Бюллетень по очистки различных вод по предложенным показателям. Определить лучшие решения по методам очистки седиментацией, флотацией, фильтрацией и др



Скачать 170.83 Kb.
Дата25.04.2016
Размер170.83 Kb.
ТипБюллетень




Экономические показатели, эффективность, очистки воды как единые критерии построения технологической схемы очистных сооружений
Демков А.И., к.т.н. Мануйлов М.Б.
Сделано предложение оценки технологической схемы очистки воды по эффективности, экономическим показателям. Предложено конкретизировать эффективность на три группы.

Рассмотрена эффективность седиментации, и оценена ее эффективной и область применения лишь для дисперсных примесей более 80 мкм.

Предложено создать официальный периодический бюллетень по очистки различных вод по предложенным показателям. Определить лучшие решения по методам очистки седиментацией, флотацией, фильтрацией и др.

Ключевые слова: эффективность, седиментация, фильтрация, гранулометрический состав, исследования.

Задача построения технологической схемы очистки воды является прежде всего экономической, а потом уже и технологической, т. к. нет проблем создать эффективные очистные сооружения, проблема в том, сколько это будет стоить. В настоящем, официальных критериев в оценки данных решений не существуют, не смотря на то, что пишутся тенденциозные ТЭО и проводятся официальные тендеры. При всей развитости экономической науки эта зона деятельности еще мало исследована. Таким образом, мы данной статьей приглашаем к научной дискуссии. Эта тема большая и может и должна иметь конечный результат – официальную доктрину Минприроды.

В данной статье мы исследуем две темы, одну технологическую и одну экономическую. Технологическая тема будет касаться лишь процессам седиментации.

Критерием оценки работы любого метода очистки, технологического устройства является эффективность. Эффективность представлена в процентах от соотношения веса примесей воды на выходе устройства к его исходной концентрации. При всей простоте этого анализа нет основного критерия – насколько это эффективно. Мы предлагаем внести ясность в этом вопросе: разделить понятие эффективность на три группы: низкоэффективна, среднетехнологична, эффективна, согласно табл. 1.


Таблица 1. Классификация эффективности очистки воды

Низкоэффективна

Среднетехнологична

Эффективна

до 55%

56 – 80 %

81 % и более


Неэффективна – данный способ очистки не превышает 55% и возможности его увеличения эффективности данным способом технологически не возможны.

Среднетехнологична – при очистки воды эффективность его находится в промежутке 56 – 80 % и ресурсы увеличения эффективности не все использованы, имеет место во времени не устойчивая эффективность как в меньшую от данного диапазона, так и в большую сторону.

Эффективна – имеет место стабильная эффективность очистки воды превышающая 81%. Данная эффективность может быть уменьшена лишь при переходных процессах, форс - мажора: аварий или нарушения технологического режима.

Данная классификация должна получить официальное признание, т.к. не имеет смысл ставить вопрос о эффективности работы очистки воды, если они будут работать ниже эффективности 81%. Однако имеется и другая сторона – каким экономическим способом это возможно получить, поэтому в данной статье вводим критерии экономичности.


1. Разделение дисперсных примесей воды в гравитационном поле


Все дисперсные системы по кинематическим свойствам дисперсной фазы можно разделить на два класса: свободнодисперсные системы, в которых дисперсная фаза подвижна, и связнодисперсные системы (пористые тела) – системы с твердой дисперсионной средой, в которой частицы дисперсной фазы связаны между собой и не могут свободно перемещаться [1]. Вода в природе и производстве, в аспекте изучаемой темы, несет в себе различные включения органического и неорганического происхождения, а также растворенные газы. Эти ингредиенты качественно изменяют свойства воды. Поэтому, не рассмотрев взаимодействия воды и примесей в различных физических условиях нельзя понять и решить поставленной конечной цели – очистка сточных вод. Примеси, находящиеся в воде, по своим физическим размерам разделены на четыре основные группы, табл. 2, предложенной Л. А. Кульским в 1968г [2].

Выводы Л. А. Кульский формулирует так.

«1. Поведение примесей в водной среде и их реагирование на вводимые при обработке сорбентов воды определяются размерами их частиц и еще в большей степени способностью образовывать с водой однородную или неоднородную систему (гомогенную или гетерогенную).

2. Сопоставление практикуемых методов очистки воды от различных загрязнений показало, что каждому фазово-дисперсному состоянию примесей соответствуют определенные технологические приемы и методы их удаления.


Таблица 2 - Классификация примесей воды и методов их контроля и удаления (по Л.А. Кульскому)



Фазовая

характеристика



Гетерогенные системы

Гомогенные системы

Группы

1

2

3

4

Форма нахождения

веществ в водоемах



Взвеси

Золи и высокомолекулярные соединения

Молекулярно-

растворимые

вещества


Вещества,

диссоци-


ирован- ные

на ионы


Размер, мкм

100-10

10 – 0,1

0,1 -0,01

0,01-0,001

Характерные

представители

загрязнений


Крупная

взвесь.


Тонкая

взвесь.


Планктон.

Бактерии



Органно-минеральные

комплексы.

Гумусовые

вещества.

Вирусы


Летучие

вещества и

газы.

Органические вещества и



газы.

Вещества, продуцируемые

микро-

организмами.



Катионы и анионы

минераль-

ных

и органи-



ческих

соедине-


ний

Методы

удаления


примесей из воды

Механическое

разделение



Ультрафильтрация.

Коагуляция.

Флотация.

Окисление хлором.

Электрофоретичес –

кие методы.




Гиперфильтрация.

Перевод ионов в м.р. соедин.

Использование подвижности ионов в электрическом поле.

Адсорбция на активированных углях и других материалах.


3. Все неисчислимые виды загрязнений природных и промышленных вод могут быть объединены по этим показателям всего по нескольким группам. Принадлежность к ним предопределяет технологию очистки».

Рассмотрим первую группу примесей с размерами 100 – 10 мкм и механическим (седиментационным) способом удаления примесей.

Изучение гранулометрического состава взвешенных веществ дождевого поверхностного стока, отводимой с городской территории, проводились с использованием малоуглового фотометра, разработанного учеными Института коллоидной химии и химии воды НАН Украины им. Думанского, по методикам, разработанным для исследования эмульсий и суспензий. Характеристики системы мало угловой фотометрии: изучаемый объем стока – 200 см3, источник лазерного излучения ЛГ-69; погрешность измерений – не более 3,2 %; минимальный регистрируемый размер частицы – 0,16 мкм; максимальный регистрируемый размер частиц – 2500 мкм. Общая концентрация взвешенных веществ (ВВ) была 1620 мг/л, концентрация по фракциям, см. табл. 3:

Таблица 3 -


ВВ по фракциям, мкм

0,16 – 100

100 – 250

250 – 500

500 - 1870

Концентрация В.В., мг/л

161

445

668

346
Концентрация ВВ по фракциям в поверхностном стоке

Таблица 4 –



Концентрация ВВ по фракциям в поверхностном стоке после 72 ч отстоя

ВВ по фракциям, мкм

0,16 – 100

100 – 250

250 – 370

Концентрация ВВ, мг/л

158

78,6

3,3
Таблица 5 –

Эффективность очистки седиментацией через 72 ч по фракциям


ВВ по фракциям, мкм

0,16 – 100

100 – 250

250 – 500

более 500

Эффективность отстоя, %

1,86

82,33

99,95

100

Результаты проведенных исследований представлены табл. 6. Изучая данную таблицу, можно проследить за физическими процессами, происходящими под действием гравитационного поля. Построенные графики из табл. 6 наглядно отражают изменения концентраций В.В. в очищаемой воде. Данные исследования провел Мануйлов М.Б.

Приведенные исследования не совпадают с приведенным фракционным составом поверхностного стока [см. стр.9, 4], однако работа выполнена большая и на современном научном оборудовании. Этим результатам надо доверять.

Анализ приведенных исследований из табл.5 и 6 позволяет сделать выводы:

1. гранулометрическая фракция ВВ до 100 мкм в поверхностном дождевом стоке составляет около 80%.

2. Относительная эффективность седиментацией через 72 ч фракций ВВ до 100 мкм составляет 1,86 %.

3. Седиментация, как метод очистки воды, приемлем для фракций ВВ от 80 мкм и более.

4. Внести изменение в табл.. 2: в столбец 1 строка 2 в редакции «более 80» вместо «100 – 10»; столбец 2 строка 2 в редакции «80 – 0,1» вместо «10 - 0,1».

5. Выводы по п.3 имеют силу и для обратной седиментации c размерами частиц более 80 мкм с гидравлической кружностью 0,7мм/с, что касается в частности для нефтепродуктов см. [стр.72, 5].

Рис. 1. Диаграмма эффективности процесса седиментации по табл. 5.

Нефтепродукты в воде находятся в двух физических состояниях: пленочном и дисперсном.

Таблица 6 – Усредненный гранулометрический состав ВВ, содержащихся в поверхностном дождевом стоке




Диапазон размеров

частиц, мкм



Распределение частиц по фракциям, %

В диапазонах, мкм

0,16 – 1870

0,16 - 370

0,16 - 100

в стоке

после 72 ч

в стоке

после 72 ч

0,16 - 5

17,013

19,501

21,31

19,95

5 - 10

11,577

13,112

14,5

13,42

10 - 15

8,751

9,988

11,11

10,22

15 - 20

7,1

8,492

8,62

8,69

20 - 25

6,002

7,401

7,01

7,57

25 - 30

5,110

6,210

6,4

6,63

30 -35

4,302

5,404

5,38

5,53

35 - 40

3,601

4,624

4,51

4,73

40 - 45

2,882

3,870

3,64

3,96

45 - 50

2,801

3,800

3,50

3,88

50 - 55

2,001

3,512

2,50

3,59

55 - 60

1,750

3,098

2,19

3,17

60 - 65

1,403

2,810

1,75

2,87

65 - 70

1,232

1,905

1,54

1,95

70 - 75

1,030

0,998

1,29

1,02

75 - 80

0,922

0,820

1,15

0,84

80 - 85

0,772

0,780

0,96

0,8

85 - 90

0,650

0,683

0,92

0,70

90 - 95

0,551

0,410

0,89

0,30

95 - 100

0,410

0,322

0,83

0,18

Итого

79,86

97,74

100

100

Мы считаем, что нефтепродукты не могут находиться в стоках в чистом виде, т.к. их окружают ВВ, превышающие по концентрации в десятки раз. Эта мысль подтверждается в [стр. 6, 3]: «Стабилизаторами эмульсии могут быть и механические примеси, находящиеся в подсланевых водах. В этом случае капельки нефтепродуктов

обволакиваются механическими примесями, что препятствует укрупнению и всплытию частиц нефти». Нефтепродукты относятся к неполярным жидкостям, с низким поверхностным натяжением порядка (20 – 35) · 10 –3 Н/м и смачивают практически все твердые тела. Вода с поверхностным натяжением 72,75 · 10-3 Н/м, и смачиваемость ею твердых тел значительно ниже. Этот фактор, на наш взгляд, значительно усложняет процесс утилизацию мелкодисперсных нефтепродуктов седиментацией.


Таблица 7 - Определение содержание нефтепродукта и мехпримесей в дренажных стоках Запорожской АЭС


Измерение

Размер пор слоев фильтрующего материала, мкм

60

25

10

5

1

Диаметр образца, м

38*10-3

Поверхность образца, м2

1133,54*10-6

Вес образца, кг*10-3




1,216

1,229

1,207

1,208

1,295

1,208

1,254

1,205

1,207

1,296

1,306

1,306










Средний вес образца, кг*10-3

1,243

1,263

1,204

1,2075

1,2955

Вес чистой фильтрующей

ткани 550*650, кг



0,25

0,3

0,23

0,2

0,2

Вес чистой фильтрующей

ткани 530*420, кг



0,156

0,187

0,143

0,125

0,125

Приведенный вес загрязненной

фильтрующей ткани 530*420, кг



0,244

0,248

0,236

0,237

0,2544

Средний вес образца без

нефтепродукта, кг*10-3



1,201

1,205

1,121

1,205

1,295

Приведенный вес загрязненной

фильтрующей ткани без

нефтепродукта 530*420, кг


0,235

0,237

0,220

0,2366

0,2543

Общий вес нефтепродукта и мехпримесей на фильтр 530*420, кг

0,088

0,061

0,093

0,112

0,129

Общий вес мехпримесей на фильтре 530*420, кг

0,079

0,05

0,077

0,1116

0,1287

Общий вес нефтепродукта на фильтре 530*420, кг

0,009

0,011

0,016

0,0004

0,0003

Содержание мехпримесей в слое, %

17,71

11,2

17,25

25,0

28,84

Содержание нефтепродуктов в слое, %

24,51

30,0

43,6

1,08

0,81

Нами был косвенным методом изучен фракционный состав дренажных вод Запорожской АЭС. Суть эксперимента, анализа в следующем. Через слои фильтрующего материала с размерами пор 60, 25, 10 , 5, 1 (мкм) фильтровалась нефтесодержащая дренажная вода в количестве 200 м3. После этой фильтрации фильтрующий материал высушивался и насечкой диаметром 38 мм были сделаны образцы фильтровальной ткани. Образцы еще раз просушили, взвесили. Затем они были обработаны чистым гексаном, чтобы удалить нефтепродукты. После этого образцы просушили и взвесили. Данные занесены в табл. 7. Косвенный анализ показывает, что наибольшее количество дисперсного нефтепродукта находится с частицами от 10 до 25 мкм, более 60 мкм дисперсного нефтепродукта лишь 17,71%. Вместе с тем, удивляет содержание ВВ от 1 до 5 мкм – почти 29%. Считаем, что дисперсность ВВ будет иметь место и намного меньше

1 мкм. В этом нам пришлось убедиться при исследовании фильтрацией ВВ поверхностных водах старокрымского водохранилища.

Данный эксперимент нами заранее не планировался, провести данный анализ потребовалось по поводу вычисления среднего содержание мехпримесей и нефтепродуктов в очищаемых стока. Поэтому не были взяты образцы чистой фильтрующей ткани, фильтр перед взвешиванием не был просушен, да и количество проб загрязненной фильтрующей ткани и его размер надо было бы увеличить. При всех недостатков проведенного исследования его данные совпадают с данными

Мануйлова М.Б. в том, что крупных ВВ более 60 мкм в стоках относительно мало: по его данным 27,1 %, а после 72 ч отстоя 11%, по нашим – 17,71%. Как видно, разница не большая, т. ч. тенденция прослеживается, не смотря на то, что природа происхождения стоков отличается.

Можно сделать вывод по рис. 1. , что основная часть всех дисперсных частиц не превышает размеров 30 – 50 мкм, что совпадает с нашими данными по дренажной воде.

Интересно было бы сравнить результаты данных исследований с исследованием дисперсности природных вод, представленных на рис. 2 [6].


Рис. 2 - Распределение взвешенных частиц по размерам в природных водах: р. Иртыш; 2 – р. Москва в весенний паводок; 3 – р. Москва в летнюю межень

Можно сделать вывод по рис. 1, что основная часть всех дисперсных частиц не превышает размеров 30 – 50 мкм, что совпадает с нашими данными по дренажной воде.

Интересно было бы сравнить результаты данных исследований с исследованием дисперсности природных вод, представленных на рис. 2 [6].


Общие выводы

1. Необходимо внести изменения в таблицу Л.А. Кульского в части механического разделения примесей и, соответственно, в раздел фильтрация.

2. После проведенного качественного анализа поверхностного стока логический вывод: эффективной очистки поверхностного стока не возможно добиться седиментацией, после нее необходимо устанавливать мощные фильтры, а фильтрующий материал с размером пор под фракционный состава ингредиентов.

С учетом развития науки и производства необходимо раз год выпускать официальный бюллетень по рейтингу технологии очистки вод по разным видам вод с эффективными и экономическими показателями, чтобы информировать общество о положении дел в этой важной сфере деятельности человека и не распылять напрасно экономические ресурсы. В экономические показатели схемы очистки надо внести :

1. отношение стоимости кап затрат ОС к максимальной и нормальной производительности, при этом надо иметь ввиду стоимость основного технологического оборудования, т . к. другие затраты - здания, бытовые условия, дизайновые решения имеют к ним косвенное отношение и обоснование их рассчитываются по другим критериям, грн/ м3;

2. удельная себестоимость очистки воды, грн/м3;

3. утилизация и переработка извлекаемых примесей, т/м3; грн/т;

4. расход природных и очищенных вод на собственные нужды.

Литература.

1. Фролов Ю. Г. Курс коллоидной химии. Поверхностные явления и дисперсные системы. М.: Химия, 1989. - 461 с.

2. Кульский Л. А. Теоретическое обоснование технологии очистки воды. Киев, Наукова думка, 1968.

3. Роев Г.А., Юфин В.А. Очистка сточных вод и вторичное использование нефтепродуктов.- М.: Недра, 1987.- 224 с.

4. Временные рекомендации по проектированию сооружений для очистки поверхностного стока с территорий промышленных предприятий и расчету условий выпуска его в водные объекты. - М.: ВНИИВОДГЕО, ВНИИВО, 1983. - 67 с.



5. Яковлев С.В. и др. Очистка производственных сточных вод. М.: Стройиздат, 1979. - 320 с.

6. Кульский Л.А. и др. Справочник по свойствам, методам анализа и очистки воды. Киев.: Наукова думка, 1980. - 680 с.



База данных защищена авторским правом ©ekollog.ru 2017
обратиться к администрации

войти | регистрация
    Главная страница


загрузить материал