Повышение эффективности очистки воды с использованием гидродинамической кавитации тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.17.08, кандидат технических наук Куц, Елена Владиславовна

• Куц, Елена Владиславовна
• кандидат технических наук
• 2000

Оглавление диссертации кандидат технических наук Куц, Елена Владиславовна

Обозначение основных величин.

ВВЕДЕНИЕ.

1 АНАЛИЗ СОВРЕМЕННЫХ МЕТОДОВ ОЧИСТКИ ПИТЬЕВЫХ И СТОЧНЫХ ВОД ОТ ФЕНОЛОВ.

1.1 Фенол, его токсичность и влияние на качество воды и организм человека.

1.2 Обзор существующих методов очистки сточных вод от фенолов.

1.3 Выводы.

2 ОБОСНОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ПРОЦЕССА ОЗОНИРОВАНИЯ ВОДЫ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЙ КАВИТАЦИЕЙ.

2.1 Озон, его строение и свойства.

2.2 Применение озона для глубокой очистки фенолсодержащих вод

2.2.1 Механизм реакции озона с фенолом.

2.2.2 Токсичность продуктов, образующихся при окислении фенола озоном.

2.3 Применение озона для очистки и обеззараживания вод, используемых для питьевых целей.

2.3.1 Применение озонирования на различных стадиях водо-подготовки.

2.3.2 Обеззараживание воды озоном.

2.4 Смешение озона с водой.

2.4.1 Конструкции контактных аппаратов, применяемых для смешения озона с водой.

2.5 Научные предпосылки применения явления гидродинамической кавитации для интенсификации процесса очистки воды.

2.5.1 Сущность и классификации явления кавитации.

2.5.2 Взаимосвязь интенсивности кавитационного перемешивания с эрозионной активностью гидродинамической кавитации.

2.5.3 Анализ факторов, влияющих на интенсивность кавитации в гидродинамических установках.

2.6 Химические явления, возникающие при кавитации и их возможность влиять на процесс очистки воды.

2.7 Выводы.

3 ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ

ИСЛЕДОВАНИЙ.

3.1. Программа экспериментальных исследований.

3.2 Методика проведения экспериментальных исследований по определению влияния гидродинамической кавитации на основные показатели качества воды.

3.3 Методика проведения сравнительных экспериментальных исследований по определению эффективности смешения двухфазных потоков с использованием кавитационного и эжекционного смесителей.

3.4 Общая методика проведения экспериментальных исследований по определению влияния различных факторов на процесс очистки воды от фенола и определению их оптимальных значений.

3.4.1 Описание лабораторной экспериментальной установки и её основных узлов.

3.4.2 Техника безопасности при работе с озоном и методика определения концентрации озона в воздухе.

3.4.3 Выбор критерия оптимизации и основных факторов варьирования

3.4.4 Методика определения концентрации фенола в воде.

3.4.5 Методика проведения экспериментальных исследований.

3.4.6 Выбор значений основных факторов, влияющих на процесс очистки воды.

3.4.7 Методика проведения многофакторного эксперимента по оптимизации факторов, влияющих на процесс очистки воды от фенола

3.4.8 Оценка погрешности измерений.

3.4.9 Выводы.

4 РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

4.1 Результаты исследований по определению влияния гидродинамической кавитации на улучшение основных показателей качества воды

4.2 Сравнительные результаты использования кавитационного и эжекционного смесителей и их результаты.

4.3 Построение математической модели процесса очистки воды от фенола методом реализации пятифакторного эксперимента (по плану 25"2).

4.4 Построение математической модели очистки воды от фенола методом реализации полного трехфакторного эксперимента по плану 23).

4.5 Крутое восхождение к максимуму функции отклика.

4.6 Выводы

5 РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,

ПРОВЕДЕННЫХ В РЕАЛЬНЫХ УСЛОВИЯХ.

5.1 Исследование процесса очистки промышленных сточных вод фанерного комбината "Красный якорь" г.Слободского.

5.2 Исследование влияния озонированных производственных сточных вод комбината на микроорганизмы биофильтра.

5.3 Исследования совместного влияния озонирования и кавитации на улучшение качества водопроводной воды.

5.4 Оценка экономической эффективности применения методов очистки воды от фенола озонированием.

5.5 Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение эффективности очистки воды с использованием гидродинамической кавитации»

Состояние водных объектов является одним из основных показателей общей жологической обстановки.

В России высок уровень загрязнения водного бассейна. Сохраняется напря-кенная обстановка с обеспечением населения доброкачественной питьевой водой. Эбщее состояние водных источников (поверхностных и подземных) и систем цен-грализованного питьевого водоснабжения не гарантирует требуемого качества питьевой воды. Каждая пятая проба водопроводной воды в России содержит вредные шмические вещества в количествах, превышающих нормы предельно допустимых шнцентраций, каждая восьмая проба не соответствует нормам по бактериологии [1]. Градиционные методы очистки производственных и бытовых сточных вод не в состоянии в настоящее время обеспечить требуемого качества воды. Поэтому создание л исследование новых, экологически безопасных, надежных и эффективных систем эчистки воды является актуальной задачей.

Для нашей области, где особенно развита промышленность лесного комплекса 235 предприятий), характерно загрязнение водного бассейна фенолами, образующимися в процессе обработки древесины и при её распаде. Среднегодовое содержание фенолов в главном водном объекте Кировской области реке Вятке находится на фовне 2-3 ПДК, максимальные концентрации достигали 19 ПДК. Поэтому особую актуальность для нашей области представляет исследование и внедрение эффективных методов очистки от фенолов.

Воду, содержащую фенол, очищают с использованием органических раство-эителей, ионитов, сорбентов, ректификацией циркулирующим водяным паром, жислением фенолразрушающими бактериями, различными окислителями. Но чаще всего эти методы не приводят к полной очистке воды от фенолов, а также требуют аля своего применения тщательного контроля за содержанием примесей в воде, подбора соответствующих экстрагентов, сорбентов и ионитов, громоздкого и сложного оборудования, большого расхода электроэнергии. В технологиях водоподго7 говки и очистки промышленных сточных вод широко применяется хлорирование, зри использовании которого для обесфеноливания воды возможно образование побочных соединений, однако отказаться от хлорирования в настоящее время не представляется возможным. Поэтому актуальным является возможность уменьшения избыточного поступления хлора в воду за счет более полной его абсорбции водой.

В настоящее время одним из самых перспективных методов является озониро-зание, которое позволяет эффективно воздействовать на большое число различных загрязнителей естественного и искусственного происхождения с одновременным эбеззараживанием воды. Озонирование не приводит к ухудшению солевого состава эчшцаемых вод. Озон можно получать непосредственно на очистных сооружениях, 1 источником служит воздух или кислород. Процесс легко поддается автоматизации.

Исключительная окислительная способность озона (как окислитель он уступает только фтору) позволяет окислять фенолы до альдегидов, органических кислот, а з конечном итоге до углекислоты и воды. Однако узким местом процесса является аппаратурное оформление узла смешения озона с водой. Большая разница удельного зеса воды и воздуха приводит к их быстрому расслоению, большое поверхностное аатяжение создает препятствия для мелкого диспергирования. Для успешного применения метода необходимо применять высокоинтенсивные контактные аппараты, збеспечивающие достаточно полное поглощение озона водой.

Целью работы являлось совершенствование технологии очистки воды от органических соединений на основе интенсификации смешения озона с обрабатываемой водой за счет использования гидродинамической кавитации.

Научная новизна. Разработана установка для очистки воды, в которой для повышения эффективности процессов обезвреживания использован смеситель кавита-дионного типа. Исследован процесс очистки воды от фенолов и установлен характер злияния определяющих факторов на степень очистки для исследованной области факторного пространства. Найдены оптимальные условия проведения процесса.

Проведена оценка токсичности озонированной воды по отношению к микроорганизмам биофильтра в промышленных условиях. 8

Практическая ценность. Предложенная схема очистки и полученные результа-гы могут быть использованы для улучшения качества водоподготовки на водопро-юдных очистных сооружениях, а также в системах очистки производственных сточных вод химических, машиностроительных предприятий, ТЭЦ и других производств. Использование явления гидродинамической кавитации для интенсификации смешения двухфазных потоков может быть использовано для экономии дезинфек-ганта при его введении в обрабатываемую воду на водопроводных очистных соору-кениях.

Результаты работы апробированы и приняты к внедрению на очистных со->ружениях фанерного комбината «Красный якорь» г. Слободского, на водопровод-юй станции МП «Водоканал» г. Кирова. Предложенная схема смешения хлора с обкатываемой водой внедрена на водопроводной станции МП «Водоканал» г. Киро-5а и позволила обеспечить экономию хлора при водоподготовке в среднем на 20%.

Автор защищает:

• комплексный способ очистки воды от фенолов озонированием с использованием гидродинамической кавитации;

• результаты исследований процесса очистки воды озонированием с использо-;анием гидродинамической кавитации,

• результаты исследований влияния обработанной озоном воды на микроорга-[измы биофильтра,

• результаты исследований по интенсификации процесса смешения хлора с одой за счет использования гидродинамической кавитации.

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка итературы и приложений.