Усовершенствование технологии очистки воды для получения льда в крытых спортивных комплексах тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.17.01, кандидат технических наук Ершов, Сергей Александрович

• Ершов, Сергей Александрович
• кандидат технических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат технических наук Ершов, Сергей Александрович

Обозначения.

Введение.

1. Литературный обзор

1.1. Вода - сырье в схеме водоподготовки.

1.2. Характеристики ледовых покрытий.

1.3. Основные способы очистки воды.

2. Анализ технологической схемы водоподготовки ледовой арены ГУ «Дворец спорта «Мегаспорт»

2.1. Типовая технологическая схема водоподготовки.

2.2. Результаты мониторинга воды.

2.3. Результаты анализа типовой технологической схемы водоподготовки.

3. Модернизация типовой технологической схемы водоподготовки путем исключения части оборудования

3.1. Модернизированная технологическая схема водоподготовки.

3.2. Расчет стоимости модернизированной схемы водоподготовки (варианты 1а и 16).

3.3. Расчет себестоимости очищенной воды для типовой схемы и двух модернизированных схем водоподготовки.

3.4. Анализ себестоимости очищенной воды.

3.5. Основные параметры схемы водоподготовки, полученной путем модернизации типовой технологической схемы (вариант 1).

4. Использование концентрата и воды из ледовой стружки для повышения эффективности водоподготовки.

4.1. Определение области допустимых значений селективности мембраны и степени отбора растворителя узла обратного осмоса.

4.2. Анализ воды полученной из ледовой стружки.

4.3. Математическая модель работы узла обратного осмоса при использовании в качестве сырья воды после ионного обмена, концентрата и воды из ледовой стружки

4.4. Анализ работы узла обратного осмоса при использовании в качестве сырья воды после ионного обмена, концентрата и воды из ледовой стружки.

4.5. Экономический анализ схем водоподготовки.

Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Усовершенствование технологии очистки воды для получения льда в крытых спортивных комплексах»

В связи с увеличивающимся потреблением воды и расширением области ее использования, а также со снижением ее качества проблема очистка воды продолжает быть актуальной. Одной из областей использования питьевой воды является формирование льда для спортивных соревнований в крытых ледовых комплексах, количество которых в последнее время резко увеличивается. Система водоподготовки должна обеспечивать стабильную степень очистки для создания льда, соответствующего требованиям разных видов спорта.

Ледовое покрытие спортивных комплексов имеет очень сложную многослойную структуру. Верхний тончайший слой — сверхмягкий для улучшения скольжения, нижние слои - предельно твердые и прочные для того, чтобы предотвратить глубокое врезание конька в лед и, тем самым, уменьшить трение. Для каждого вида спорта лёд имеет определенную температуру, структуру и прочность.

На показатели качества льда (деформативная прочность, прозрачность, отсутствие грязных осадков неоднородных включений, микропузырьков газов), влияют условия создания льда и качество воды. Технология создания ледового покрытия включает методику нанесения воды, способы снятия внутренних напряжений, "отжиг" льда, последующее его механическое "прокатывание", состругивание поверхностного слоя, в который вытесняются все остаточные примеси, определяет скорость намораживания льда, толщину наносимого слоя и т.д. Кроме технологических параметров создания ледового покрытия на его качество оказывает большое влияние степень очистки воды, которое обеспечивается требуемым уровнем стадии водоподготовки.

Вода для создания ледового покрытия должна иметь параметры на выходе из водоподготовки не ниже:

• мутность — не более 0,5 мг/л\

• содержание остаточного свободного хлора - менее 0,1 мг/л;

• жесткость — не более 0,5 мг-экв/л;

• содержание кислорода - не более 2 мг/л;

• содержание углекислоты - не более 4 мг/л\

• общая минерализация - не более 1 мг/л;

• температура на выходе:

• + 50°С для заправки ледовых комбайнов и заливки льда.

Также необходимым условием производства льда является создание высокоэффективных технологий, к которым предъявляется ряд принципиальных требований. Прежде всего, эти технологии должны быть энерго- и ресурсосберегающими, а также экологически безопасными. Рациональное использование энергии и материалов при одновременном решении задач, связанных с охраной биосферы от диспропорций особенно важно.

Литературный обзор

Заключение диссертации по теме «Технология неорганических веществ», Ершов, Сергей Александрович

выводы

Оценена эффективность работы технологической схемы подготовки воды в ГУ «Дворец спорта «Мегаспорт» (Ходынское поле г. Москва). Путем продолжительного мониторинга работы отдельных стадий (в течение 8 месяцев) показано отсутствие необходимости операций грубого фильтрования и хлорирования воды.

Экспериментально доказана возможность использования в качестве исходного сырья воды, полученной из отработанного ледового покрытия, а также смеси воды из отработанного ледового покрытия и концентрата узла обратного осмоса.

Разработана математическая модель функционирования основного узла схемы. - обратного осмоса - в периодическом режиме, которая показала возможность использования концентрата и воды из стружки отработанного ледового покрытия в качестве сырья. Полученные соотношения позволяют определить предельную концентрацию любого компонента в фильтрате и время работы контура.

Предложены- два варианта модернизации технологической схемы водоподготовки в ГУ «Дворец, спорта «Мегаспорт», заключающиеся в сокращении числа1 аппаратов и организации рецикла смеси воды из отработанного ледового покрытия и концентрата. Разработанные модернизированные схемы позволяют существенно уменьшить число аппаратов в схеме водоподготовки и снизить расход исходной воды.

Анализ предложенных технологических схем водоподготовки показал, что экономические эффекты от реализации:

- первого варианта (полученного путем модернизации типовой схемы) составляет - 3 789 225 руб;

- третьего варианта (усовершенствованной схемы водоподготовки с рециклом концентрата и воды из ледовой стружки) - 3 911 971 руб.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Ершов, Сергей Александрович, 2011 год

1. Абрамов H.H. Водоснабжение. Учебник для вузов. Изд.2-е перераб., М., Стройиздат, 1974.-480 с.

2. Рабочая документация. Водоподготовка. Технология производства. Ледовый дворец спорта на Ходынском поле. М., 2006.

3. Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы СанПиН 2.1.4.1074-01 "Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества".

4. Громогласов A.A., Копылов A.C., Пильщиков А.П. Водоподготовка: Процессы и аппараты. Под ред. Мартыновой О.И. — М.: Энергоатомиздат, 1990. -272 с.

5. Кожинов В.Ф. Очистка питьевой и технической воды. — М.: Стройиздат, 1971. 302 с.

6. Толковый словарь по химии и химической технологии. Основные термины. Под ред. Лебедева Ю.А. М.: Русский язык, 1987. - 528 с.

7. Таубе П.Р., Баранова А.Г. Химия и микробиология воды. М.: Высшая школа, 1983.-280 с.

8. Апельцин И.Э., Клячко В.А. Опреснение воды. М.: Стройиздат^ 1968. -222 с.

9. Миклашевский Н.В., Королькова С.В: Чистая вода. Системы очистки и бытовые фильтры. СПб.: Издательская группа «Арлит», 2000. - 240 с.

10. Богородский В.В., Таврило В.П. Лёд.: Гидрометеоиздат, 1980.

11. Гончарова Г.Ю., Кузнецов Б.А., Артемов Е. Сверхбыстрый лед: от иллюзии к реальности. // Холодильный бизнес. 2005, № 1. С. 8-11.

12. Гончарова Г.Ю. Современная технология создания ледового покрытия для различных видов спорта или ледовая гомеопатия. // Холодильная техника. 2007, № 7. С. 12-16.

13. Katutosi Tusima. Challange to Skating Rink by an Ice-stalagmite, 1999.

14. Henk Gemser, Jos de Koning, Gerrit Jan van Ingen Schenau. Handbook of Competitive Speed Skating, 1999.

15. Физика и механика льда. M. : Мир, 1983.

16. Гончарова Г. Ю., Загайнов М.В. Скоростной лед Крылатского. // Холодильная техника. 2006, № 7. С. 10-15.

17. Шавлов A.B., Писарев А. Д., Гончарова Г.Ю., Калуцких H.H. Сверхбыстрый лед: иллюзии и реальность. // Холодильный бизнес. 2004, № 11. С. 4-6.

18. Шавлов A.B., Писарев А.Д., Гончарова Г.Ю., Калуцких H.H. Сверхбыстрый лед: иллюзии и реальность. // Холодильный бизнес. 2004, № 12. С. 8-11.

19. Шавлов A.B., Рябцева A.A., Шавлова В.А. «Сверхскользкий лед» для конькобежного спорта. // Криосфера Земли. 2007, т. XI, №2. С. 49-59.

20. Кузнецов Б.А., Гончарова Г.Ю., Леппянен X. Ледоварение: физика и практика. // Холодильная техника. 2003, № 11. С. 36-39.

21. Шавлов A.B. Лед при структурных превращениях. Новосибирск, Наука. Сиб. отделение, 1996. - 188 с.

22. Штремель М.А. Разрушение. // Соровский образовательный журнал. 1997, №4. С. 91-98.

23. Сайт КП «Спортивный комплекс «Крылатское» http://www.skating-palace.ru/about/fakt/ice/.

24. Tusima К. A review on mechanisms of friction of ice. // Lubriication. 1976, vol. 21, No. 5, p. 287-294.

25. Tusima K. Challange to skating rink by an iceestalagmite. // Refrigeration. 1999, vol. 74, No. 855, p. 24-26.

26. Tusima K., Kiuchi T. Development of highhspeed iceeskating rink. // Seppyo. J. Jap. Soc. of Snow and Ice. 1998, vol. 60, No. 5, p. 349-356.

27. Katutosi Tusima. A Review on Mechanisms of Friction of Ice, 1976.

28. Шавлов A.B., Писарев А.Д., Гончарова Г.Ю. Наш лед самый скользкий в Европе. // Холод*ОК. 2005, июнь, С. 23-28.

29. Шавлов А.В. Механизм накопления ориентационных дефектов на фронте кристаллизации воды. // Криосфера Земли. 1998, т. II, № 2. С.58-64.

30. Инженерный справочник. Таблицы DPVA. info, http://www.dpva.info/.

31. Gemser Н., Jos. de Koning, Gerrit Jan van Ingen Schenau. Handbook of competitive speed skating. Leeuwarden. The Netherlands, Eisma publ. eleeuwarden. 1999, p. 215.

32. Гончарова Г.Ю., Белозеров Г.А., Загайнов M.B., Панов Г.М. Физические основы создания льда с заданными свойствами для конькобежцев. International Congress of refrigeration Beijing, China. 2007.

33. Шавлов А.В. Трехуровневая модель накопления дефектов в процессе роста льда из жидкой воды. // Журн. структур, химии. 1997, т. 38, № 3. С. 511-515.

34. F. P. Bowden and D. Tabor. The Friction and Lubrication of Solids И, 1964.

35. Katutosi Tusima and Toshihiro Kiuchi. Development of high-speed iceskating rink, 1998.

36. Ледовые нанотехнологии. // Строительство и эксплуатация. 2007, № 10 (21).

37. Гончарова Г. Ю., Нефедкин С.И., Загайнов М.В. Разработка физико-химических методов создания «скоростного льда». // Альтернативная энергетика и экология. 2009, № 5. С. 68-73.

38. Гончарова Г. Ю., Печурица А. Н., Осипова А. П., Петроградский А. Н. Новый этап развития ледовых технологий. // Холодильная техника. 2009, №5. С. 18-24.

39. H.F. Perry. Answer to Question. What conditions determine crystal growth? // American Journal of Physics 69. 2001, № 2. p. 106-109.

40. Архаров H.A., Гончарова Г.Ю. Экспериментальное исследование ледовых структур, модифицированных полимерами. // Холодильная техника. 2010, № 11. С. 2-6.

41. Водоподготовка. Справочник для профессионалов. Под редакцией Беликова С.Е. М.: Акватерм, 2007. - 240 с.

42. Николадзе Г.И., Минц Д.М., Кастальский A.A. Подготовка воды для хозяйственно-питьевого и промышленного водоснабжения. М.: Высш. шк., 1984.-368 с.

43. Рябчиков Б.Е. Современные методы подготовки воды для промышленного и бытового использования. М.: ДеЛи принт, 2004. -328 с.

44. Амосова Э.Г., Долгополов П.И. Применение карбоксильных катионитов и органопоглощающих анионитов в технологии подготовки воды в котельных. // Энергосбережение и водоподготовка. 2003, № 1. С. 25-28.

45. Фрог Б.Н., Левченко А.П. Водоподготовка. М.: МГУ, 2003. - С. 11.

46. Ушаков Е.В., Семенова И.В. К вопросу выбора метода локальной подготовки глубокоочищенной воды. // Энергосбережение и водоподготовка. 2010, № 1. С. 17-19.

47. Лившиц М.Ю., Солодянникова Ю.В., Солодянников В.В. Системные принципы выбора технологии водоподготовительных установок. // Энергосбережение и водоподготовка. 2009, № 5. С. 9-11.

48. Жужиков В.А. Фильтрование. М.: Химия, 1971. - 440 с.

49. Сакаш Г.В. Технико-экономическая эффективность применения для осветления воды патронных фильтров. // Энергосбережение и водоподготовка. 2007, № 2. С. 23-24.

50. Сакаш Г.В. Очистка воды на керамических фильтрах: монография. Новосибирский государственный университет, Новосибирск, 2005. -118 с.

51. Аюкаев Р.И., Мельцер В.З. Производство и применение фильтрующих материалов для очистки воды. Л.: Стройиздат, 1985. - 118 с.

52. Гаязов Р.Г., Шишмаков С.Ю., Никифоров А.Ф. Выбор фильтрующего материала. // Энергосбережение и водоподготовка. 2006, № 4. С. 27.

53. Журба М.Г. Очистка воды на зернистых фильтрах. Львов: Изд-во Львовского университета, 1980. — 199 с.

54. Сакаш Г.В. Механизм задержания взвеси и рекомендуемый метод расчета керамических фильтров. // Энергосбережение и водоподготовка. 2007, № 6. С. 12-14.

55. Беленко Е.В., Вахрушев Л.П. Расчет допустимых пределов варьирования скорости фильтрации через слой сорбента. // Энергосбережение и водоподготовка. 2005, № 5. С. 33-34.

56. Николадзе Г.И. Обезжелезивание природных и оборотных вод. М.: Стройиздат, 1978. - 160 с.

57. Драгинский B.JL, Алексеева Л.П. Очистка подземных вод от железа, марганца и органических соединений. // Водоснабжение и санитарная техника. 1997, № 12. С. 16-19.

58. Курочкин Е.Ю. Очистка загрязненных промывных вод станций обезжелезивания вакуум-фильтрованием: Дис. канд. техн. наук. — Новосибирск, 2003.-200 с.

59. Федоренко В.И. Обезжелезивание технологической воды методом многослойного фильтрования. // Ликероводочное производство и виноделие 2000, № 8. С. 6-8.

60. Амосова Э.Г., Долгополов П.И., Долгополов А.П. Изучение новых фильтрующих материалов для обезжелезивания воды. // Энергосбережение и водоподготовка. 2005, № 3. С. 8-11.

61. Рябчиков Б.Е. Современные методы обезжелезивания и деманганации природной воды. // Энергосбережение и водоподготовка. 2005, № 6. С.5-11.

62. Семенова И.В., Хорошилов A.B. Условия осаждения железа из воды. // Энергосбережение и водоподготовка. 2006, № 5. С. 6.

63. Амосова Э.Г., Долгополов П.И., Гутникова Р.И., Долгополов А.П. Сорбция соединений железа на слабоосновных анионитах. // Энергосбережение и водоподготовка. 2005, № 6. С. 11-17.

64. Хорошилов A.B. Остаточные концентрации двух-и трёхвалентного железа в воде при обработке его щелочными реагентами. // Энергосбережение и водоподготовка. 2003, № 4. С. 30-34.

65. Гребенюк В.Д., Мазо A.A. Обессоливание воды ионитами. М.: Химия, 1980.-256 с.

66. Фейзиев Г.К. Высокоэффективные методы умягчения, опреснения и обессоливания воды. -М.: Энергоатом-издат, 1988. 192 с.

67. Гаврилов В.Н., Окунь Я.З., Станчик И .Я., Привалов H.A. Эксплуатация установки химического обессоливания с сокращенными расходами реагентов. // Электрические станции. 1993, № 8. С. 35-37.

68. Громов C.JI. Выбор анионита для эффективного удаления органических примесей из природной воды. // Энергосбережение и водоподготовка. 2003, № 1. С. 41-43.

69. Ларин Б.М., Виноградов В.Н., Ларин А.Б. и др. Исследование импортных ионитов для обработки природных вод с повышенным содержанием органических примесей. // Теплоэнергетика. 2006, №8. С. 10-13.

70. Очков В.Ф., Пильщиков А.П., Чудова Ю.В. Открытые расчеты по ионитам. // Энергосбережение и водоподготовка. 2006, № 1. С. 15-17.

71. Громов С.Л. Критические параметры обратного осмоса и противоточного ионного обмена. // Энергосбережение и водоподготовка. 2004, № 5. С. 13-14.

72. Озерова С.Л. Прогноз-расчет подбора ионитов для схем полного химического обессоливания. // Энергосбережение и водоподготовка. 2006, № 1.С. 12-14.

73. Бушуев E.H., Гостьков B.B. Контроль качества ионитов для обессоливания природной воды. // Энергосбережение и водоподготовка. 2008, № 3. С. 2-7.

74. Стандарт организации. Основные требования к применению ионитов на водоподготовительных установках тепловых электростанций. Технологические рекомендации по диагностике их качества и выбору. СТО ВТИ 37.002-2005. - М.: ОАО «ВТИ», 2006.

75. Солодянникова Ю.В., Васильев В.В., Цабилев О.В., Киселев Ю.С. Снижение отходов при производстве химически очищенной и обессоленной воды. // Энергосбережение и водоподготовка. 2010, № 4. С. 8-12.

76. Мазаев В.Т., Шелепина Т.Г., Мандрыгин В.И. Контроль качества питьевой воды. -М.: Колос, 1999. 168 с.

77. Юрчевский Е.Б., Цырульников Д.Л., Карелин Ф.Н. Совершенствование экологических характеристик водоподготовительного оборудования. // Тяжелое машиностроение. 1990, № 9. С. 27-30.

78. Хапонен H.A., Кокошкин Л.К., Александров Л.К. Организация представительного контроля содержания растворенного кислорода в аэрированной воде промышленных энергетических установок. // Энергосбережение и водоподготовка. 2004, № 4. С. 18-20.

79. Хванг С.Т., Каммермеер К. Мембранные процессы разделения. М.: Химия, 1981.-464 с.

80. Брок Т. Мембранная фильтрация. М.: Мир, 1987. - 464 с.

81. Дытнерский Ю.И. Обратный осмос и ультрафильтрация. М.: Химия, 1978.-352 с.

82. Карелин Ф.Н. Обессоливание воды обратным осмосом. М.: Стройиздат, 1988.-208 с.

83. Кременевская Е.А. Мембранная технология обессоливания воды. М.: Энергоатомиздат, 1994. - 158 с.

84. Дытнерский Ю.И. Баромембранные процессы. Теория и расчет. М.: Химия, 1986.-272 с.

85. Wijmans J.G., Baker R.W. The solution-diffusion model: a review. // J.Memr. Sci. 1995, No. 107, pp. 1-21.

86. Rangarajan R., Majid M.A., Matsuura T., Sourirajan S. Predictability of membrane performance for mixed-solute reverse osmosis systems.4.System: cellulose acetate-nine seawaters ions-water. // Ind. Eng. Chem. Pro. Des. Dev. 1985, No. 24, p. 977.

87. Брык M.T., Цапкж E.A., Твердый A.A. Мембранная технология в промышленности. Киев: Тэхника, 1990. - 247 с.

88. Слесаренко В.В., Лебедь Д.В., Андреев Л.Е. К определению характеристик обратноосмотической установки. // Энергосбережение и водоподготовка. 2007, № 3. С. 10-12.

89. Taniguchi M., Kimura S. Estimation of transport parameters of RO membrane for seawater desalination. //AIChE J. 2000, v 46, No. 10, pp. 1967-1973.

90. Sourirajan S. Reverse osmosis. Academic Press., N.I., 1970. - p. 360.

91. Rautenbach R. and Albrecht R. Membrane Processes. N.Y.: John Wiley, 1989.-p. 387.

92. Николаев Н.И. Диффузия в мембранах. M.: Химия, 1980. - 232 с.

93. Mukherjee P., SenGupta A.K. Some observations about electrolyte permeation mechanism through reverse osmosis and nanofiltration membranes. // J.Memr. Sci. 2006, No. 278, pp. 1-21.

94. Reusch C.F., Cussler E.L. Selective membrane transport. // AIChE J. 1973, No. 19, pp. 4-11.

95. Мулдер М. Введение в мембранную технологию. М.: Мир, 1999. -513 с.

96. Koros W.J., Fleming G.K., Jordan S.M., Kim Т.Н., Hoehn H.H. Polymeric membrane materials for solution-diffusion-based permeation separations. // Prog. Polym. Sci. 1988, No. 13, pp. 339-401.

97. PCI Membranes / www.pcimem.com<http://www.pcimem.com>.

98. Дубяга В.П., Перепечкин Л.П., Каталевский Е.Е. Полимерные мембраны. -М.: Химия, 1981.-231 с.

99. Орлов Н.С. Методология разработки комплексных систем очистки жидких технологических сред на основе баромембранных процессов.: Дисс. докт. техн. наук. М., РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2000 - 405 с.

100. Слесаренко В.В., Андреев JI.E. Особенности применения мембранных технологий водоподготовки на ТЭС Дальневосточного региона. // Энергосбережение и водоподготовка. 2006, № 5. С. 18-20.

101. Первов А.Г., Павлов Ю.В., Жабин Г.Г. Новейшие технологии подготовки воды в централизованном водоснабжении на основе мембран. //Водоснабжение, трубы, арматура. 2003, № 1. С. 5-8.

102. Обратный осмос и ионный обмен. М.: Экология производства №1 (2), 2006.

103. Kamalesh К. S., Goruganthu Н. R. Short cut design methods for reverse osmosis separation with tubular modules. // Desalination. 1983, V. 48, Issue l,pp. 25-42.

104. Nordin A.K., Jonsson A. Optimisation of membrane area and energy requirement in tubular membrane modules. // Desalination. 2006, V. 199, NN. 1-3, pp. 94-95.

105. Первов А.Г., Юрчевский Е.Б. Использование мембранных технологий в системах водоподготовки энергетических объектов. // Энергосбережение и водоподготовка. 2005, № 5. С. 10-14.

106. Первов А.Г., Кондратьев В.В., Спицов Д.В. Новые тенденции в применении мембранных технологий для водоподготовки. // Энергосбережение и водоподготовка. 2007, № 6. С. 6-8.

107. Parekh B.S. Reverse Osmosis Technology: Applications for High-purity-water Production. Marcel-Dekker, N.Y., 1988.

108. Kim Y.M., Kim S.J., Kim Y.S., Lee S., Kim L.S., Kim J.H. Overview of systems engineering approaches for a large scale seawater desalination plant with a reverse osmosis network. // Desalination, Volume 238, Issues 1-3, March 2009, pp. 312-332.

109. Кафаров B.B., Глебов М.Б. Математическое моделирование основных процессов химических производств. М.: Высшая школа, 1991. - 400 с.

110. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию, под ред. Дытнерского Ю.И. М.: Химия, 1983.272 с.

111. Черкасский В.М. Насосы, вентиляторы, компрессоры. М.: Энергия, 1977.-424 с.

112. ГОСТ 15518-87. Аппараты теплообменные пластинчатые. Типы, параметры и основные размеры.