автореферат диссертации по технологии материалов и изделия текстильной и легкой промышленности, 05.19.02, диссертация на тему:Разработка и исследование структур текстильных паковок применяемых для очистки сточных вод от СПАВ

КАЛМЫКОВ АНДРЕЙ АНАТОЛЬЕВИЧ

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУР ТЕКСТИЛЬНЫХ ПАКОВОК ПРИМЕНЯЕМЫХ ДЛЯ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД

ОТ СПАВ

СПЕЦИАЛЬНОСТЬ 05.19.02 «Технология и первичная обработка текстильных материалов и сырья»

и кт

АВТОРЕФЕРАТ Диссертационной работы на соискание учёной степени кандидата технических наук

005543462

КАЛМЫКОВ АНДРЕЙ АНАТОЛЬЕВИЧ

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУР ТЕКСТИЛЬНЫХ ПАКОВОК ПРИМЕНЯЕМЫХ ДЛЯ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД

ОТ СПАВ

СПЕЦИАЛЬНОСТЬ 05.19.02 «Технология и первичная обработка текстильных материалов и сырья»

АВТОРЕФЕРАТ Диссертационной работы на соискание учёной степени кандидата технических наук

Работа выполнена на кафедре технология и проектирования Димитровградского инженерно - технологического института - филиала Федерального Государственного автономного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Национальный

исследовательский ядерный университет «МИФИ».

Доктор технических наук, профессор Панин Иван Николаевич Доктор технических наук, профессор кафедры технологии трикотажного производства ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет дизайна и технологии Заваруев Владимир Андреевич

Кандидат технических наук, исполнительный директор ОАО «ЦНИИМашдеталь» Лабок Владимир Георгиевич

Ведущая организация ФГБОУ ВПО «Ивановский

государственный политехнический университет»

Научный руководитель: Официальные оппоненты:

Защита состоится >>2013 г. в «/^-пчасов на заседании диссертационного с!овета</Д212.144.06 при Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования. «Московский государственный университет дизайна и технологии»

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке «ФГБОУ ВПО МГУДТ»

Автореферат разослан ^^ » ^^—"2013

{/

Учёный секретарь

диссертационного совета Д212.144.06 проф. Шустов Ю.С.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

Возрастающие объёмы сточных вод содержащих в своём составе синтетические поверхностно-активные вещества, образующиеся в результате работы автомоек, бетоноделательных заводов, банно-прачечного хозяйства, требуют разработка новых технологий и текстильных материалов, для их очистки.

Применение текстильных материалов специального назначения (фильтров, аэраторов) позволяет эффективно решить поставленную задачу, поэтому исследование свойств текстильных материалов и технологий, применяемых для очистки сточных и промывных вод от СПАВ, является актуальным вопросом.

Целью настоящей работы является разработка и исследование структур текстильных материалов (фильтров - аэраторов), применение которых позволит обеспечить высокоэффективный вынос, СПАВ из сточных и промывных вод, и тем самым обеспечить защиту окружающей человека среды (гидросферы и литосферы).

ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ:

Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие задачи:

- производится сравнительный анализ использования различных текстильных материалов, способных длительное время работать в мокром состоянии при воздействии агрессивных сред;

- исследуются различные структуры текстильных материалов, из которых могут быть изготовлены диспергирующие перегородки аэраторов и фильтров;

- исследуются аэродинамические характеристики мотальных паковок специального назначения, применяемые в качестве аэраторов и фильтров,

создаваемых на базе тканей нетканых материалов и намоток нитей различных структур на профильный каркас;

- разрабатывается технология выноса, СПАВ из промывных и сточных вод с использованием текстильных аэраторов и фильтров;

- разрабатывается специальное мотальное оборудование для формирования мотальных паковок специального назначения заданных типоразмеров;

- проводятся теоретические исследования процесса выноса, СПАВ из промывных и сточных вод в виде пены;

- разрабатывается методика экспериментальных исследований по определению оптимальных текстильных структур аэраторов и фильтров применяемых в новой технологии очистки сточных вод;

- определяется экономическая эффективность внедрения новой технологии очистки стоков от СПАВ с использованием текстильных материалов специального назначения.

Методы проведения исследований.

Работа содержит теоретические и экспериментальные исследования текстильных материалов, применяемых для очистки сточных вод от СПАВ. При теоретических применялись использованы методы математического анализа с использованием алгебраических и дифференциальных уравнений.

В ходе проведения экспериментальных исследований использованы методы математической статистики и программы ПЭВМ.

Научная новизна полученных результатов заключается в том, что:

- впервые текстильные материалы в виде аэраторов и трубчатых текстильных фильтров применены в качестве основных элементов водоочистки от СПАВ;

- разработана двух стадийная технология очистки промывных и сточных вод от СПАВ на базе текстильных материалов;

- разработаны ткане-намоточные структуры текстильных аэраторов и фильтров, обеспечивающие мелкопузырчатую аэрацию стоков, вынос, СПАВ в виде пены из воды и доочистку её на ткано-намоточных фильтрах;

- разработана конструкция специального мотального оборудования, обеспечивающего создание слоисто-каркасных структур текстильных аэраторов и фильтров, исключающих явление «пробой» перегородки;

- определены оптимальные структуры аэраторов и трубчатых текстильных фильтров с заданной пористостью и проницаемостью;

- создана экспериментальная установка, для изучения структур текстильных материалов используемых в процессе выноса СПАВ из промывных и сточных вод;

- разработана методика расчёта экономической эффективности от использования текстильных материалов при очистке стоков;

- разработана программа, для ПЭВМ, расчёта технологического процесса выноса СПАВ из промывных и сточных вод на установках требуемой мощности.

Практическая значимость работы.

Проведённые исследования позволили создать новые текстильные аэраторы и трубчатые текстильные фильтры, на базе которых разработана и реализована в модульных передвижных установках технология очистки сточных и промывных вод от СПАВ.

Работа внедрена на ООО «СК Квадрат» г. Димитровград в виде модуля для очистки сточных вод бетоноделательных заводов от СПАВ.

Создана установка очистки промывных вод автомоечных станций, обеспечивающая многократное (до 50 раз) использование рециркуляционной воды для мойки автомобилей и возврат, СПАВ до 80% от первоначального объёма.

Результаты работы используются в учебных курсах ДИТИ НИЯУ-МИФИ «Моделирование химико-технологических процессов: «Технология текстильных изделий» и «Общая химическая технология».

Апробация работы. Результаты работы докладывались на семинарах и научно-практических конференциях НИЯУ-МИФИ, МГТУ имени А.Н.Косыгина, НТС г.Димитровграда.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 8 работ, в том числе, 1 патент и 2 статьи в журналах рекомендованных ВАК.

Объём и структура работы. Диссертационная работа изложена в 4 главах с выводами на 164 страницах печатного текста и содержит 19 рисунков, 8 таблиц, список использованной литературы из 81 наименований и 3 приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цели и задачи исследования.

В первой главе проведён подробный критический обзор литературы и анализ состояния вопроса по исследованию текстильных материалов в решении экологических задач, что определяет актуальность работы.

Отмечено, что при решении зон антропогенного загрязнения окружающей человека среды (увеличения парка автомобилей, строительства крупных объектов) используется большое количество воды и поверхностно-активных веществ (ПАВ), что в свою очередь требует их утилизации и очистки. Для этих целей всё шире используется текстильные материалы и различные текстильные технологии их формирования.

Процессу создания таких материалов уделялось и уделяется до сих пор огромное внимание со стороны учёных текстильщиков всего мира. Ими создаются фильтровальные ткани, нетканые полотна, трубчатые текстильные фильтры и т.д., а также создаются специальные технологии утилизации промывных и сточных вод.

Большой вклад в решение вопросов внесли российские учёные: Профессора С.Д.Николаев, В.П.Щербаков, В.Н.Гордеев, С.С.Юхин и многие другие.

Анализ литературных источников, в которых изучались различные технологии создания текстильных материалов применяемых при решении экологических задач показал, что наилучшие условия для выноса СПАВ из сточных и промывных вод обеспечивает комплексное использование тканей технологического назначения и намоток специального назначения. Причём мотальные паковки специального назначения используются в виде трубчатых текстильных фильтров и аэраторов, а ткани в качестве фильтров доочистки воды после выноса из неё основной массы поверхностно-активных веществ с помощью мелкопузырчатой аэрации. Использование нетканых материалов формируемых пневмоэкструзией волокна из расплава на подложку

ограничивается вследствие их хаотичной и монолитной структуры, склонной к явлению «пробой» т.е. разрушение. Текстильного материала при перепадах давления.

Вторая глава диссертации посвящена проведению теоретических исследований процесса выноса из воды СПАВ различной концентрации с помощью аэрации. За основу процесса выноса поверхностно-активных веществ находящихся в водном растворе принята аэрация стоков воздухом через трубчатые текстильные аэраторы, применяемые также при биологической очистке стоков. При создании мелкопузырчатой воздушной массы на поверхности пузырьков воздуха образуется тонкая плёнка из синтетических поверхностно-активных веществ, которая вместе с пузырьками воздуха поднимается к урезу воды образуя пенный слой. Состав пены на 70% состоит из воды и 30% ПАВ, что позволяет с помощью удаления пены и интенсивной аэрации стоков выносить основную массу СПАВ из стоков.

Теоретические исследования процесса аэрации стоков показали, что обновление поверхности фаз газ-жидкость может быть описано по теории Данквертса:

км = ^ггр, (1)

где йт - коэффициент турбулентной диффузии воздуха в виде пузырьков через поры текстильного материала диспергатора м2/с;

Б — фактор обновления границ раздела фаз, с"1.

Как показали исследования, число обновления границ раздела фаз напрямую связано со структурой формирования пузырьковой воздушной массы на выходе из аэраторов, а следовательно определяется структурой (пористостью и воздухопроницаемостью) текстильного материала.

Чем больше одиночных пузырьков воздуха малого размера, тем больше будет суммарная поверхность раздела фаз, а следовательно выше время их контакта и объём образованной пены, в которую входят СПАВ. В процессе образования пены молекулы или ионы ПАВ ориентированно собираются на поверхности раздела фаз, при этом гидрофильные группы сильно гидротированы и придают плёнкам достаточную прочность.

Устойчивость пен позволяет обеспечивать достаточное время для отделения пены от раствора (утилизацию ПАВ).

На скорость истечения воды из пены (вынос СПАВ из раствора) зависит от кратности пены, чем выше кратность пены, тем выше вязкость межплёночной жидкости, а следовательно её можно удалять с поверхности раствора механическим путём.

Третья глава раскрывает ход экспериментальных исследований процесса выноса СПАВ различной концентрации с помощью аэрации.

В ходе экспериментальных исследований определялись воздухопроницаемость различных текстильных материалов, влияющая на объёмы воздушной массы и размеры пузырьков воздуха, с помощью специального стенда, в виде аквариума оснащённого приборами учёта объёма воздуха проходящего через диспергирующую перегородку аэратора, определялись оптимальные условия выноса СПАВ из водных растворов с различной концентрацией ПАВ. Выбирается тип текстильной перегородки аэратора из которого она была изготовлена (ткань, нетканый материал, намотка специального назначения).

В ходе экспериментальных исследований определялись скорость выноса ПАВ из водных растворов различной концентрации. Исследования показали, что важнейшим фактором является структура текстильного материала, а именно размеры пор и их количество.

Если размеры пор в тканях определяются легко, из геометрических параметров её структуры, то для нетканых материалов этот показатель носит хаотический характер, что не позволяет формировать пузырьки воздуха

одинакового размера. Что и обусловливает низкий коэффициент выноса СПАВ из водных растворов с помощью аэраторов формируемых пневмоэкструзией волокон из расплава.

При применении намоток специального назначения размеры пор определяются из структуры намоток, так площадь одной поры будет определяться по формуле:

„ , „ 2пР 2Н 4тгРН

50 = 2 аЬ = 2---- ——, (2)

° р п^Р пгР2

где £> - диаметр намотки паковки - аэратора;

Р — степень замыкания намотки;

Н— высота намотки (вдоль образующей паковки);

Иу=[Л:,0] - целая часть числа;

к — число оборотов паковки за цикл движения нити (один двойной ход нитеводителя);

/„ — общее передаточное отношение от нитераскладчика к паковке создаваемое мотальным механизмом.

Анализ формулы (2) показывает, что все элементы входящие в формулу кроме £> величины постоянные, а при £>=сош? , что обусловливается стабильными, что обуславливает и одинаковые размеры пор и пузырьков воздуха выходящие из них.

Анализ существующих структур намоток мотальных паковок показал, что наилучшими показателями аэрации при выносе из раствора СПАВ, обладают сомкнутая и спиралевидные структуры с регулируемыми размерами пор и их объёме диспергатора.

Четвёртая глава диспергации посвящена расчётам экономической эффективности внедрения в систему очистки стоков от СПАВ текстильных паковок специального назначения, а также экономического обоснования целесообразности применения текстильных материалов и технологий для

решения экологических задач. В данной главе приведена программа расчётов совокупных затрат на модернизацию очистных сооружений включающих затраты и расходы на производство текстильных мотальных паковок специального назначения, расходов на капитальные вложения, содержание и эксплуатацию сооружений.

Данная программа позволяет провести комплексный расчёт экономического эффекта от внедрения в очистку стоков от СПАВ текстильных фильтров и аэраторов «Пантекс» за счёт экономии энергоресурсов и снижения себестоимости очистки одного кубометра стоков.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Текстильные материалы и технологии находят всё более широкое применение в различных отраслях хозяйствования людей, а особое значение в настоящее время они имеют при решении экологических задач.

2. Широкое использование синтетических поверхностно-активных веществ в различных отраслях промышленности приводит к интенсивному загрязнению почвы и водоёмов, а порою приводит к экологическим катастрофам, поэтому изыскание технологий и материалов для выноса их из стоков является актуальной задачей.

3. Технический текстиль давно используется при решении экологических задач, однако специфичность химического состава сточных и промывных вод насыщенных СПАВ требуют разработки новых текстильных технологий и специальных структур текстильных материалов, которые обеспечат их полный вынос из воды.

4. Мотальные паковки специального назначения, формируемые из мультифиламентных нитей, а также технические ткани (прессовые сукна), могут эффективно использоваться в технологическом процессе выноса СПАВ из сточных вод.

5. Исследования физико-механических свойств текстильных материалов показали, что наилучшими качественными показателями для длительной работы в условиях агрессивных сред (каковыми являются промстоки обогащенные СПАВ) являются мультифиламентные полипропиленовые нити.

6. Технические ткани (сукна) обладают хорошими фильтровальными свойствами и могут быть использованы в доочистке стоков от СПАВ после их аэрации кислородом воздуха выходящего из трубчатых текстильных аэраторов, формируемых на базе мотальных паковок специального назначения.

7. Комплексное исследование технических тканей и намоток нити на профильные каркасы позволяют создавать необходимую пористость и проницаемость текстильных структур, которая обеспечивает мелкопузырчатую аэрацию стоков.

8. Теоретические исследования показывают, что вынос СПАВ из воды наиболее эффективно происходит на поверхности пузырьков воздуха образованных при аэрации стоков и их подъёме к урезу воды с образованием пены на её поверхности.

9. Процесс выделения СПАВ из воды осуществляется на разделе фаз газ-жидкость и описывается уравнением Хигби показывающим, что скорость выноса зависит от эффективности массопередачи кислорода воздуха в стоки, и чем меньше размеры пузырьков воздуха выходящих из текстильной перегородки аэратора, тем эффективнее и быстрее идёт процесс пенообразования.

10. Удаление СПАВ с поверхности воды вместе с пенной может проводиться различными способами (механическим удалением, осаждением на тепловых установках и т.д.), а доочистку вод целесообразнее проводить на тканых фильтрах.

11. Двухстадийная технология очистки промывных и сточных вод от СПАВ основана на использовании трубчатых текстильных фильтров специальной структуры формируемых на базе мотальных паковок специального назначения и фильтрации (доочистки) воды на технических фильровальных тканях или прессовых сукнах.

12. Экспериментальные исследования процесса выноса СПАВ из модельных водных растворов различной концентрации показали, что определяющее значение на качество очистки оказывает структура текстильных перегородок аэраторов, а также концентрация ПАВ в воде.

13. Об эффективности процесса выноса СПАВ из водных растворов можно судить по качественным показателям образующейся пены, её

кратности, устойчивости к разрушению (определяющая время для её удаления с поверхности воды).

14. Разработанная основа использования текстильных материалов (мотальных паковок специального назначения и фильтровальных тканей) технология выноса СПАВ из промывных и сточных вод может быть эффективно использована в процессах приготовления бетона и на автомоечных станциях.

15. Методика расчёта экономии энергоресурсов, приведённая в работе показывает, что использование текстильных материалов специального назначения позволяет значительно снизить затраты электроэнергии и, следовательно себестоимость очистки одного кубометра сточных вод.

16. Внедрение результатов работы в производство позволят не только расширить область использования текстиля технического назначения, но и обеспечить экологическую безопасность людей.

ПУБЛИКАЦИИ

Основное содержание результатов исследований диссертационной работы отражено в следующих публикациях:

1. Сухотерин Л.Я., Калмыков A.A., Панин А.И., Панин И.Н., Кощеев О.В. Разработка новой технологии очистки вод с применением трубчатых текстильных фильтров // Изв. ВУЗов технология текстильной промышленности № 3, 2012 г. с. 120.

2. Панин И.Н., Цимбалюк Е.П., Калмыков A.A., Сухотерин Л.Я. Патент «Патронный фильтр разделительный №RU 119635 U1 от 27.08.2012 г.

3. Сухотерин Л.Я., Калмыков A.A., Панин И.Н. Очистка сточных вод с помощью диатомита и трубчатых текстильных фильтров.// Экология производства №1, 2012, с.54.

4. Сухотерин Л.Я., Калмыков A.A., Панин И.Н., Пайметов А.Н. Эффективность трубчатых текстильных фильтров. //Экология производства №3,2012, с. 64.

5. Панин И.Н., Рузаев В.И., Сухотерин Л.Я., Калмыков A.A. Оптимизация работы очистных сооружений канализаций //Экология производства №3, 2013, с. 71.

6. Калмыков A.A., Панин И.Н., Пайметов А.Н. Место текстильных паковок специального назначения в решении экологических задач. Сборник научных статей ДИТИ НИЯУ МИФИ «Теоретическиеи практические аспекты развития современной науки и образования. 2011, с. 118.

7. Калмыков A.A., Панин А.И., Сухотерин Л.Я. О дефектах намотки мотальных паковок, причины их возникновения и способы устранения. Сборник научных статей по итогам Научной конференции ППС ДИТИ НИЯУ МИФИ «Развитие и перспективы ВУЗовской науки и образования в современных условиях, 2012 с. 186.

8. Панин А.И., Калмыков A.A. Сматывание нити с бобин застилистой структуры Сб. научных трудов Международной НТК «Современные технологии оборудование текстильной промышленности». Москва, МГТУ, 2012.

9. Сухотерин Л.Я., Калмыков A.A., Панин И.Н. Разработка новой технологии очистки промывных вод от СПАВ с применением трубчатых текстильных фильтров. Сборник научных статей по итогам Научной конференции ППС ДИТИ НИЯУ МИФИ «Развитие и перспективы ВУЗовской науки и образования в современных условиях, 2013 с. 174.

10. Сухотерин Л.Л., Калмыков A.A., Ермишева М.В. Инженеринг фильтровальной ткани для воздухоочистительных модулей. Сборник научных статей по итогам Научной конференции ППС ДИТИ НИЯУ МИФИ «Развитие и перспективы ВУЗовской науки и образования в современных условиях, 2013 с. 185.

11. Сухотерин Л.Я., Калмыков A.A., Князькин C.B., Кротов С.Ю. О влиянии структуры текстильных диспергаторов на работу воздуходувок. Вестник ДИТИ, 2013 с.109-111.

Подписано в печать 25.11.13 Формат бумаги 60x84/16 Бумага множ. Усл.печ.л. 1,0 Заказ № 178-Т Тираж 80

Редакционно-издательский отдел МГУДТ 115093, Москва, ул. Садовническая, 33, стр.1

Отпечатано в РИО МГУДТ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ» Димитровградский инженерно-технологический институт - филиал НИЯУ

МИФИ

04201452014 На правах рукописи

КАЛМЫКОВ АНДРЕЙ АНАТОЛЬЕВИЧ

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУР ТЕКСТИЛЬНЫХ ПАКОВОК ^ПРИМЕНЯЕМЫХ ДЛЯ ОЧИСТКИ

СТОЧНЫХ ВОД ОТ СПАВ

Специальность 05.19.02 -«Технология и первичная обработка текстильных материалов и сырья»

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание учёной степени кандидата технических наук

Научный руководитель доктор технических наук, профессор Панин И.Н.

Москва 2013

СОДЕРЖАНИЕ

АННОТАЦИЯ............................................................................................4

ВВЕДЕНИЕ................................................................................................7

ГЛАВА I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ И АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА ПО ИСПОЛЬЗОВАНИЮ ТЕКСТИЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ В РЕШЕНИИ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ЗАДАЧ.......14

1.1. Сравнительный анализ использования различных текстильных

материалов и волокон для изготовления аэраторов.......................................14

1.2. О современной теории фильтрования и ее основных положениях........22

1.3. Анализ возможности создания аэраторов и фильтров из текстильных

материалов различной структуры........................................................................30

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 1.........................................................................43

ГЛАВА II. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЫНОСА ИЗ ВОДЫ СПАВ РАЗЛИЧНОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ С ПОМОЩЬЮ АЭРАЦИИ..............................45

2.1. Исследование аэрации, как перспективного метода очистки сточных вод различной природы на текстильных перегородках...................46

2.2. Получение высокодисперсных пен, при выносе СПАВ из

промывных вод.........................................................................................................54

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ II.......................................................................65

ГЛАВА III. ПРОВЕДЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ВЫНОСА, ИЗ ВОДЫ СПАВ РАЗЛИЧНОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ С ПОМОЩЬЮ АЭРАЦИИ..............................67

3.1. Исследование влияния структуры диспергирующих слоёв аэраторов, на скорость выноса СПАВ из водных растворов..........................69

3.2. Извлечение СПАВ из сточных вод автомоечных станций при помощи аэраторов "Пантекс"...............................................................................79

3.3. Оценка проведённых теоретических и экспериментальных исследований процесса очистки промывных вод от СПАВ с помощью аэрации......................................................................................................................85

ВЫВОДА ПО ГЛАВЕ III.......................................................................94

ГЛАВА IV. РАСЧЕТ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОТ ВНЕДРЕНИЯ В СИСТЕМУ ОЧИСТКИ СТОКОВ ОТ СПАВ ТЕКСТИЛЬНЫХ ПАКОВОК СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ........................................................................................96

4.1. Основные положения расчетов экономии энергоресурсов при использовании текстильных мотальных фильтров аэраторов......................97

4.2. Расчет суммы капитальных вложений по проекту модернизации систем очистки стоков от СПАВ с использованием текстильных паковок....................................................................................................................101

4.3. Расчёт расходов на содержание и эксплуатацию технологического оборудования.........................................................................................................104

4.4. Расчёт экономической эффективности внедрения в очистку

стоков от СПАВ текстильных фильтров - аэраторов «Пантекс».................105

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ IV....................................................................109

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ......................................................110

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ...................................................................113

Приложение 1 ..............................................................................123

Приложение 2...............................................................................145

Приложение 3...............................................................................154

АННОТАЦИЯ

Защита окружающей человека среды - атмосферы, гидросферы и литосферы, от загрязнений их промышленными отходами является одной из самых актуальных задач стоящих перед обществом.

Нерадивое и нерациональное природопользование, а также нарушения технологических режимов промышленными предприятиями в различных отраслях приводят к экологическим катастрофам и самым негативным последствиям для людей.

Задача, поставленная в данной диссертационной работе, касается решения вопросов утилизации технологических образований в виде синтетических поверхностно активных веществ (СПАВ), получаемых в процессе работы автомоечных станций, бетоноделательных заводов, предприятий банно-прачечного хозяйства с помощью текстильных материалов и технологий.

Разработка мотальных паковок из текстильных материалов различного сырьевого состава и структур позволяют создавать новые способы очистки сточных вод, в том числе и от СПАВ (синтетических поверхностно активных веществ).

Существующие в настоящее время технологии очистки и утилизации промывных вод, как в России, так и за рубежом, образующихся в результате строительных работ, мойки автотранспорта и сточных вод банно-прачечных хозяйств, где используются поверхностно-активные вещества, дорогостоящи, многостадийны и малоэффективны.

Технология, разработанная в результате выполнения диссертационной работы, основана на использовании текстильных материалов специального назначения и применении нового текстильного мотального оборудования. Анализ теоретических и экспериментальных исследований по изучаемой проблеме позволил разработать не традиционный - перспективный метод

очистки сточных и промывных вод от СПАВ различной концентрации основанный на аэрации и фильтрации стоков с применением текстильных паковок специального назначения. Двухсторонняя технология выноса СПАВ из промывных вод основана на последовательном использовании модульных установок аэрации стоков и последующей их фильтрации. В качестве аэраторов и фильтров предложено использовать трубчатые текстильные фильтры -аэраторы «Пантекс».

Как показали проведенные исследования, основная доля СПАВ извлекается из сточных и промывных вод при интенсивном пенообразовании в процессе аэрации стоков.

Теоретические же исследования показали, что образование высокодисперсных пен способствует структура сомкнутых и замкнутых намоток из текстильных нитей различного состава диспергирующих слоёв аэраторов (формируемых из мультифиламентных полипропиленовых нитей на профильные каркасы).

Экспериментальные исследования применения трубчатых текстильных фильтров-аэраторов «Пантекс» проводимые на специализированном стенде позволили повысить эффективность технологического процесса очистки стоков, а также создать новые виды текстильных насадочных фильтров применяемых для доочистки промывных вод. В работе проведена также комплексная оценка проведённых теоретических и экспериментальных исследований, которая позволила создать новую технологию и оборудование для реализации системы очистки сточных и промывных вод заводов и узлов автомоечных станций от СПАВ с регенерацией и многократным использованием промывной воды в технологическом процессе.

Для реализации поставленных в работе задач разработана технологическая документация на модульную двухстадийную установку очистки промывных вод от СПАВ, разработаны технические условия на фильтры-аэраторы «Пантекс» формируемых, на основе паковок специального

назначения. Разработаны и апробированы в производственных условиях, как фильтры-аэраторы, так и модульные водоочистительные установки в сборе.

По результатам работы подготовлены электронные методические пособия для студентов, аспирантов и инженерно-технических работников, занимающихся инжинирингом текстильных материалов, изучением вопросов экологической безопасности человека, а также вопросами очистки сточных вод с помощью текстильных аэраторов и фильтров.

Результаты работы отражены в патенте № 1Ш 119635 01 от «27»августа 2012 г. «Патронный фильтр разделительный», а также в материалах статей опубликованных в журналах, рекомендованных ВАК РФ по результатам научных исследований.

Результаты работы готовы к внедрению в реальный сектор экономики, а именно, в создание станций очистки вод банно-прачечных производств, стоков автомоек, а также в строительный комплексы подготовки спортивных объектов к зимней олимпиаде 2014 г. в г. Сочи и Чемпионату Мира по футболу 2018 г. в России, где вопросам сохранения здоровой экологической ситуации является приоритетной задачей.

ВВЕДЕНИЕ

За последние годы в промышленности, быту и коммунальном хозяйстве взамен мыла стали широко применяться синтетические моющие вещества -детергенты. Они используются на автомоечных станциях, в банно-прачечных предприятиях, при производстве бетонов в строительной отрасли и т.д. Учитывая, что объёмы автопарка страны нарастают очень быстро, а строительство жилых микрорайонов, спортивных сооружений (к Олимпиаде в г. Сочи в 2014 году и т.д.) нарастает, то остро встаёт вопрос и по очистке больших объёмов технических промывных вод от СПАВ, а также разработке технологий исключающих сброс загрязнённых вод в водоёмы.

Детергенты делятся на три типа:

- катионактивные,

- анионактивные,

- неионогенные.

Многие из детергентов устойчивы против биохимического окисления. Так, наиболее распространённый детергенты - алкилбензол сульфонат натрия не разрушается при биологической очистке сточных вод и с очищенными сточными водами попадает в водоёмы, передавая воде неприятные запахи и привкус, а главное, покрывая поверхность водоёма воздухонепроницаемой плёнкой, ограничивающей доступ в неё кислорода из воздуха, а, следовательно, затрудняя дыхание рыбы.

Удаление детергентов из воды на обычных водоочистных сооружениях может быть достигнуто лишь при комплексных мероприятиях и до настоящего времени они состояли из [1]:

а) сорбции хлопьями гидроокиси алюминия или железа, с последующей рециркуляцией осадка в отстойниках или применением осветлителей с взвешенным слоем;

б) окисления стоков озоном или двуокисью хлора;

в) введением в воду перед отстойниками порошковообразного угля, или тонкодисперсного карбоната кальция, или бентонитовой глины.

Однако, все данные технологии дорогостоящи, многостадийны и приводят к образованию новых побочных продуктов, вторично загрязняющих окружающую среду.

Поэтому изыскание и разработка новых методов очистки сточных и промывных вод от СПАВ является актуальной задачей.

В настоящее время при решении экологических задач всё большее применение находят текстильные материалы (ткани, нетканые полотна, намотки нитей специального назначения, трикотаж и т.д.). Примером такого использования является технология выноса, СПАВ из промывных вод промышленных предприятий и бетоноделательных заводов, разработанная нами, где используются пневматические аэраторы, сформированные на базе мотальных паковок специального назначения, трубчатые текстильные разделительные фильтры и фильтровальные ткани.

При данном методе очистки сточных и промывных вод использована технология биологической очистки, базирующейся на обеспечении жизнедеятельности микроорганизмов, способных окислять или восстанавливать органические вещества, находящиеся в сточных водах в виде тонких суспензий, коллоидов и в растворе [2].

В России водоочистные сооружения, содержащие биологическую очистку, составляют около 60% от общего числа всех сооружений, а в водоотведении их более 80% от общего объёма очищаемых вод, что позволяет определить решающую роль биологической очистки в формировании качества природных вод [3].

Технология очистки промывных вод от СПАВ включающая биологические методы (в виде аэрации) имеет ряд достоинств:

- экологическая чистота, так как здесь используются лишь природные процессы;

универсальность, так как удаляет из воды практически любые органические вещества, а также обеспечивает вынос, СПАВ в виде пены на поверхность (к урезу) воды, что позволяет отводить их из стоков на текстильных фильтрах;

высокая эффективность и низкая себестоимость очистки.

Аэрация сточных вод - интенсивное насыщение их кислородом воздуха производится в специальных ёмкостях - аэротенках, куда подаются стоки. По дну аэротенков размещаются фильтросные трубы - аэраторы, диспергирующий слой которых сформирован из текстильных материалов (тканей, волокон подаваемых пневмоэкструзией из расплава или нитей намотанных на профильные каркасы, нетканые полотна и т.д.).

Также одним из наиболее важных моментов аэрации стоков, при выносе из них СПАВ, является необходимость интенсивного перемешивания жидкости для увеличения времени и площади контакта фаз воздух - СПАВ. Необходимое количество воздуха для аэрации обеспечивается подачей его в стоки от компрессорных установок или воздуходувок. Для повышения эффективности процесса выноса СПАВ, на поверхность аэротенка, используют мелкопузырчатую аэрацию, что достигается созданием специальной структуры текстильного диспергирующего слоя аэраторов.

Все существующие системы пневматической аэрации, применяемые на очистных сооружениях страны, имеют ряд серьёзных специфических недостатков, а именно:

- формирование пузырьков воздуха различного размера, что снижает площадь соприкосновения фаз воздух - СПАВ, а, следовательно, качество очистки;

- структура диспергирующих слоёв аэраторов склонна к кольматации и закупорке пор, что снижает уровень аэрации стоков;

- структура текстильных диспергирующих слоёв аэраторов, формируемых пневмоэкструзией волокна из расплава склонна к явлению

«пробой» перегородки, что приводит к потерям воздуха (выходу его не в пузырьковой массе, а струёй, и как следствию, нарушению технологий выноса СПАВ).

Данные недостатки существенно отражаются на себестоимости очистки одного кубометра стоков, приводят к удорожанию процесса очистки и снижению его качества.

Низкое качество аэраторов приводит к необходимости часто проводить их ремонт, что также ведёт к повышению материальных затрат не говоря о прямом вреде экологии.

В настоящее время в связи с возникновением современных, более совершенных технологий и производств новых текстильных материалов, а также с увеличением объёма водоочистки возникла необходимость создания новых диспергаторов и аэраторов, отличающихся дешевизной и устойчивой к внешним воздействиям структурой, в отличие от существующих конструкций. Такими аэраторами являются фильтры - аэраторы «Пантекс» формируемые намоткой нитевидных материалов на профильный каркас из фильтросных труб.

Намоточная структура диспергирующих слоёв аэраторов и фильтров исключает явление «пробой» перегородки, а также закупорку пор ввиду подвижности слоёв намотки нитей относительно друг друга и сброс осадка при подаче в них воздуха.

Актуальность темы.

Возрастающие объёмы сточных вод содержащих в своём составе синтетические поверхностно-активные вещества, образующиеся в результате работы автомоек, бетоноделательных заводов, банно-прачечного хозяйства, требуют разработки новых технологий и текстильных материалов, для их очистки. Применение текстильных материалов специального назначения (фильтров, аэраторов) позволяет эффективно решить поставленную задачу, поэтому исследование свойств текстильных материалов и технологий,

применяемых для очистки сточных и промывных вод от СПАВ, является актуальным.

Целью настоящей работы является разработка и исследование структур текстильных материалов (фильтров - аэраторов), применение которых позволит обеспечить высокоэффективный вынос, СПАВ из сточных и промывных вод.

Для решения поставленной задачи в работе решаются следующие задачи:

- производится сравнительный анализ использования различных текстильных материалов, способных длительное время работать в мокром состоянии при воздействии агрессивных сред;

- исследуются различные структуры текстильных материалов, из которых могут быть изготовлены диспергирующие перегородки аэраторов и фильтров;

- исследуются аэродинамические характеристики мотальных паковок специального назначения, применяемые в качестве аэраторов и фильтров, создаваемых на базе тканей нетканых материалов и намоток нитей различных структур на профильный каркас;

- разрабатывается технология выноса, СПАВ из промывных и сточных вод с использованием текстильных аэраторов и фильтров;

- разрабатывается специальное мотальное оборудование для формирования мотальных паковок специального назначения заданных типоразмеров;

- проводятся теоретические исследования процесса выноса, СПАВ из промывных и сточных вод в виде пены;

- разрабатывается методика экспериментальных исследований по определению оптимальных текстильных структур аэраторов и фильтров применяемых в новой технологии очистки сточных вод;

- определяется экономическая эффективность внедрения новой технологии о�