автореферат диссертации по строительству, 05.23.04, диссертация на тему:Исследование и разработка безреагентной технологии глубокой очистки донской воды с использованием двухслойных сорбционных фильтров

Ростовскгя-на-Дону государственная академия строительства

РГ Б ОД 1 7 ОПТ 1935

На правах рукописи

Пышнова Наталья Эдуардовна

Исследование и разработка безреагёнтной технологии глубокой очистки лонскон ¡юлы с использованием лаухслоЯнш сорбшюичых фильтров.

05.23.04." Водоснабжение, канализация строительство систем охраны йодных ресурсов"

Автореферат л^'сгртан',:'.} на соискание ученой степени кгягмлата технических наук

Рос+ов-на-Лону 1996г.

Работа выполнена в Новочеркасском государственном техническом университете на кафедре "Технология очистки природных и сточных иод"

Научный р/коволитель: ; 7 " • .

заслуженный деятель науки и техники Российской Федерации", академик жилишно-коммунальной ак.глемии Российской Федерации, доктор технических наук, профессор '"•••<

Линезич Сергей Николаевич

Официальные оппоненты:

а.т.н., профессор Кагзлин Владимир (Тимофеевич; к.т.н., доцент Бутко Александр Васильевич.

Велушая организация: АО^Ваашаналпроехт0

Зашита диссертации Состоится 9-22* ¡^-Т.'-:, '¡996 года в часов на заседании дмссерташюимого совета К.063.64.03 при Ростовской государственной академии строительства по адресу: 344700, г.Ростоа-на-Дону. ГСГМ7, ул.Соииалистическая,162.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке РГАС Автореферат р1эослан " в_1996 года.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, доцент /

И-П.Турянский

1 .ОЬшая характеристика работы

/. 1 Актуальность работы_

Возрастающие объемы водопо.реблетш и современные требования к качеству питьевой воды требуют коренного улучшения работы водопроводных сооружений. В нашей стране основным источником питьевой воды являются поверхностные в ^доемы. Качество этих вод в последнее время ухудшается по следующим санитарно- гигиеническим показателям: ионы тяжелых металлов, фенол, нефтепродукты, СПАВ, азотсодержащие соединения и др.

Современные технологические схемы водоподготовки, запроектированные в 30-60 годы, сегодня не справляются с возросшей на «их на-гр) жой по мощности и количеству загрязнений, присутствующих в воде. До 60% коммунальных водопроводов в нашей стране подают нестандартную питьевую воду, что отрицательно отражается на здоровье населения.

На сегодняшний день в водоподготовке питьеюй воды применяются в основном реагентные технологические схемы, основанные на коагуляции, отстаивании, фильтровании и двойном хлорировании. В этом случае добавление реагентов ведет к дополнительному загрязнению воды побочными продуктами коагуляции и хлорирования.

Таким образом, современное состояние очистки .поверхностных вод до питьевого качества остается неудовлетворительным и, следовательно возникает острая необходимость разработки новых высоко эффективных технологии водсюбработки.

1.2 Цели и залачи работы

Уелью работы является разработка и исследование новых технологий глубокой очистки и обеззараживания природных вод, а частности донской воды г«а коммунальных водопроводах. Учитывая необходимость при подготовке донской соды не только производить ее осветление, обеивечизание и обеззараживание, ко и обеспечить удаление ряда примесей, находящаяся в растворенном состоянии: ионы железа, меди, азотсодержащие соединения, СПАВ, Нефтепродукты, органические вещества, была поставлена задача разработать, исследовать и научно обосновать оезреагентную технологию и соотеетавуюшие сооружения, обеспечивающие подготовку высоко кон&ииконкоЯ питьевой воды.

Для достижения поставленной иели потребовалось решение еле дуюиих задач:

-использовать при разработке высокоэффективных технологий такие процессы водообработки; медленную фильтрацию, ионный обмен,, сорбцию;

-осуществить выбор и обоснование наиболее эффективных, сравнительно дешевых фильтрующих и сорбиионно-обменных матери-

нлог>;

разработать теоретическое обоснование вновь предлагаемых 1С*пологий водообработки;

разработать научно обоснованные рекомендации к предлагае-мим технологиям;

-прч разработке новых высокоэффективных технологий обеспечить их эколожческую безопасность, миниvlaльнyюмaтepиaлo-и энергоемкость.

1.3. Щучгая новизна ргбату

1 .Теоретически обо.нован выбор фильтрующего материала (керамзита) и экспериментально исследован природный сорбент (клиноп- с тилолит) для очистки донской воды.

2.Исследовании закономерности удаления на клинопгилолите железа, меди, азота аммонийного и иитритного, алюминия.

¿.Предложены математический уравнения, описывавшие- процесс сорбиионно-ионнообменного удаления на клиноптилолите железа, меди, азота нитритиого.

4.Изучен процесс глубокой очистки донской воды на безреаге-нтном двухслойном фильтре с керамзито-клиноптилолитовой загрузкой, работающем о обьёмно-сорбиионном и медленном био-сорбцион-ном режимах фильтрации.

5.Пслучены математические зависимости, позволяющие определять и прогноз^овать, продолжительность защитного действия предложенного двухслойной} фильтра.

1.4. Практическая значимость рет/льтатапработы

Разработаны три бгзреагагтше технологии глубокой очистки

природной воды, яозволтс .сие о условиях современных донских водопроводов получить шасококондишгонную штдоую воду. Технологии с примененном двухслойных ксрг^зиго-клшюптнлолитоных фильтров (медленного 6яо-сор5иио;::того обьемаэ-сорбиисмного) исследованы н прошли 15СП1Лг.:;ш ка ЕООП города Новочеркасска.

Ц. Апрсбзишг работ

Результата исвдгдсг&шЯ дсклздшйлись и обсуждались на научно-технических конференциях РГЛС (город Росгов-на-Аону, 1993, 1995), НГТУ < город Новочеркасск, 199.4,199"). Получен приоритет на заявку изобретений'" Способ подготоаки питьевой воды Л поверхностных водоемов* за " 9511163В от 6 июня 1995 года, принята к рассмотрению заявка на изобретение "Доочистка питьевой воды от железа" за * 95111838 от 11 июля 1995 года.

Основные результаты изложены в научно-технических отчетах кафедры ТОПиСВ и в печатных работах:

1 .Линевич СЛ., Панфилова НЭ., Малыхин С.Н. Повышение технологической санитарнои надежности Дона«« водопроводов// Водоснаб-

¡це#«е ис^^Г/тЪрмА-я -теми^й .//У / у С .

ей// Очистка природных и сточных вод: Сб.науч.тр./ Новочерк.гас.те-хн.уи-т.-Новочгркасск: НГТУ, 1995.-С,21-30.

3.Аиневич С.Н., Пышнова Н.Э, Декумпримизачия открытых золседоз . бассейна реки Дон//Очисгка I риродных и сточных сод. Сб.науч.тр,/Но-вочерк. гос.техн.ун-т.-Новочеркасск: НГТУ, 1995.-C30-3S.

4.Аннетт С.Н., Пышнова Н.Э. Очистка природной боды от интриге» • ссрбшюннымметодом на кликсптилом1теЛ'1ояочерк.гос.теХ!1Л/м-т.-Н:?га-черкасск, 6 с.-Деп. в ВИНИТИ 25.06.96,22077-В96."

5. Аииевич С.Н., Пышнова Н.Э. Удаление из золы аммонийного дзота сорбиионио-ионосбменным методом/ Н о ь о ч ер.;. го с .тех i ? .у ¡ ¡ -т. - i! о i" г,4: í ер -кассх,1996.-6 с.-Деп. d ВИНИТИ 25.06.96, -20-73-В96.

16 На з?шнту выносятся:

Результаты анализов наблюдений за качественными измене;п!">.'.:< состава соды а реке Дон и выявлеьип наиболее опасных примесей а воде, используемой для г.озяйственно-лигь'евь!:-; целей а Ростовской области. Экспериментально-теоретическое обоснование использовании одноступенноЯ безреагентноЯ схемы подоподготсвки л ля очистки донской волы до питьевого качества. Зксперимеитально-тесретичгскне обоснования применения для очисти донской поди фильтрующего, зсрнис-того я сорбиисчио-ионообменмого материалов-керамзита и кликсптило-лита, разработанного керамзито-кликоптилолитовогс двухслойного фильтра. Полученные теоретически г зависимости, позволяющие оптимизировать и прогнозирсзать процесс очистки на двухслойном фильтре. Разработанные три ::спык безреагентнкх схем глубокой очистки до некой воды.

1.7. Обьеч и структура работ

Работа изложена на -Л'гстрашшах машинописного текста, состоит из 5 глав, Н<? источника литературы, ¿v приложений,-^аблчи, ¿^рисунка.

Впелсниспосвяшеио краткой характеристики настоящей работы.

В перпт! глхпе приведен гчализ общего состоянии коммумально-го водоснабжения в России. Выявлено,что я настоящее время населению подается низкого качества питьевая вода. Этому способствует повсеместное загрязнение поверхnocnítc. водоисточников. Наиболее частыми здгр-:зпе;с?;;м'.; водоемов яплягзтеп <;ес[)тепродуеты, фенолы, ".лорфенель-ньге соединения, «омы аммония, СПЛЗ, соли тяжелы« мсталлои, пестициды, бактериальная сисемекпость. Проседеикип анализ лейасу ютах водоочистных стгешиЯ показал, что они иг ссголнягшшй деп^ к с справляются с возросшей t¡a них нагрузкой по мощности и по загрязнениям, ри-сутгмеугашим о соде.

11а всех современных водопроводных сооружениях барьерная роль очисгнь'ч сооружений: с отношении металлов колеблется от О ло 10% для ртути, соиниа, хрома, мышьяка, ииркония, 20-30% для маргаииа, мед»I, до 50% для железа.

В Ростовской области на ВОС коммунальных водопроводов основным методом водоподготооки является реагент,шй. Анализ существующих лпухступенных рсаген'мых технологических схем позволяет сделать рыврл, что они существенно устарели, не учитывают значительное ухудшение качестга воды в реке Дон за последние 15-20 лет, наконец, они сегодня не обеспечивают подачу населению качественной питьевой иолы.

Подробный анализ сырой донской воды в месте створэ. водозабора города ¡Новочеркасска показал, что она ье удовлетворяет требованиям ГОСТа 2761-04 "Источит.и иа.грллизованмого хозяйственно- питьевого подосмаб/кения. Гигиенические , технические требования и правила выбора", санитарным правилам и нормам (СЛНПиг! 2.1.4.027-95 * Зоны санитарной охраны источников водоснабжения и водопроводов хозяйственно-питьевого назначения" по следующим показателям: органические решества, тяжелые металлы, нефтепродукты, азотсе^динепия, бактериальная обсемешюсгь.

Однако, тискольку кроме реки Дон для города. Новочеркасска и других городов Ростовской области.другие водоисточники отсутствуют, требуется разработка, научно-техническое обоснование и внедрение новым технологий глубокой очистки и обеззараживания донской воды.

Вышеизложенное позволяет заключить, что в настоящее время актуарными пв/ тются попроси замены реагеитных технологий водоподготооки на безреагенгнис. Лпалш безреагепт^ых технологически'; схем водообработки, входящих в пил сооружений, составление сравнительной характеристики сушесгвуюших широко применяемых реагентных технологических схем позволяют сделать иысод о пользу более широкого применения о териологии обработки донской соды безреагентпых схем.

Сгорая глава посвящена выбору и исследованию фи'льтруюших за фу юк фильтров, входящих в состав безреагентной технологической схемы видоподготовки. Наиболее доступными и сравнительно дешевыми на «.'ьгоднишний день являются фильтрующие материалы: керамзит и клиноптилс \ит (см.табл.1).

" Таблица 1

Сравнительная характеристика ряда свойств фильтрующих материалов

Характеристика КоариезыП песок Керамзит Юишоптилелнт

Плотность, кг/куб.м 2600 1600-1900 2180-2200

Обьемная масса, кг/куб.м М 00-1600 400-500 950-1 ОБО

Межзерко-аап пористость,"!) 35 .52 > 51-62

Недостатки Окатанная форма зерен, малая удельная поаерх-носгь^ефмиптеи Механическая прочность меньше чему кпарцепсго песка .Механическая прочность меньше, чем у кзгр некого ,¡ecxa

Пренл'у-шестал Высокая механическая нрсчиостч В слое имеет а 1,5 больше пористость чем песок.а 2-3 ра ¿а больше удельна поверхность^ 2-5 раз больше грязе-емкость * Большая грпзз-емкость, зозмохс-нссть удаления негнесп>,накодп-L'inxcn з растао-ргкмом и ионном состояниях

Особый интерес представляет возможность использования клнмо-птилолита и технологии зодоиодготсзки. Последнее гтотгергхдается следуют им:

1) клиноптнлолнт обладает нснабухакзшей структурой;

2 )клшгаптилолитобладае~ ионообменным;! свойствами;

3) широко изучены и разработаны его месторо/хденмп ;

4) обладает свойствами однородного ионита;

5) клиноптнлолнт как естественный сорбент дешезле оо много раз синтетических сорбентов, применяемых в волообработкг.

Все большее распрастранение з практике водосчисгкн получает, фильтрующий материал - зернистый керамзит. По сразнени» с кэарие-вым песком керамзит обладает большими величинами значений мекеео-ноеой пористости и коэффициента формы зерна, что позволяет увеличить производительность фильтровальных сооружений.

/

На первом этапе были определены активные сорбиионные (АСЕ) и полные динамические обменные емкости» ( ПЛОЕ) клиноптилолита, представленные в табл.2.

Таблица 2

Актиеные сорбиионные и полные динамические обменные емкости клиноптилолита

Компонент Размер зерен клиноптилолита

2 мм 3 мм

¡1ДОЕ, мг-зка/л АСЕ, мг/кг ПДОЕ, мг-зкв/л АСЕ, мг/кг

Железо Медь Нитриты 2,27 11,67 6,13 5,1 188,9 23 116 1,35 16,7 3681 2,43 14,52 3,12 4,45 11,7 49,6 1,13 0,0

В результате экспериментально-теоретических исслсдозашш получена уравнения, описивахиике удаление ;.;елгза, нитритов на кли-;;алп;лг/.;;те з г;и.ро л;;;;ал.'!!чсс;аусловиях (1,2), удаление мела, интриган ; ч г с ;;> ;.ч уело а»¡ж (3/»);

Сс^О,6 7-5-0,02 С-: 9,04 а (1),

Сс-0,046-:0,СЗ;.с (2),

Со-0,04Б: 0,С01 V (3),

Со-0,01 : С (4),

где Со- остаточное солс|::;;анн2йагря2мег:!ш афильтрате, У-сксрость сСр^батисгемэЛ соли,

а-размир зереч сс::Сс:;та. Далее бич изучен процесс регенерации клиноптилолита. Регене-раина проводили д су;; г: р о и е; т! раствор о:.-; хлористого натри;; с Статических и лш:ачс,чес;.их условиях, В сбои;; случал затрачено раз-д;;ч:юа количество растзора хлористого натрия (табл.3,4 >. Зффектио-гтггь регенерации клиноптилолита разного зернения с диичмяч^ски;; углоамйх представлена на рис.1.

На основании огштныл даиньк били рассчитаны константы об-¡■гСЬа) и изотермы обмена (104 ->?/ (1гбл.5). Значения конигптраич-шшга констант обмена потвермдают большое сродстъо к клииоптило-ли^у ^омой с меньшими размерами и гилратирооанном состоянии с 6оа^ци>й величиной атомного веса, плотностью заряда.

ТаблииаЗ

Регенерация клиноптилолита а статических условиях

Зафязнение Количество израсходованного хлористого натрия, мг-экв Количество поглощенного клиноптилолитом загрязнения, мг-эка

Медь 0,51 0,06

Железо 0,85 0,05

ЛлюминиП 0,18 0,005

Нитриты 0,10 0,04

Таблииа4

Регенерация шшоптилолнта а динамических условиях

Загрпэнсяис Количество нз-расходозанного хлористого натрия, мг-зка Келмеетгю поглощенного ХЛН1! ÖflTi !лсл! ггом загрязнения, мг-эка

Мс*. ь •126 0,21

Железо 37 0,024

АломиннЯ 2€ 0,005

Нитрнтл 5 псОб

Таблица 5

Расчетные константы обмена

Примесь Раз.мср Концентрационная Константа изогепм!:'

зе^ен, константа !Г Ьа C?S,V.5!t3, К'Ьх

ММ эквмаален бегразм^ ЗШШалЧК безраз-

тная нап тная мерная

Медь 2 3.57 0,43 0,23 2,00

Медь 3 3,81 0,00 0,kö 1^,5

Железо 2 . . 7,д 0,05 0,13 20

Железо 3 7,53 015 U, 13 • 6,67

Алюминцп 2 1,2Ь 0,07 0,0 14,3

ллюминчГ» 3 1,32 0,04 0,75 25

/С :

Эффективность регенерации клиноптилолита разного зернения

Эффек- юо тиэность до регЕнара^г, ииц % _

20чк

Продолжительность обработки клинсптилслита рзгокгрзииснкы'л раствором

а)мг&ь, 2 /,'л; 6Ь;глезо, 3 мм; в)алх>мииий, 2мм; гкзот »¡нтргп'.ый, 2 г/л*.; д) азот аммонийный, 2 мм; зкспер¡¡мг;¡та/ле течки. рчеД.

Далее был определен идраетер сорбции загрязнений на клиноп-тилолите. Д\я выяснения определяющей стадии сорбции зафязнемий использовался критерийБио,расечита«ныЯ поформуле(5);

45),

гдг В1-критерчй Био, Ь- обший коэффициент массопередачи, О -эффективный коэффициентдиффузии, R - размер зерен сорбента.

По расчетным коэффициентам массопередачи и эффективного коэфффиииента внутренней диффузич (табл.6) были рассчитаны для каждого случая значения критерия Био (табл.7).

и

Таблииаб

Расчет обшего коэффициента массопередачи

Загрязнение Ед. Размер зерен клиноп-

изм. тилолита, мм

2 3

Железо 1/с 0,05 0,03

Медь 1/с 0,07 0,06

Нитриты 1/с 0,05 0,01

Алюминий 1/с 0,5 ' 0,1

Азот аммонийный 1/с 0,01 -

Таблица 7

Расчетные критерия Бно

Загрязнение Размер зерен клиноптклолита

2 мм 3 мм

0\кз. м/с В! Оч,кв.м/с 05

Азот гммонийьый 2,41 Е-06 <30 - -

Железо 2,41 Е-06 <30 1,38Е-06 <30

Медь 2,53 Е-06 <30 3,67Е-06 <30

Алюминий 8,54Е-07 >30 1,01 Е-08 >30

Нитриты 4,71 Е-06 <30 1,803 Е-06 <30

При удалении железа, меди, азота аммонийного и нитритного процесс протекает и смешаннодиффузионной области с преобладанием ену-тренкей диффузии, при сорбции алюминия - во внутреннедиффузиоииой области.

На основании вышеизложенного можно сделать пызо^ о целесообразности применения клиноптилолнта в процессах очистки донской йоды.

Третьи глзпа поевпшена описанью результатов экспериментально-производственных испытаний. Длг очистки донсксй волы предлагается использование двухслойного керамзито-клииолтилолитового фильтра, входяшего и состав технологической схсмч, представленной на £"1с.2. Данный фильУр может работать в био-сорбинонном медленном и ебьем-но- сорОииокном реж»,мах фильтрования.

При работе а обьемно-сорби.юнном режиме период полезного фнль рован(!я составляет от 9 до 23 су ( ж. Эффекты удаления загрязнений на обьемно-сорбционном фильтре бы/и следующие:

Схема Экспериментально- производственной установки по глубокой очистке и обеззараживанию донской воды.

15

I .Насос подачи сырой донской воды;

2. "Грубо про шэд подачи сырой донской воды; З.Оильтр;

4.Распределительное переливное устройство; Б.Слои загрузки из керамзита и клиноптилолита;

6.Колпачковий дренаж;

7.Сбор профильтрованной боды;

8. Отвод профильтрованной воды;

9.Контактная камера;

10.Озонаторная установка; .

II .Хлораторная установка;

'12. Бак для сбор;: обеззараженной воды; 13.Пьезометрический шит;

14 .Подача аг шпроводной волы на промывку фтльтра; 15.Бак-мешалка;.

1 б.Бак хля приготовления регенерзционного растзора; ' 7.По/ ача во\опроводной воды в бак .лешалку;

18.Подача водопроводной воды в бак приготовления регенерэиионного ■па створа;

19.Трубопровод.перелива;

20.Трубопрпвод '-броса воды; 21.3апорно- ре, /лируюшая арматура;

22. Трубопровод возврата первого фильтрата;

23. Бак для сб :>р i первого фильтрата

рис.2

мель удаляется на -65%; железо на -83%; азот нитритный на -787а; азот амл'онийный на -100%.

Обобщенные показатели качества обработанной золы на двухслойном обьемно-сорбиионном фильтре приведены в табл.8. Динамика изменения потерь напора а тодше фильтрующей загрузки представлена |рафически на рис.3. Величины прироста потерь напора замерялись & толше слоев керамзита (точки 2-4) и слоя клиноптилолита (точки 5,6).

При испытаниях кер алз ито- кли.. оптилолито е?с го фильтра е5 режиме био-сорбиионного медленного фильтрования использовались керамзит и клиноптилолит с размерами зерен 0,25-2мм и 1-Змм. Высота кергм-зита и клиноптилолита были равными 0,3 и 0,2 м соответственно. Ско^-роаьфильтраиии принималась равной 0,3 ,и/ч. Продолжительность периода осветлительного созревания в био-сорбш;онном л^дленксл. фильтре составило д^а часа. Эффекты удаления очистки болы в био-сор¿иконном медленном фильтре при его эксплуатации составили: азот зламсний-иый-1 СС%; азог иитритный-80%; железо-62%.

Обобщенные показатели качества обработанной донской волы на медленном био-сорбиконном двухслойном фильтре представлены в табл.9, а динамика изменения потерь напора з фильтрующей загрузке показана на рис.4. Величины прироста потерь капера замерялись в толще слоев керамзита (точки 3,4) и клиноптилолита (точки .5,6).

Таблица 8

Обобщенные показатели кгчесгеа обработанной воды на обьемно-сорбиискнсм двухслойном фильтре..

Псказател1 Ед. Рремя исследован ий'

качества изм. 1994 год 1994 гол 1995 год .

соды ок- »0- НО- лс • Март апрель

тябрь ябрь г.брь кабрь до об послс

до об ПОС/1(!л~ Об послс ра- обра-

ра- обра- рабо) обра- бот- ботки

бота бота К!1 ботки ки

Мутность мг/куб.дм 7,05 1,5 3,1 0,98 13,5 . 1,3

исет ность гр~д 24 21 27 24 21

рн 8,27 Я,33 8,41 8,68 7,94 8,2

Щелочнссп МГЗКП/куб.ДМ 3,27 3,46 3,24 3,67 4,1 4,1

Железо мг/куб.дм 0,05 0,С2 0,05 0,02 0,12 0,06

Аммоний мг/гсуб.дм 0,05 0,03 0,08 0,01 0,22 0

Нитриты мг/куб дм 0,02 0 0,03 0,01 0,07 0,03

Жесткость мгзкп/куб.дм 5,8 5.8 67 67 9,77 8,87

У*

ТаблмиаЭ

Обобщенные показатели качества обработанной воды на медленном био-сорбиионном двухслойном фильтре

Показате- Ед.изм. Время исследования

ли качест- 1995 год

ва воды Апрель- Июнь

ixo обра- После об-

Сотки работки

Мутность . мг/куб.лм 7,42 0,45

Цветность град 19 10

рИ 8,1 8,?

Щелочности м гэ ко/куб. дм 4,3 4,6

Железо мг/куб.дм 0,07 0,03

Медь Ь/у/куб.ДМ 0,001 0

Аммоний мг/куб.дм 0.18 0

; ¡ифита мг/куо.дм 0,05 0,01

Жесткость мгэ:ш/1суб.д,ч 11,58 9,79

В качестве обеззараживающих реагеитоз было решено использовать хлор, подаваемый в виде хлорноЯ воды хлоратором, установленным мг ЗОС-1, V? сзоз;, получаемый на озонаторе, тип-. Ог-Зм. При ьшшмальг.Сп дозе хлора 0,5 мг/'куб.дм о обрабатываемой иоде коли-индекс был б норме (КИ<3). Лоза озона для обработки воды била приняла равной от 0,5 до 3 ллг/куб.дм Пссле озгиирозан,.» и воде снизилось содержание мгди, азота аммонийного, ичнка, железа, обшего сухого остатка. Последнее можно объяснить ацссхи.мн окислительными соойстиа-ми озона.

По санитарно- застгрнологичес&к.ч показателям донская кода, (обработанная на медленном бно-ссрбинонном фильтре после озонирования отвечает требованиям морд.;.

Регенс-раиия клиноптилолита о фильтре, проработавшем п обьем-Мо-со]г бимонном режиме фильтрований, проводили с статических усло-аяях. Количество регенераиионного раствора было прчнято из соотношения объемов: регенераиионный раствор: клинсптилолит=4:1.

Аля десорбики из клиноптилолита при его регенерации тяжелых металлов (железа, меди) требуется 4,5 часов. 'Лъ фуппы азотсодержащей соеаднениГ. наиболее легко удаляется азот нит,.и.ный Труднее троисхо-дит десорбция азота аммонийного. На его удаление требуется шесть ч^-сов. Реге-мераиию клиноптилолита ч фильтре, проработавшем в био-сорб-ииониом мед/.енно.л режиме фильтрования, проводили в динамических условиях. О:орссть фильтр? ши регенеряиионного раствора через кли-мопи.лолитоаый слг 1 была принята равной 2 м/ч. При этом зафиксировав« длительное удаление азота аммонийного, железа, г лед и

'Г

и быстрая десорбция азота нитритного.

Прирост потерь напора при обьемно-сорбиионном режима фильтрации

К см * 126] Прирост ]

120]

потерь напора

см

174-1

1СЗН

3

1021

. г-

0-1 ^

Л

100 120 140 К-0 1Е0 2С0 220

ф^мьтрэия:-!, час

рмс.З ' .

Прирост потерь а загрузке при медленной бно-ссрбшюнмой фнльтраинн

/

7 "7'

Прирос I 71 потерь 24'\ нгпорз, 2 Л см

г В

® Проюлжиталь®тъфильтргш$ час

рит.4.

/г

В четвертой главе представлены результаты теоретических исследований работы двухслойного керамзито-клиноптилолитового фильтра.

3 двухслойном обьемно-сорбиионном фильтре период защитного .действия загрузки СП и время достижения потерь напора (Но) определяются по с]юрмулам (6 и 7):

т

^ Ккер

»1

/г„ А п У

¡=1

(ЗнйЕр

се,»

П.7 '

0,51, V

£>пкер О-пкеЬ I

,0.7 ]

иппер

(6),

Т — ^ , ИГ?)-.-;. Спикер- ЕоЙкг?^.

П • 1 ■ Я „ в Г-, I

¡=1

где V -скорость фпльтрэ^а! '.ил;

Ккер,Ккл,Хо-козффииис1гш, заспсяшиг от эффекта оссетления С/Со; ркер, акер, ркл -коэфф;;и;;с;ггц,уч;то."а!оц]ио совокупное влияние сеоистд фильтруемо» суспснз;ш и зернистой загрузки; йкер, <^кл -диаметр ксрамзитссоГн; клнноптилолитозой загрузок; 1кер,1кл- высоты керзлшггсиГ! ¡^.'слпнзлтнлолитоиой загрузок;

I - „ ЛгуУ €8 КА

Р кл

-с?

5 , ХПУ <2Г.-Р

Ш«вр ~ ркер

Д\а определения периода полезного фильтрования (Тоб) и время достижения предельных потерь напора (По) в био-сорбиионном медленном фильтре были получены следующие формулы (0,9):

т ,= 1/Гш1п 4. -I- йя (М

-т- _ РастДкдр ^-окерЗ [ига г*/ 'ЧЛкеракер

где

О 7

„„„ Ьпо'С^пУ '

0 формулах (6-9) прннпты обозначения: Гтт-грпзеемкость керамзитояоП загрузки, Ст!п-мутность исходной поля; утер- коэффициент, зависянгиЯ от структурных характеристик керамзитовой загрузки; "/хер-параметр, определяемый свойствами фильтруемой соды и керамзигогоЯ загрузки.

С пмошью предлагаемых формул можно а.визировать ц прогнозировать работу двухслойного керамзито-клиноптилолитоэо! о г^ трз, работающего з сбьемно-сорбиноннсм и медленном бко-сорбимониом режимах фильтрации.

V<f

Пятая глава посвяшсш разработке технологических схем очистке природных вод с применением двухслойного фильтра с керамзито-клиноптилолйтоаой загрузкой. Boa технологические схемы обработки донской воды рассчитаны на малую производительность. Технологии о"5еспечивают комплексную, глубокую очистку воды (осветление, обесцвечивание,удаление тяжелых металлов, азотсодержащих соединений, нефтепродуктов, СПАВ, фенола). Особенностью предложенных технологий является то, что все схемы безреагенты. Предлагаются с/^дуюшие схемы:

1) безреагентная технологическая схема глубокой очистки и обеззараживания воды с био-сорбиионным медленным ф.льтром {рис.5);

2) безреагентная технологическая схема глубокой очистки :i обеззараживания донской воды с об:ймно-сорбциониым фильтром ( риг.6);

3) безреагентная технологическая схема глубокой очистки и обеззара-жиьакля донской воды с обьемно-сорбционным фильтром (рис.7).

Технологическая схема очистки esрелеляетгя параметрами исходной воды, а преимущества той или другой схемы определяются сравнением их технологических показателей. Для сравнения рчяты бечреаген-Thoia схемы с медленными фильтрами и с предварите\ьным осветлением воды в префильтре.

Технологическая* схема (ТС-1) предусматривает однопгупенную очистку на медленном фильтре с керамзнто-клиноптилолитовой загрузкой" со скоростью фильтрования обрабатываемой воды 0,3 м/ч. Схема 2 (ТС-2)-двухступенная- пре дуемзтри Бает совместную работу префильтра и медленно, о фильтра с керашито-клиноптилолитовоЯ загрузкой и со скоростью фильтрования воды 0,3 м/ч. С аелыо определения влияния на ' технико-зкономчческиа показатели технологических схем скорости фильтрация рассмотрим CJíc.v.a 3 (ТС-3), зключаюшая в себя медленный песчанмый фкльтр со скоростью фильтрования 0,1 м/ч. Насосная станция первого подъеме и водозабор о расчете не учитывались, ввиду их одинаковой стоимости для всех рассматриваемых \_хем.

Аля получения данных, позволяющих сделать определенные выводы, экономические показатели определялись для станций с производительностью: 500, 1000, 50ГЮ, 10000, 20000, 50000 куб-f /сут. Критерием экономической эффективности сравниваемых сариантов являются при-пеленн. е затг»аты, conocí ановление которых позве. .яет выбрать наибо-\ее эффективную схему. Как известно приведенные затраты определяю-то. по формуле:

П=С+К Э (5.1),

.де П-приведешшо затраты, С-себестоимость одного куо.м воды, К-улельные капг. алоа\ож<;ния, С- нормативный коэффициент (0,15).

Наибольшие строительные затраты имеет схема ТС-3. Наимеиь-

Безреагентнал технологическая схема глубокой очистки и обеззараживания донской волы с био- сорбиионным медленным фильтром.

-Г- 9Г II - 5

1 Подача сырой воды;'

2.Префнльтр;

3.Подача промывной поды;,

4.Био- сорбиномный медленный фильтр;

5.Резервуар чистой еоды,совмещенный с контаетной камерой;

6.Блок приготовления и дозировки регенераииотюго раствора;

7.Бак для сбора отработанного ре-генераииоиного раствора;

В.Озонаторная установка;

9.Подача озоно-возлушной смеси;

Ю.ОтстоПкнк -, среднитель длп промывкой воды;

11 .Насос д/5| удаления осадка;

12.Нзсос возврата воды в голову схемы сооружений;

13.Отвод промывочной йоды ;

14.Подача воды в блок приготовления регенераииоиного раст-асра;

15. Подача регенераииоиного раствора;

рис.5.

го

Безреагентная технологическая схема глубокой очистк»*и обеззараживания донской воды с обье^лно-сорбиионным фильтром.

\ .Псдача сырой годы ;

2.Пргфильтр;

Подача промъгзиой воды; '¿.ОЗъЕ&ло-ссрбциотшй. фи/ ьтр; • 5.Контактная камера озонирования;

6.Резерзуар чистой езды;

7.Блй'л озонатсрнэй устаиогки; Й.Отстойня?;- усреднитель для

сС^ра прс^иНсГ; соды,

3.Вло.Ч пр55Готои/,екяя и дэзироа-ки регекераикопиого раствора;

10.Подача озоно- воздушной смеси;

11 .Бак для сбора отработанного рсгепсраиионного раствора;

12.0тиод промьшноЯ водь;;

13 .Насос для удаления осадка;

14.Насос Еоззрата соды и голосу сооружений ;

15.Подача водопроводной поди С блок приготовлсни.1 регене-раиионного раствора;

16.Нодача регеиераиионного раствора.

рис.6.

Безреагентная технологическая схема глубокой очистки и обеззараживания донской воды с медленных, и сорбиионно-обменным фильтрами.

1 .Подача сыро;: зоды;

1О.Подлча озоко-Ьоздушиой

2.Префнлътр;

3.Подача промывнойводы;

4.Медле»:яь:|1 фильтр;

5.СорбЦ:ю!!:!с-о5мгН1!Ь:й фильтр;

5.Резервуар чистой аоды, сог<-

смгсп;

11 .Бак для сбора отработанного рггесерашгонного растеерд; 12.0твод.проммвноП коды; 13. Насос для удаления осадка; ■¡4-Нассс созсрата иолы г голосу мешенный с контактной ка.\'.ерсГ» сооружений; озонироеаниг.; 15.Подача. годы а блок прнготои-

7.Блок озонаторноЛ усгзизэхн; лення регси-^рзимонного

З.Отсзйншс- усреднитель л.ля растесра;

сбора прсмысноП еодс- ; 15. Подача регенерааиониого

9.Блох приготовления и дозировки растпсра. регенераииониого раствора;

рис.7.

шие Строительные затраты имеют схемы ТС-1, ТС-2 ввиду уменьшения площа/и медленного фильтра за счет увеличения скорости фильтрования воды до 0,3 м/ч (табл.11).

Наименьшую себестоимость ;:к.еет обработка воды по схеме ТС-2. Высокие себестоимости одною куб.м воды отмечаются при обработке воды по схемам ТС-3, ТС-1 (табл.12).

Окончательную оценку каждой схеме можно дать только по приведенным затратам (-абл.13).

Из'даннйх табл.13 можно сделать вывод, что применение при безреагемтной очистке воды медленного фильтрч с керамзито-клиноп-тилолитодой загрузкой и скоростью фильтровании 0,3 м/ч да'ет ощутимый экономический эффект.

Таблица 11

Удельные капиталовложения в рублях

Наямспова няе схсмм Производительность, куб.м/сут

500| 1000 3000 10000 20000 50000

ТС-1 | 1139| 1039 1005 Г-ГЗ 925 909

ТС-2 11391 1021 976 936 920 904

ТС-3 21671 1964 1832 1795 1736 1730

Таблица 12

Себестоимость а руб/куб.м обработанной водь;

Наимемова! Проигаодителшост ь. куб.м/сут

НКЗ СХСМЫ ( 500 ¡000 5001» 10000 20000 150000

ТС-1' | 280 216 208 190 150 135

ТС-2 | 280 1ЭЗ 174 150 125 121

тс-з ! 418 28Ь 250 200 157 155

Таблица 13

Приведенные затраты в рублях

Наймеиова ние схемч Проигводителшос.ь, куб.м/сут

500 1000 5000 10000 20000 50000

ТС-1 57?4 548/ 5341 5^.19 5169 51Ь0

ТС-2 5724 5-, 87 5346 5241 5406 5220

ТС-3 1 1659 11173 1о878 ¡0632 10526 10500

В условия : малых населенных мест наиболее эффективны безре-асентные способы водоподготивки, которые отличаются простой эксплуатации, ».адежкэсгью работы, сравнительно небольшими капитальными затратами. Какова же область применения медленных фильтров и на-

2 л

четы по определению экономической эффективности безреагентного и реагентного способов очистки воды для станций с .производительностью: 1000, 3000, 5000, 8000 куб.м/сут. Очистка воды по реагентному методу осуществляется по технологической схеме: ко? гуля имя, отстаивание, скорая фильтрация, двойное хлорирование. В расчете учитывались стоимости вертикальных смесителей, горизонтальных отстойников, скорых фильтров, резервуаров для чистой и промывной воды„ блока обезг эраживат;я и реагентного хозяйства, насосной станции второго подьема. Аля безреагентного была принята лвухступенная схема с медленным фильтром с керазито-клиноптилолитосоЧ загрузкой и пргфиль-. тром с керамзитовой загрузкой. Скорость фильтрования в медленном фильтре 0,3 м/ч. При расчетах учитывалась стоимость префильтрэ, медленного филь-ра, блока обеззараживания хлором, реагентного зсогянст-кл аля приготовления хлористого натрия, резервуаров премывгге» воды и первого фильтрата, насосной станции второго подъема. Стоимость насосной станции первого подъема, водозабора, резервуаров частой поды в расчеты не принимались ввиду их одинаковой стоимости г п рассматриваемых схем. За критерий при выборе наиболее зфф2КТ2!2-ной схемы из выше названных принималась величина приведенных затрат на один куб.м. поданной воды.

Приведенные затраты

иьа пет:

затрзть«,

Pt's 1 но;

куЬ.м

1100: 106$ 102«> 920;

2000 4000 6000

Производительность станшти, куб.м&ут

£000

1- реагентная схема; 2.безреагентная схема pífc.3.

Из данных графика, представленного на рис.8 следует, что экономически выгодная область применения безреагентного способа водо-гюдготовки находится в пределах до 8000 кубл'/сут.

ВЫВОДЫ.

Результаты исследований автора позволяют сделать следующие выводы:

1. Анализ состояния современных технологий очистки и оиеззаражива-1 ни» иолы на коммунальных водопроводах России, в юм чис/>~ и Ростовской области, позволяет сделать вывод о том, чь/ средний возраст водопроводов и, я частности станций водсобрабопси, составляет 50-60 лет. За это время резко изменилось качество природной волы в источниках водоснабжения а худшую сторону. В настоящее время кроме дисперсных примесей в воде оперы ых водоисточников появилось много различных токсичных чешест^ в растворенном состоянии, которые не задерживаются на современны., очистны;: сооружениях. В результате более 60% коммунальных водопроводов России сегодня подан-Jr населению некондиционную, порею опасную для здоропьп людей, питьевую воду.

2.Результаты многолетних наблюдений за изменениями качественного состава воды в реке Дон свидетельствуют о том, что донская вода сегодня не отвечает существующим требованиям, предъявляемым к источникам рыбо-хозийственного назначения. В донской воде фиксируется превышение ПА!< по таким веществам как: тяжелые металлы, азотсодержащие соей.кениа, нефтепродукты, фенол, органические вещества, СПАВ, бактериальная сбсемекенность.

3.Сравнительный чнализ возможных технел ">гкй волообработки в условиях донских водопроводов пезголил ус.гноаить в качестве альтернативной технологии - одноступенчатую безреагеитиуга. Последняя характеризуется своей достаточно высокой эффективностью, экономичностью иэкологичиостью.

А. Установлено и обосновано, что достаточно глубокое удаление из донской воды ионов железа, меди, алюминия, азотсодержащих соединений, органических веществ, нефтепродуктов, радиоактивных веществ, бактериальных загрязнений может быть достигнуто фильтрацией обрабатываемой воды через ионо-ебмениый сорбент -клпноптилолит и фильтрующий зерннсп-й материал- керамзит. Показано., что сорбцией и ионным обменом на клпноптилолите tv.o:;a¡o удалить из воды : железо, медь, алюминия, азот аммонийный, пзэтнитритигй.

Б.Устанозлено, что процесс сорбинн на клинэптплолнтс железа, меди, алюминия, азота cv-v¡o:¡stf¡:-i3ro и нитриткогО протекает с с&гшазшо-диф-фузионкой области с преобладанием внутренней диффузии и с одновременным ионным обменом. По величине активной емкости кликопти-лолита по отношению к удаляемым из воды примесям, последние могут быть размещены в убывающий ряд: азот аммонийный, мель, железо, алюминий, азот нитритный.

¿А

6.Предложены математические уравнения, описывающие процессы сор-бционно-ооменного удаления на клиноптилолите железа, меди, азота нитритного в динамических условиях.

7.Разработан и предложен для очистки донской ьоды двухслойный кара-, мзито-клиноитилолитовый фильтр, работающий в режчмчк обьемно-сорбционного и био-сорбиионного, медленного фильтрепанкт соответственно со скорс-тями фильтрации 0,8-1 м/ч; 0,3-1,4 м/ч.

З.Аонская вода после обработки на предложенном двухслойном кара-мзиго-клиноптилолитовом фильтре и обеззараживания ее хлорим или озоном полностью отвечая! требованиям норм, предъявляемом к качеству птгзвой воды по санитарно-химическим и санитарно-бактериоло-гичсским показателям.

9. Получены математические выраженгт, позволяющие рассчитывать и п^ эгнозиров^ть продолжительность защитною действия двухслойного керамзито-клиноптилолитового фильтра, работающего з режимах обье-мно-сорбционного и био-сорбиионного, медленного фильтрования.

10. Разработаны и предложены три новьге безреагентные одноступенчатые технологии глубгкой очистки и обеззараживания донской волы с использованием двухслойного обьемко-сорбшганкого фильтра (ОСФ), двухслойного био-сорбиионного медленного фильтра (БСМФ), и комбинации медленного и обменно-ссрбштонного фильтров (МФ и СОО.

11.Разработанные одкоступен«.атг:2 безреггентнк-1 технологии счистки и обеззараживания донской болы отличаются оыссксй технологической и санитарной надежностью, обеспечипают подготовку высохохондиии-оиной питьевой соды в условиях донских водопроводов, отдельных поселков и станин, ферм и пгрсрабаткзакжих сельскохозяйственные продукты предприятий, лап содосйгбясеккя баз отдыха и др.

_ Редактор Захаоовя Л.М. ____

ЛР ^020818. Подписано о печать 3. ¿>3.96 . Формат 60 84 1 /16. Бумага писчая. Печать офсетная. Уч.-издл. . 1,3.

Тираж 100 экз. С233_- __•

344022, Росгоз-ка-Дсну, ул. Социалистическая, 162 Ростовскаа-на-Дону государственна академия строительства