическипредставляющие собой техногенные минералы. Ихутилизация - применение в качестве нижнегоили среднегослоя в многослойных фильтрах - вносит вкладв решение экологических проблем. Еслипо каким-то причинам использование этихотходов невозможно в практике питьевоговодоснабжения, то они пригодны для очисткитехнических и сточных вод. Возможна болееглубокаяутилизация зернистых загрузок,отработавших в фильтрах: использование ихв качестве песчаных фракций припроизводстве асфальтобетонных смесей иустройстве конструктивных слоев дорожных одежд.

Нами изученыфильтрующие свойства некоторых материаловс целью оценки возможности их применения для очисткиводы и стоков. При выборе материаловучитывалисьих высокая механическая прочность,химическая инертность в воде, постоянствосостава, низкая стоимость, доступность.Ниже представлены результаты проведенныхлабораторных исследований, показывающиеэффективность обезжелезивания с помощью местныхзаменителей кварцевого песка. Общая высотазагрузки 3 фильтров диаметром 50 мм скрупностью зерен 1-1,5 мм составляла 1000 мм,скорость фильтрования составляла 5 м/ч.

Как видно из таблицы 8,фильтрующая способность изученныхматериалов не уступает альбитофиру,применяемому на Томском водозаборе с 1985 г.Проведены исследования формированияактивной поверхности фильтрующихматериалов на стадии образованиякаталитической пленки оксида-гидроксидажелеза в пусковой период. О скоростиобразования пленки судили по показателямкачества очистки воды (снижению мутности,цветности, содержания железа). Средниезначения времен выхода фильтров настабильный режим работы для цеолита,альбитофира, керамики, фарфора и стекласоставляют 48, 54, 58, 60, 76 часов,соответственно. Фильтроцикл загрузкизависит от внешних условий и составаисходной воды.

Таблица 8.Показатели очистки аэрированной воды,содержащей растворенные

соединенияжелеза, фильтрованием через различные видызагрузок

Содержание Feобщ. (мг/дм3)

Вид фильтрующейзагрузки

Альбитофир

Керамическая крошка

Стеклянная крошка

Фарфоровая крошка

Цеолит(клиноптилолит)

в исходнойводе

1,50 4,20 1,50 4,20 1,55 4,50 1,55 4,50 1,55 4,50

в фильтрате

0,22 0,30 0,15 0,24 0,26 0,29 0,17 0,22 0,10 0,19


Pages:     | 1 |   ...   | 5 | 6 || 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.