•
Порозность, м3/м3 Рис. 8. Зависимость удельной поверхности регулярных промышленных насадок от величины порозности |
Таблица 4. Геометрические харак теристики новых конструкций насадок для биофильтров
|
Рис. 10. Внешний вид комбинированной насадки |
рхностью. Выделим основные требования, предъявляемые к насадкам для биофильтров: • большие удельная поверхность, доля свободного объема (порозность), размер диаметра свободного прохода [8]; • низкое гидравлическое сопротивление; • жесткий материал насадки для того, чтобы не происходило уплотнение с увеличением количества биомассы; • условия, обеспечивающие формирование биопленки на её поверхности, в частности по таким показателям, как неровность (шероховатость) поверхности, заряд и гидрофобность; • химическая инертность, экологическая безопасность, отсутствие выделений каких- либо токсичных соединений — мономеров, сополимеров и т.п. — в процессе эксплуатации; 1 низкая стоимость на единицу объема носителя. Рассмотрим в этой связи два типа насадок: |
• насадку из свободно упакованных глобул нитевидных элементов (СУГНЭ), вписанных в щелевые каналы из сеток из лавсановых мононитей.
Внешний вид регулярной насадки из высокопористого ячеистого материала представлен на рис. 9.
Внешний вид комбинированной насадки из СУГНЭ, вписанных в щелевые каналы из сеток из лавсановых мононитей, представлен на рис. 10.
Геометрические характеристики насадок типа ВПЯМ и СУГНЭ приведены в таб. 4.
Таким образом, были определены основные требования к конструкции насадок для биофильтров, показана важность увеличения удельной равнодоступной поверхности для создания перспективных конструкций насадок и предложены новые регулярная и комбинированная конструкции насадок для биофильтров на основе высокопористых ячеистых материалов, нитевидных, а также сетчатых элементов.
Литература
1. Веприцкий А.А., Жуков В.Г., Загустина Н.А. Применение технологии биологической очистки газовоздушных выбросов для alphaset-процесса. Четвертый Международный конгресс "Цветные металлы — 2012". Раздел VII. Литье цветных металлов и сплавов.
2. Пушнов А., Балтренас П., Каган А., Загорские А. Аэродинамика воздухоочистных устройств с зернистым слоем. Вильнюс: Техника, 2012.
3. Сокол Б.А., Чернышев А.К., Баранов Д.А., Беренгартен М.Г., Левин Б.В. Насадки массообменных колонн / Под ред. Д.А. Баранова. М.: Инфохим, 2009.
4. Billet R. Packed Tower in Processing and Environmental Technology. Weinheim: VCH Verlagsgesellschaft mbh, 1995, 380 p.
5. Mackowiak J. Fluid Dynamics of Packed Columns for Gas // Liquid and Liquid/Liquid Systems. Springer, 2010.
6. Пушнов A.C., Каган A.M. Структура и гидродинамика колонных аппаратов с насадкой. Введение в химический инжиниринг. СПб.: Издательство политехнического университета, 2011.
7. Pusnov A., Petrasova Е-, Sinkunas S. Gofruotu polimeriniu vamzdz- iu taisyklingos ikrovos aeroterminiai tyrimai // ENERGETIKA. 2011. T. 57. № 3.
8. Митин A.K., Загустина H.A., Николайкина H. Е., Пушнов А.С. Изучение рабочих характеристик комбинированной насадки для процессов очистки газов в биофильтрах // Известия МГТУ "МАМИ". 2012. № 2(14). Т. 4
9. Либерман Е.Ю., Конькова Т.В. Высокопористые ячеистые катализаторы для решения экологических проблем // Экология и промышленность России. 2013. Апрель. ■
СРАВНИТЕЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СОСТАВА СМЕСЕЙ ГАЛОГЕНОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ, ОБРАЗУЮЩИХСЯ ПРИ ДЕЗИНФЕКЦИИ ВОДЦ ХЛОРОМ И ГИПОХЛОРИТОМ НАТРИЯ
В.С. Петросян, Е.А. Шувалова, О.В. Полякова, А.Т. Лебедев, А.Н. Пономаренко, М.Н. Козлов
ООО "Открытый экологический университет",
МГУ имени М.В. Ломоносова, ОАО "Мосводоканал"
О |
пыт, накопленный в разных странах в XX в., показал, что из всех предлагавшихся технологий наиболее эффективной для дезинфекции природных вод, используемых при подготовке питьевой воды, являлась технология с использованием сжиженного молекулярного хлора. При этом, однако, существовало две важных проблемы, обусловленных, с одной стороны, высоким риском для населения городов, связанным с перевозкой ёмкостей с высокотоксичным хлором, и, с другой стороны, образованием в воде при её дезинфекции различных галогенорганических соединений (ГОС), некоторые из которых достаточно токсичны [1].
Именно поэтому во всём мире искали оптимальную альтернативу хлорированию — озонирование, фторирование и др. [2], в итоге остановились на технологии с использованием водных растворов гипохлорита натрия (ГХН), которая не создает риска для населения при их перевозке. Это послужило обоснованием для использования растворов ГХН в разных городах мира, в том числе и Москве [3]. При этом оставалась невыясненной вторая вышеуказанная проблема, а именно ответ на вопрос: Сколько и каких галогенорганических соединений будет образовываться в воде источников московского питьевого водоснабжения при использовании в качестве дезинфектанта растворов ГХН?
Для получения экспериментальных данных, которые могли бы дать ответ на поставленный
вопрос, авторами в 2012 г. было проведено исследование, посвящённое изучению состава ГОС, образующихся при смешении растворов ГХН разных концентраций с природной водой и использованием хроматомасс-спектро- метрии (ГХМС). При этом проведён сравнительный анализ с составом смесей ГОС, образующихся при дезинфекции природной воды молекулярным хлором, так как мы исходили из того, что в растворах ГХН в воде, как следует из уравнения (1), непосредственным дезинфицирующим агентом является гипохлорит-ион
NaOCl + 2Н20 | СЮ-1 Na+ + I НзО+1 ОН-, (1)
который, как следует из уравнения (2), является дезинфицирующим агентом и при растворении молекулярного хлора в воде:
Cl2 I 3H20 I СЮ- I 2Н30+ + + СГ. (2)
Дезинфицирующие свойства гипохлорит-иона основаны на его взаимодействии с микроорганизмами (патогенные бактерии и вирусы), которые при химическом воздействии уничтожают микробы, в результате чего в дезинфицируемой воде образуется какое-то количество продуктов этого воздействия — ГОС, некоторые из которых могут проявлять токсичность.
Следует отметить, что гипохлорит-ион взаимодействует не только с "живой органикой" (микробами), но и с содержащимися в природной воде различными органическими веществами, как природными (прежде всего, гуминовыми соединениями), так и антропогенными, попадающими в природа водоёмы со сточными водами дождём и снегом — химическими спутниками Земли [4]. Эти вещества весьма разнообразны по своей химической природе и свойствам и существенно влияют на качество воды, а также на пригодность её для тех или иных нужд Количество этих природных и антропогенных веществ в поверхностных водах значительно превышает число соединений, для которых установлены гигиенические нормативы (ПДК). Таким образом, для решения поставленной выше задачи необходимо иметь информацию как по общему содержанию в природных водах органического углерода, так и по содержанию индивидуальных органических веществ.
Основные природные органические соединения в водных экосистемах (не считая вышеупомянутых гуминовых веществ) — это углеводороды, фенолы, альдегиды (прежде всего, формальдегид), кетоны (главным образом ацетон), органические кислоты (муравьиная, уксусная, масляная, пропио- новая, молочная и бензойная), углеводы, а также вещества, содержащие азот и серу [5].
В различных водоисточниках централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения России наиболее распространёнными загрязняющими веществами техногенного происхождения являются нефтепродукты, фенолы, аммонийные соединения, синтетические поверхностно-активные вещества (СПАВ) и пестициды.
Hi |
'•К, |
|
ШНМ фикп^м при хлорировании ноды I \ц,,у,,и,,юг>ым другим Дезинфицирующим агентом. В зависимости от содержащихся в природной воде органических соединений и их количества можно прогнозировать появление тех или иных ГОС после проведения дезинфекции воды. Следовательно, в каждом но |
Таблица 1. Список образующихся ГОС, наиболее характерных для дезинфекции природной воды ГХН разных концентраций при разном аремони контакта |
i..ц'ши при- HHfa'ia.M'WH "п„ю-
вом источнике природной воды будет неидентичный состав продуктов хлорирования. При этом, однако, некоторые продукты будут образовываться чаще других.
Экспериментальные данные и обсуждение результатов. Объектами нашего исследования была природная и хлорированная вода из двух разных источников: Москворецкого и Волжского. В первую очередь проводилось исследование состава органических соединений в исходной воде экстракцией хлористым метиленом с последующим упариванием и ГХМС — анализом.
Далее был проведён ряд экспериментов I применением высококонцентрированного ГХН (ВКГХН) с разными дозами реагента и временем их контакта с природной водой (2,5 ч и 3 мин). Основной упор в ГХМС-анализе данных проб был сделан на ГОС, содержащиеся в наибольшем количестве и встречающиеся в данных пробах чаще остальных.
Затем проводилась дезинфекция этой же воды высоко- и низкоконцентрированным ГХН, а так же хлорной водой в более жестких условиях (увеличение доз и времени контакта) с целью выявления определённых закономерностей в образовании обнаруженных соединений, осуществления детального анализа других ГОС и проведения сравнительного анализа влияния альтернативных хлорирующих реагентов на образование ГОС. Это позволило получить более полную картину влияния ГХН на появление различных ГОС в природной воде не только с точки зрения зависимости от добавляемой дозы, но и от концентрации ГХН в целом, а также для сравнения продуктов реакции хлорирования воды ГХН с продуктами, образующимися при хлорировании воды другими хлорсодержащими агентами, в данном случае — хлорной водой.
Для дезинфекции воды использовался ВКГХН марки А (ООО "Скоропусковский синтез", ООО "Новомосковский хлор") отобранный по ГОСТ 11086-76 на складе хранения ГХН ЦОВ №1 Западной станции водоподготовки.
Раствор ГХН для проведения хлорирования в лабораторных условиях с концентрацией 2,95 мг/мл (исходная концентрация 190 мг/мл) готовился непосредственно на Западной станции водоочистки.
ГХМС-анализ проводили на масс-спектрометре "Pegasus 4D" фирмы LECO (США) с газовым хроматографом "Agilent 6890N".
Параметры масс-спектрометра: электронная ионизация, энергия ионизации 70 эВ, температура ионного источника 220 °С, интервал сканируемых масс 29 — 500 дальтон, скорость сканирования 10 спектров в секунду.
Параметры и режим работы газового хроматографа: капиллярная силиконовая колонка с неполярной фазой RTX-5MS, длина 30 м, внутренний диаметр 250 мкм, толщина плёнки неподвижной фазы 0,25 мкм. Температура инжектора
250 °С; газ — носитель — гелий, скорость потока 1 мл/мин, деление потока 1/10, температура трансферной линии 280 °С.
Поскольку хроматографическое поведение некоторых важных с токсикологической точки зрения продуктов хлорирования различно, в процессе для них были подобраны индивидуальные параметры (скорость, плотность, разрешение) хроматографической программы для анализа именно этих соединений.
Определение строения образующихся соединений проводилось на основе спектро-структурных корреляций с использованием электронных библиотек масс- спектров WILEY275 — библиотеке на 275 тысяч соединений, "main- lib/ieplib" — библиотеки на 130 тысяч соединений NIST (National Institute of Science and Technology) и Агентства по охране окружающей среды США.
В ходе исследования получены достаточно обширные данные, но в данной статье освещаются только основные результаты исследования, а также выборочно результаты некоторых отдельных экспериментов на примере результате^
PV |
I/ |
|ИИ ГИДР йств д< |
пич |
И |
'* I V#
|
ппо |
|
ма, свинца и др. в окружающую среду. Избыточное количество ТМ в водных объектах, в доступном для живых организмов виде, является потенциально опасным. Они, включаясь в пищевую цепь, способны концентрироваться в организме до количеств, в сотни и тысячи раз превосходящих их содержание в водной среде. Кроме того, ТМ обладают ярко выраженным эффектом суммации, из-за чего совместное присутствие нескольких элементов усиливает их токсическое действие. В связи с этим проблема качественной очистки производственных сточных вод от этих металлов очень актуальна. Полноценное извлечение ионов ТМ из сточных вод объясняется не только необходимостью защиты окружающей среды, но и ценностью самих металлов. Поэтому все более пристальное внимание обращают на себя технологии очистки сточных вод, позволяющие эффективно извлекать ионы металлов из очищаемых сточных вод и создавать замкнутые системы обратного водоснабжения. Гальваническое производство является одним из крупных пот |
В.В. Буренин
МАДИ (ГТУ)
Ш |
дно из основных требований современного производства — повышение экологической безопасности. Внедрение экологичных и ресурсосберегающих технологий, бессточного производства — наиболее эффективное средство охраны окружающей среды.
Промышленные предприятия являются в настоящее время источником выбросов в окружающую среду большого объема сточных вод. Для природы и человека недостаточно очищенные производственные сточные воды очень вредны. В них содержатся опасные для здоровья человека концентрации взвешенных и растворенных загрязняющих примесей различной природы: твердые и пластичные частицы, кислоты и щелочи, соли, разнообразные металлы, токсичные вещества, болезнетворные бактерии и др. Поэтому перед сбросом промышленных сточных вод в канализацию, водоемы, на рельеф местности или перед повторным их использованием на предприятиях они должны бьггь очищены и обезврежены от вредных примесей.
Одной из острых проблем, связанных с развитием различных отраслей промышленности, является антропогенное вмешательство в кругооборот тяжелых металлов (ТМ), в том числе соединений меди, цинка, галлия, молибдена, кадмия, марганца, железа, никеля, хрома, вольфра
ребителей пресной технической воды, а его сточные воды — одними из самых токсичных и вредных. Основным видом отходов гальванического производства являются промывочные сточные воды, содержащие в большом количестве ионы ТМ. Для снижения количества ионов ТМ в этих водах до ПДК необходимо использовать замкнутую систему водоснабжения, т.е. промывочные сточные воды, подвергающиеся качественной очистке от вредных примесей, следует возвращать в технологический процесс, а извлеченные примеси направлять на захоронение или переработку. Круговорот пресной технической воды считается одним из важнейших способов ее экономии в промышленности. При производстве различных видов продукции требования к качеству используемой технической воды могут быть очень высокими. Обеспечить соответствие очищенной сточной воды выдвигаемым требованиям можно только при использовании современного высокопроизводительного очистительного оборудования, интегрированного в производство.
Рис.1. Фильтровальная установка для комплексной очистки производственных сточных вод от ионов железа и других загрязнений |
Экология и про*, тленность России, июнь 2014 г. |
|i>* качественной комплексной оч мс1 к и производственных сточных иод от 1 М% например же к4 *а, ра 1рабо га и а фил ьтро- HiUhiuw установка (рис. 1) [1) с расположенными на ее боковой поверхности патрубками для подачи сжатого воздуха 2 и исходной сточной воды J, выходным патрубком 4 для подачи сточной воды в фильтр, и узлом обработки сточной воды магнитным полем 5.
Исходная сточная вода на очистку через патрубок 3 поступает в камеру аэрирования 1, куда подается сжатый воздух, который далее выходит в очищаемую сточную воду через аэратор 12 в виде пузырьков. После аэрирования очищаемой сточной воды в течение 30 — 90 мин присутствующие ионы железа гидролизуются, образуя гидрооксиды. Далее сточная вода с образовавшимися гидрооксидами железа перепускается через патрубок 4 в узел обработки магнитным полем 5, где гидрооксиды намагничиваются и агрегатируются в большие флокулы. После воздействия магнитным полем сточная вода поступает через патрубок 11 в рабочее пространство фильтра 6 и, пройдя через слой песка 9 и слой активированного угля <?, очищается от вредных примесей. Очищенная сточная вода выводится из фильтра 6 через патрубок 7. Образующийся осадок, содержащий загрязнения в виде гидрооксидов металлов, выводится через патрубок 10 на утилизацию. Очищенные в такой установке сточные воды можно сбрасывать в водоемы рыбохозяйственного назначения.
Комплекс очистных сооружений для удаления из сточных вод гальванического производства ионов ТМ разработан в ООО "Санэнвиро" (Россия, г. Самара) [2]. Весь процесс очистки сточных вод от ТМ делится на следующие стадии: перекачивание
кромосодержащих сточных вод в оеактор, основной функцией которого является перевод высоко- гоксичного хрома(У1) в менее оксичный хром(Ш); поступление сточных вод в коагулятор, предназначенный для удаления ТМ из хромосодержащих и кислощелочных сточных вод, а также для обработки сточных вод
коагулянтом и флокулянтом; направление смеси сточных вод и образовавшихся хлопьев в отстойник, в бункере которого накапливается шлам, а очищенные сточные воды направляются в канализационную систему; обезвоживание в приемной емкости шлама из отстойника с помощью центрифуги.
Комплекс очистных сооружений гальванического производства полностью автоматизирован, перекачивание сточных вод, дозирование реагентов, перемешивание и другие операции запрограммированы. Комплекс обеспечивает высокое качество очистки сточных вод и отличается компактностью, экономичностью, простотой в обслуживании и удобством в эксплуатации.
Качественную безреагентную очистку производственных сточных вод от ионов ТМ и возврат их в производство обеспечивает способ очистки, включающий обработку загрязненных сточных вод в электрокоагуляторе с последующим отделением взвеси и обессоливанием в магнитопьезо- диализаторе [3]. Установка для очистки сточных вод, содержащих ионы тяжёлых металлов, работает следующим образом (рис. 2). Сточные воды на очистку подают между трубчатым корпусом 7 и сердечником 6 из диамагнетика через входной патрубок <?. Заглушки 12 и 13 препятствуют проникновению сточных вод в концетрические камеры 1 и 3, и они поступают в камеру 2, При подаче тока на соленоид 15 и включении привода 17 в результате вращения соленоида на ио
ны, содержащиеся в обрабатываемых сточных водах, начинают действовать силы Лоренца, которые перемещают их в сторону камер / и 3. Сточные воды поступают в камеру 2 под давлением около 0,95 МПа, которое обеспечивает просачивание сточных вод через проницаемые перегородки 4 и 5 (поры в перегородках диаметром 15—100 мкм). В результате в камерах 1 и 3 концентрируются ионы одного знака. Сточные воды, насыщенные катионами, отводятся через патрубок Р, насыщенные анионами — через патрубок /7, а обессоленные сточные воды — через патрубок 10.
Магнитная система в виде соленоида 15 позволяет избежать опасных повышенных динами-
9 10
Рис.2. Установка для безреаге- нтной очистки производственных сточных вод от ионов тяжелых металлов с магнитной системой |
ЧССК.ИЧ нлф\ к'к. при увеличенин частоты его вращения. Наличие осевой цилиндрической полости /л внутри вала 14, на котором установлен сотенонд 15, и наличие внутри этой погости гидродинамического каната дают возможность увеличить длину рабочей зоны без увеличения диаметра вага 14 и, следовательно, без возрастания динамических нагрузок во время работы на всю установку в целом. Отсутствие же повышенных динамических нагрузок позвотяет увеличивать частоту вращения магнитной системы, а большая длина рабочей зоны — время пребывания очищаемых сточных вод в магнитном ноле. Все это способствует повышению эффективности обессоливания.
Конструктивное исполнение гидродинамического канала в трубчатом виде наиболее удобно с точки зрения установки в цилиндрической полости вала. Кроме того, канал такой формы можно изготовить простой токарной обработкой. Во избежание образования застойных зон, которые могут отрицательно повлиять на эффективность обессоливания, формы остальных элементов гидродинамического канала соответствуют трубчатой форме. Так. сердечник выполнен цилиндрическим, перегородки — в виде обечаек, а заглушки — кольцевыми. Сердечник изготовлен из диамагнетика во избежание шунтирования магнитного поля.
Один из наиболее часто применяемых методов удаления ТМ и их соединений из сточных вод — адсорбция (сорбция), эффективность которой зависит прежде всего от свойств использующегося сорбента: сорбционная поверхность должна быть достаточно пористой, чтобы оказывать наименьшее сопротивление потоку очищаемых сточных вод и обладать высокой сорбционной способностью.
Высокую скорость очистки сточных вод от ионов меди обеспечивает адсорбционный способ, отличающийся экономичностью эксплуатации очистного оборудования [4]. Способ включает обработку очищаемых сточных вод адсорбентом, в качестве которого используется доменный гранулированный шлак.
Очистку осуществляют фильтра иней сточных вод через слой гранулированного адсорбента толщиной 0,055 — 0,075 м. Очистное оборудование, применяемое в адсорбционном способе очистки сточных вод, имеет низкое гидравлическое сопротивление.
Одним из эффективных средств очистки сточных вод от ионов тяжёлых металлов является алюмокремнисвый реагент АКФК, сочетающий свойства коагулянта и флокулянта [5J. Применение реагента АКФК в комбинации с активирующей добавкой и физическими методами активации позволяет создать в объёме очищаемых сточных вод упорядоченные нано- размерные структуры (подобные цеолитам), которые обеспечивают высокую степень очистки. Благодаря способности к образованию цеолитоподобных структур реагент АКФК отличается от других традиционных коагулянтов более высокой эффективностью при очистке сточных вод от взвешенных частиц загрязнений и ионов ТМ.
Очистка сточных вод, содержащих ионы тяжёлых металлов, с использованием ионообменных фильтров позволяет не только удалить из сточных вод тяжёлые металлы, но и возвратить их в технологический процесс [6]. Фильтрующим элементом ино- обменного фильтра является инообменная смола, представляющая собой нерастворимое высокомолекулярное соединение с функциональными ионогенными группами, способными вступить в реакции обмена с ионами в растворе. Некоторые типы ионитов могут вступать в реакции комплексообразования, окисления-восстановления, а также способны к физической сорбции ряда соединений. По мере работы фильтра обменная емкость слоя смолы истощается, что приводит к необходимости её регенерации.
Дата добавления: 2015-10-21; просмотров: 43 | Нарушение авторских прав
| <== предыдущая лекция | | | следующая лекция ==> |
