Размещено на http://www.allbest.ru/

Харківський державний технічний університет будівництва та архітектури

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Удосконалена технологія підготовки й знезаражування питної води для малих об'єктів водопостачання

05.23.04 - водопостачання, каналізація

Нечитайло Микола Петрович

Харків 2006

Загальна характеристика роботи

технологія підготовка знезаражування вода

Актуальність теми. Вирішення питання підготовки питної води високої якості, що відповідає світовим і європейським стандартам, у значній мірі визначається якістю води у поверхневих водних об'єктах, яка з роками має стійку тенденцію до погіршення. Це стосується як України, так і Росії, а також інших країн СНД. Таке становище є слідством скидання у водні об'єкти недостатньо очищених, а в багатьох випадках і зовсім неочищених господарсько-побутових, промислових, поверхнево-зливових і талих стічних вод.

В Україні проблема охорони водних ресурсів і водопідготовки з плином часу не тільки не знижує свою актуальність, але й набуває все більшу гостроту. Пряма залежність ефективності водопідготовки від рівня забруднення джерел водопостачання потребує удосконалення технології очистки води для питних потреб. Знезаражування води застосовують з метою знищення патогенних бактерій. Зазвичай воно досягається шляхом хлорування води. Хлорування є найбільш поширеним, а іноді й поодиноким процесом, який використовується в нашій країні для знезаражування й окислення органічних речовин, що знаходяться у воді. Незважаючи на те, що метод хлорування достатньо ефективний, він має низку відомих недоліків. У сучасних умовах високого забруднення води органічними сполуками при використанні хлору утворюються тригалогенметани (хлороформ, дибромхлорметан, тетрахлорвуглерод) та інші вторинні продукти окислення, які мають мутагенні та канцерогенні властивості.

Одним зі шляхів поліпшення якості питної води є розробка безреагентних технологій поліпшення якості води. Оцінка сучасного стану проблеми обробки води, призначеної для питних цілей, показала, що в теперішній час у сформованій еколого-економічній обстановці, яка склалася в Україні, перспективними методами знезаражування є технології, які базуються на застосуванні електричної енергії.

Окреслена вище низка питань свідчить про своєчасність і актуальність зусиль, спрямованих на розвиток техніки і технології підготовки й знезаражування питної води, яку споживає населення України. Зокрема це стосується використання електрогідравлічної технології знезаражування та підготовки природної води.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційну роботу виконано відповідно до постанови Кабінету Міністрів України від 17 листопада 1997 року № 1269 “Про програму розвитку водопровідно-каналізаційного господарства”, а також згідно плану науково-дослідних робіт Придніпровської державної академії будівництва й архітектури відповідно до теми “Наукове дослідження надійності систем і споруджень водопостачання й розробка сучасних технологій очищення природних і стічних вод”, номер державної реєстрації 0103U005779.

Мета дослідження. Метою дисертаційної роботи є удосконалення технології підготовки й знезаражування питної води за допомогою електрогідравлічної технології для малих об'єктів водопостачання.

Задачі дослідження. Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити наступні задачі:

- обґрунтування доцільності застосування електрогідравлічної технології для обробки та знезаражування води;

- розробити конструкції, створити й налагодити роботу лабораторної установки для проведення досліджень з обробки води та надати оцінку впливу електрогідравлічної технології на процес знезаражування і хімічні сполуки питної води;

- дослідити фізичні та хімічні процеси, що відбуваються при знезаражуванні й обробці води електрогідравлічним методом;

- встановити закономірності процесу знезаражування води електричним розрядом;

- виконати техніко-економічне обґрунтування запропонованої технології для обробки та знезаражування води й розробити рекомендації для використання результатів дослідження в практиці водопостачання.

Об'єкт дослідження - технологія підготовки й знезаражування питної води електрогідравлічним методом.

Предмет дослідження - удосконалена технологія підготовки й знезаражування води з поверхневих джерел для питних цілей населення в системах водопостачання малих об'єктів.

Методи дослідження - застосовували методи фізичного й математичного моделювання та статистичного аналізу. Дослідження проводили на лабораторній установці. Для дослідження використовували сучасні методи планування експерименту, зокрема застосовували метод двофакторного експерименту.

Ступінь обробки та знезаражування води контролювали на відповідність санітарно-гігієнічним нормам за загальним мікробним числом (ЗМЧ) в одному см³, кількістю бактерій групи кишкової палички в одному дм³ води (БГКП), органолептичними, хімічними показниками та колоїдним індексом (SDI).

Наукова новизна отриманих результатів:

- досліджено механізм дії та режими електрогідравлічного способу в процесі обробки та знезаражування води для санітарно-гігієнічних цілей, а також встановлено межі застосування способу;

- експериментально отримано дані, які свідчать, що при різному ступені бактеріологічного забруднення води питома витрата енергії для одержання знезаражуючого ефекту не змінюється. Ефект знезаражування перевищує 99,9 %;

- визначено баланс і розподіл питомих витрат енергії на знезаражування й обробку води за допомогою електрогідравлічної технології;

- запропоновано математичну модель розподілу загальної електричної енергії системи, що складається з енергії електричних втрат та плазмових процесів, яка в свою чергу, витрачається на створення електрогідравлічної енергії плазми, котра обумовлює проходження процесів обробки води;

- визначено, що одним з головних факторів, який обумовлює обробку й знезаражування води, є енергія електролізу води - електрохімічна енергія.

Практичне значення отриманих результатів:

- розроблено безреагентну технологію первинної обробки природних вод, яку доцільно застосовувати замість хлорної технології, що дозволить уникнути утворення в питній воді хлорорганічних речовин;

- встановлено, що енергетичні витрати при знезаражуванні води електрогідравлічним способом залежать від відстані між електродами;

- розроблено проект пересувної установки для знезаражування води в польових умовах;

- технічні рішення використані при проектуванні споруд обробки природної води, котрі розроблені проектним відділом ООО „Рапід-інжінірінг”, а також втілені у цикл підготовки води для зворотно осмотичного апарату.

Особистий внесок автора. Основні наукові ідеї й положення теоретичних і експериментальних досліджень розроблено і сформульовано автором особисто. Розроблено конструкцію апарату для електрогідравлічної обробки води і виконано дослідження на лабораторній установці. Здійснено монтаж та наладку експериментальних стендів й установок, а також розроблено методику проведення досліджень і обробки експериментального матеріалу. Визначено механізм впливу електрогідравлічної обробки на процеси деструкції органічних речовин і знезаражування води для питних цілей; запропоновано математичну модель розподілу загальної електричної енергії системи, що складається з енергії плазмових і електричних втрат, які спрямовані на створення електрогідравлічної енергії плазми. Визначено, що одним з головних факторів, які обумовлюють обробку й знезаражування води, є енергія електролізу води (електрохімічна енергія); визначено баланс і розподіл питомих витрат енергії на знезаражування й обробку води за допомогою електрогідравлічної технології.

У роботах, які опубліковані у співавторстві, особистий внесок автора полягає у наступному. В роботі [1] автором виконано обґрунтування доцільності використання електрогідравлічної технології для обробки і знезаражування води та окреслено коло питань які необхідно вирішити при дослідженнях. У роботах [5, 6] автором виконано дослідження механізму дії електрогідравлічного впливу на процеси, які мають місто в воді, що обробляється, та запропоновано технологію знезаражування питної води за допомогою електрогідравлічного методу. В [7] автором запропоновано технологію обробки води, обґрунтовано схему лабораторної установки та методику експерименту. У роботі [8] автором виконано обґрунтування доцільності використання електрогідравлічної технології для обробки і знезаражування води з поверхневих джерел для питних цілей. У роботі [9] автором запропоновано нові елементи конструкцій і систем, які покладено в основу винаходу. У роботі [10] автором запропонована нова технологічна схема обробки води, яку покладено в основу винаходу.

Апробація роботи. Основні результати, отримані в ході дисертаційної роботи, доповідалися на Міжнародній науково-практичній конференції “Проблеми й перспективи очищення й повторного використання води”, м. Харків, 2000 р.; Міжнародній науково-практичній конференції “Нетрадиційні джерела, що відновлюються, енергії як альтернатива первинним джерелам енергії в регіоні”, м. Львів, 2001 р.; Міжнародній конференції “Стародубовские чтения” “Будівництво, матеріалознавство, машинобудування”, м. Дніпропетровськ, 2002-2006 рр.; ІV Міжнародному симпозіумі “Безпека життєдіяльності в ХХІ столітті”, м. Дніпропетровськ, 2004 р.; VII Міжнародній науково-практичній конференції “Вода: проблеми та рішення” м. Дніпропетровськ, 2004 р.; Міжнародній науково-практичній конференції “Сучасні проблеми охорони навколишнього середовища, раціональне використання водних ресурсів й очищення природних і стічних вод”, м. Миргород, 2004 - 2005 рр.; 60-ій науково-технічній конференції Харківського державного технічного університету будівництва та архітектури м. Харків, 2005 р.

Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано вісім робіт, у тому числі п'ять у фахових виданнях, три статті опубліковано без співавторів. Отримано два патенти України на винаходи.

Структура й обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається із вступу, п'яти розділів, загальних висновків, списку використаних джерел з 179 найменувань на 17 сторінках, 7 додатків на 24 сторінках. Повний її обсяг - 171 сторінка, з них основний текст - 147 сторінок. Робота містить 6 таблиць, 20 рисунків (з них 2 таблиці та 8 рисунків на 9 окремих сторінках).

Основний зміст роботи

Таблиця 4. Залежність величини електрохімічної енергії (Дж) _Еел.х=ax²+bx-c, x-значення напруги (В)

У четвертому розділі розглянуто питання впливу електрогідравлічного методу на водне середовище відповідно класифікації Кульского Л.А. про фазово-дисперсний стан забруднень. Результати зміни фізико-хімічного складу води наведено у табл. 5.

Таблиця 5. Змінення хімічного складу води при електрогідравлічній обробці

У дисертації описано механізм впливу на воду електрогідравлічних процесів, які були розділені на три основні періоди.

Спочатку (перший період) відбувається електрогідравлічний електроліз, пов'язаний із пробоєм міжелектродного проміжку. Другий період характеризується утворенням плазмового містка між позитивним і негативним електродами. Процес електролізу водяного середовища не відбувається, оскільки парогазова сорочка плазми є ізолятором і струми в зовнішнє середовище не проникають. У середині парогазової оболонки відбуваються процеси, пов'язані з іонізацією водяного середовища. Поза каналом розряду збільшується тиск. Третій період - закінчення роботи електричних струмів. Відбувається вичерпання енергії, накопиченої в конденсаторних батареях, унаслідок чого різко знижується температура плазмового шнура і сповільнюються, а потім і цілком припиняються процеси, пов'язані з іонізацією. У середині плазмового каналу різко зменшується тиск у порівнянні з тиском води в резервуарі і відбуваються кавітаційні процеси. При схлопуванні кавітаційного кільця гази, що утворилися під дією високої температури плазмового шнура, рівномірно розсіюються по всьому об'єму рідини.

До першої групи фазово-дисперсного стану належать мікроорганізми. Вплив на мікроорганізми доведено експериментально.

До другої групи домішок відносяться колоїдні речовини. Вплив на цю групу речовин пов'язаний з плазмовими процесами розчинення матеріалу електрода. При електрогідравлічному процесі з електрода зриваються іони. В експериментах по електрогідравлічному знезаражуванню застосовувалися сталеві електродні пари. При іонізації оголовків електродів у плазмовому шнурі з'являлися іони Fe⁺², Fe⁺³, що з гідроксильною групою ОН^- утворювали в кінцевому рахунку гідроксид заліза. У воді при електрогідравлічному впливі відбуваються процеси коагуляції.

До третьої групи належать молекулярні забруднення. Вплив електрогідравлічної обробки на склад і стан розчинених газів, що знаходяться у воді, призводить до наступних процесів.

Спочатку рідина насичена розчиненими газами рівномірно. Однак під впливом електрогідравлічної обробки проходить зміна термодинамічного стану газів, що знаходяться в оброблюваній воді. Ці зміни підкоряються першому і другому законам термодинаміки. Вплив електричного розряду призводить до різкого підвищення тиску в ємності реактора, в результаті чого гази стискуються і стають ще більш перегрітими. Вони переходять з розчиненого стану в нерозчинений. Через якийсь час після проходження стримера стиснуті гази, унаслідок своєї меншої щільності в порівнянні з рідкою фазою, збираються у верхній частині корпуса реактора і можуть бути легко вилучені.

До четвертої групи відносяться іонні розчини (солі, основи, кислоти), що обумовлюють загальну мінералізацію води, її рН та інші властивості.

У процесі проходження електрогідравлічних реакцій у воді утворяться такі сильні окислювачі, як озон і пероксид водню. Пероксид водню утворюється також при проміжних плазмових процесах, пов'язаних зі згорянням водню. Однак слід зазначити, що через високу температуру плазми може відбуватися миттєве розкладання пероксиду водню на водень і кисень.

При проходженні плазми у воді протікають процеси, пов'язані з утворенням молекулярного й атомарного кисню, що під впливом плазмових процесів перетворюється в озон. Одночасно можливе утворення також вільних радикалів Н^*, ОН^*, ОН₂^* і інших, котрі є високо реакційноздатними і також можуть впливати на бактеріальну мікрофлору.

З даних табл. 5 видно, що зменшення кількості хлоридів у воді змінилось на 1-2 мг/дм³, що свідчить про утворення газоподібного хлору. Хлор, що утворився, робить додатковий бактерицидний вплив на воду.

В обробленій воді (табл. 5) цілком був відсутній амонійний азот, що пояснюється можливим протіканням наступних окислювально-відновних реакцій:

2NH₄⁺ - 6e > N₂ + 8 H⁺,

При цьому електрохімічному перетворенню можуть піддаватися також і нітрит - іони:

NO₂^- +H₂O₂ > NO₃^- + Н₂О,

NO₂^- + 2 OH^- + 2e > NO₃^- + Н₂О .

Істотно, майже в три рази, знижується вміст нітрат-іонів у воді, що пояснюється їхнім електровідновленням, котре приводить до утворення летючих з'єднань азоту і до зниження загального вмісту азоту:

NO₃^- + 2 Н₂О + 3e > NO^ + 4 OH^-.

Процес обробки та знезаражування води обумовлений сполученням фізичних і хімічних факторів. З описаного вище видно, що під час першого періоду утворення плазми проходять хімічні реакції електролізу з утворенням окислювачів, під час другого періоду дії плазми відбувається перехід газів з розчиненого стану в нерозчинений. Дія окислювачів, що утворилися, підсилюється різким підвищенням тиску.

У п'ятому розділі приведені розробки по технічним рішенням, які спрямовано на використання електрогідравлічного способу обробки та знезаражування питної води, і розглянута техніко-економічна ефективність застосування способу.

На основі результатів експериментальних досліджень отримані необхідні для знезаражування при промисловому виробництві енерговитрати, що складають 0,17 від. од. Інші найбільш розповсюджені методи є неконкурентоспроможними через високу вартість, а також наявності обмежень по застосуванню. У розділі наведено опис резервуара-реактора, який розроблено для промислових систем обробки та знезаражування питної води, двоцільової системи водопостачання і розробка автономної установки для знезаражування води.

Для промислового застосування способу електрогідравлічної обробки пропонується схема водопідготовки, яка приведена на рис. 5.

Первинна обробка води здійснюється електрогідравлічним методом., після чого вода обробляється за стандартною схемою. Знезаражування робиться озоном, що утворився в результаті пробою комутуючого повітряного проміжку електрогідравлічного блоку. Для цього вода поділяється на два потоки, кожний знезаражується своїм реагентом. Після чого воду змішують і забезпечують залишкову концентрацію хлору 0,5 мг/дм³. Така схема обробки води дозволить попередити утворення ТГМ.

У роботі виконано техніко-економічне порівняння електрогідравлічного та хлорного методу обробки води. ТГМ, що утворилися під час хлорування, пропонується видаляти за допомогою фільтрування через шар активованого вугілля для доведення води до питної якості відповідно до нормативів. Порівняння методів показало, що хлорна двоступінчаста обробка за умови видалення ТГМ дорожча в 4,24-4,8 рази, чим запропонована в роботі.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 5. Технологічна схема приготування питної води з використанням електрогідравлічного способу: 1-водоприймальний колодязь; 2-насосна станція першого підйому; 3-резервуар-реактор; 4-електрогідравлічний блок; 5-відстійник; 6-фільтр; 7-резервуар чистої води; К - коагулянт; Ф - флокулянт; Cl₂ - хлор; О₃ - озон; Q - загальний потік води; Q₁ - потік води, що подається на озонування; Q₂ - потік води, що поступає на хлорування

Також розроблена пересувна система водопідготовки для використання в польових умовах і умовах надзвичайних ситуацій. Основною перевагою установки є те, що для цілей водопостачання можливо використовувати будь-яке прісне водоймище. Установка монтується на автомобільне шасі й містить у собі резервуари - реактори, електророзрядний блок, автономну електростанцію, пристрої для забору води. Результати дослідження, отримані на експериментальній установці по електрогідравлічному знезаражуванню природних вод, використовувалися при виготовленні технічного завдання для проектування пересувної установки за замовленням БМП - 397, Новомосковського міськводоканалу і підприємства "Ямалгазбуд", а також для виробничих потреб ООО „Рапід-інжінірінг”.

Висновки

1. Найбільш розповсюджений спосіб первинної обробки та знезаражування питної води на території України є хлорування, котре має низку недоліків, пов'язаних з утворенням хлорорганічних сполук. Таким чином, необхідний пошук та розробка нових рішень питання первинної обробки та знезаражування води, котрі забезпечували технологічні та санітарно-гігієнічні вимоги.

2. Досліджено та розроблено технологічну схему обробки та знезаражування природних вод безреагентним методом шляхом використання електрогідравлічного способу. Цей метод дозволяє запобігти утворенню хлорорганічних з'єднань.

3. Ефективність знезаражування води електрогідравлічним способом, що становить більш ніж 99,9 %. При електрогідравлічному способі знезаражування питної води підведена енергія перетворюється в інші види енергії, з яких основну бактерицидну дію обумовлюють електрохімічна, гідравлічна й акустична.

4. Питома енергія, що вимагається для знезаражування води, становить 890,9 Дж/дм³. При різному ступені бактеріологічного забруднення вихідної води питома витрата енергії для одержання знезаражуючого ефекту не змінюється.

5. Встановлено границі бактерицидного впливу способу на воду , що знезаражується. Повне знищення мікроорганізмів відбувається при питомій витраті акустичної Е_ак = 125,1 Дж/дм³; гідравлічної Е_гідр = 107,76 Дж/дм³ та електрохімічної енергій Е_ел.х. = 278,25 Дж/дм³.

6. Встановлено, що очищення води при електрогідравлічному впливі здійснюється по всіх чотирьох групах фазово-дисперсних забруднень води відповідно до класифікації Л.А. Кульского. Метод електрогідравлічного знезаражування води може бути успішно застосований на водах з високим змістом азотистих з'єднань для їхньої денітрифікації без утворення побічних продуктів.

7. Розроблено математичну модель розрахунку енергетичних складових процесу знезаражування. Отримано діаграми й залежності для енергій, що спричиняють бактерицидний ефект, та проаналізовано механізм впливу енергетичних чинників на процес обробки та знезаражування природної води.

8. Вироблено рекомендації з розрахунку й вибору основних технологічних параметрів електрогідравлічних установок. Рекомендовано схеми обробки природних вод для насосно-фільтрувальних станцій, локальних двоцільових систем, а також пересувних станцій знезаражування води в польових умовах.

9. Результати роботи використано при проектуванні насосно-фільтрувальної станції на р. Самарчук потужністю водозабору 30 м³/доб., та при складенні технічного завдання для проектування пересувної установки на замовлення БМП - 397, Новомосковського міськводоканалу і підприємства "Ямалгазбуд". Виготовлено і впроваджено дослідно-промислову установку комплексу підготовки води перед зворотньо-осмотичним апаратом потужністю 3 м³/год підприємством „Рапід інжиніринг” для власних потреб.

10. Виконано техніко-економічне зіставлення основних методів знезаражування. Доведено, що по співвідношенню факторів надійність - безпека - енерговитрати електрогідравлічний метод є найбільш перспективним. Енерговитрати при промисловому застосуванні електрогідравлічного знезаражування складуть 0,17 квт•год/м³.

11. Зроблене техніко-економічне обґрунтування застосування електрогідравлічного способу обробки поверхневих вод на насосно-фільтрувальних станціях замість хлорного двухступінчатого. Отримані результати свідчать про те, що витрати на обробку води електрогідравлічним методом менші в 4,24-4,8 рази.

Список публікацій за темою дисертації

1. Нечитайло Н.П., Старишко А.Н., Рожко В.Ф. Постановка задачи об исследовании физико-химических процессов электроискровой обработки воды // Строительство, материаловедение, машиностроение. Вып. 15, ч.2 - Днепропетровск: ПГАСА, 2002. - С. 67-69.

2. Нечитайло Н.П. Математическая модель распределения энергии при электрогидравлической обработке воды // Науковий вісник будівництва. Вип. 31 - Харків: ХДТУБА, ХОТВ, АБУ - 2005 - С. 133-139.

3. Нечитайло Н.П. Применение электрогидроимпульсного метода для обработки воды // Науковій вісник будівництва. Вип. 32 - Харків: ХДТУБА, ХОТВ, АБУ - 2005 - С. 157-160.

4. Нечитайло Н.П. Экспериментальные исследования электрогидравлических процессов обеззараживания воды // Безопасность жизнедеятельности в XXI веке. - 2004. - январь. - С. 94-95.

5. Рожко В.Ф., Вдовкина Г.Г., Нечитайло Н.П. Анализ химических процессов, протекающих при электроимпульсном обеззараживании воды // Вода: проблемы и решения - Днепропетровск.: Гамалія. - 2004. - С. 50-53.

6. Рожко В.Ф., Игнашкин И.С., Орлова-Нагорная Е.К., Нечитайло Н.П. Альтернативные технологии очистки воды // Коммунальное хозяйство городов. Вып. 27 - Киев: Техніка.-2001.- С. 110-116.

7. Рожко В.Ф., Нечитайло Н.П. Применение спаркинг-процессов в технологии обеззараживания воды // Строительство, материаловедение, машиностроение. Вып. 16 - Днепропетровск: ПГАСА, 2002. - С. 20-25.

8. Rozhko V.F., Nаgоrnaya Е.К., Nеchitаjlо N.P. /Energy-saving at processing natural, savage waters and their deposits // Нетрадиційні та поновлювальні джерела енергії в регіоні - Львів.: Політехніка. - 2001. - С. 305-307.

9. Пат. 51088 А Україна, C02F1/48. Пристрій для знезараження води / Рожко В.Ф., Нечитайло М.П., Ігнашкін І.С., Запорожець О.І. Старишко А.М. Придніпровська державна академія будівництва та архітектури. - № 2001129126; Заявл. 27.12.2001; Опубл. 15.11.2002 Бюл. №11. - 2 с.

10. Пат. 54095 А Україна, Е03В7/04. Система водопостачання / Рожко В.Ф., Нечитайло М.П., Ігнашкін І.С., Старишко А.М. Придніпровська державна академія будівництва та архітектури. - № 202053832; Заявл. 10.05.2002; Опубл. 17.02.2003 Бюл. №2. - 2 с.

Анотація

Нечитайло Н.П. “Удосконалена технологія підготовки й знезаражування питної води для малих об'єктів водопостачання”. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.04 - Водопостачання, каналізація. - Харківський державний технічний університет будівництва й архітектури, Харків, 2006.

Дисертація присвячена теоретичним, експериментальним дослідженням й розробці нової високоефективної технології безреагентної обробки й знезаражування питної води.

У роботі розвивається напрямок - обробка природної води за допомогою електричного розряду - електрогідравлічним впливом. У дисертації розглянуті питання, пов'язані з бактеріологічним і фізико-хімічним впливом на воду, що знезаражується.

Експериментально доведена ефективність знезаражування води електрогідравлічним способом, що становить 99,99%.

Очищення води при електрогідравлічному впливі здійснюється по всіх чотирьох групах фазово-дисперсних забруднень, зазначених у класифікації Кульского Л.А.

У дисертації було розроблено математичну модель. Результати, отримані при розрахунку математичної моделі, підтвердили експериментальні дані. Розроблена математична модель дозволяє розраховувати всі енергетичні складові електрогідравлічного процесу.

Запропоновані конструктивні рішення свідчать про можливості застосування технології електрогідравлічної обробки як у стаціонарних умовах на насосно-фільтрувальних станціях, так і для знезаражування й обробки води в автономних установках у польових умовах.

Енерговитрати при промисловому застосуванні електрогідравлічного знезаражування складуть 0,17 кВт год/м³. Вироблено рекомендації з розрахунку й вибору основних технологічних параметрів електрогідравлічних установок. Рекомендовано схеми обробки природних вод для насосно-фільтрувальних станцій.

Ключові слова: обробка води, знезаражування, електрогідравлічний ефект, електрохімічна енергія, коагуляція, енерговитрати, парогазова сорочка, електроди, електроліз.

Аннотация

Нечитайло Н.П. “Усовершенствованная технология подготовки и обеззараживания питьевой воды для малых объектов водоснабжения”. - Рукопись. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.04 - Водоснабжение, канализация. - Харьковский государственный технический университет строительства и архитектуры, Харьков, 2006.

Диссертация посвящена теоретическим, экспериментальным исследованиям и разработке новой высокоэффективной технологии безреагентной обработки и обеззараживания питьевой воды.

В работе развивается направление - обработка природной воды при помощи электрического разряда - электрогидравлическим воздействием. В диссертации рассмотрены вопросы, связанные с бактериологическим и физико-химическим воздействием на обеззараживаемую воду.

Опираясь на анализ существующих технологий обработки и обеззараживания воды, были сделаны выводы о перспективности развития электрогидравлического метода. Для обоснования целесообразности применения и дальнейшей разработки данного метода были проведены экспериментальные исследования по химическому и бактериологическому воздействию на обрабатываемую воду. Экспериментальные исследования показали высокую надежность метода.

Экспериментально доказана эффективность обеззараживания воды электрогидравлическим способом, которая составляет 99,99%. Удельная энергия, требующаяся для бактериологического обеззараживания воды, составляет 890,9 Дж/л. При различной степени бактериологического загрязнения воды удельный расход энергии для получения обеззараживающего эффекта не изменяется.

Очистка воды при электрогидравлическом воздействии осуществляется по всем четырем группам фазово-дисперсных загрязнений, указанным в классификации Кульского Л.А. Из полученных данных следует, что метод электрогидравлического обеззараживания воды может быть успешно применен на водах с высоким содержанием азотистых соединений для их денитрификации без образования побочных продуктов. В работе проведены эксперименты по коагулирующему эффекту и получена количественная оценка воздействия на коллоидные загрязнения. Процесс обеззараживания воды обусловлен сочетанием физических и химических факторов. В диссертации предложено деление процессов, происходящих при электрогидравлической обработке воды, на три периода. Из полученных данных видно, что во время первого периода образования плазмы проходят химические реакции электролиза с образованием окислителей, во время второго периода действия плазмы происходит переход газов из растворенного состояния в нерастворенное. Действие образовавшихся окислителей усиливается резким повышением давления. Процесс образования парогазовой рубашки за счет ионизации воды происходит с образованием радикалов и сильных окислителей в молекулярном и атомарном состоянии.

В диссертации была разработана математическая модель. Результаты, полученные при расчете математической модели, подтвердили экспериментальные данные.

Разработанная математическая модель позволяет рассчитывать все энергетические составляющие электрогидравлического процесса, которые необходимы для обеспечения эффекта обеззараживания воды. При расчете математической модели установлено, что увеличение расстояния между электродами приводит к увеличению энергии электролиза водного раствора - электрохимической.

В работе приведены основные технико-экономические показатели. Они позволяют сделать вывод о целесообразности применения электрогидравлической технологии в качестве метода обработки и обеззараживания питьевой воды.

Предложенные конструктивные решения свидетельствуют о возможности применения технологии электрогидравлической обработки как в стационарных условиях на насосно-фильтровальных станциях, так и для обеззараживания и обработки воды в автономных установках в полевых условиях.

При обработке вод поверхностных источников электрогидравлический метод является наименее ресурсоемким.

В работе доказано, что по соотношению факторов надежность - безопасность - энергозатраты электрогидравлический метод является наиболее перспективным. Энергозатраты при промышленном применении электрогидравлического обеззараживания составят 0,17 кВт•ч/м³.

Выработаны рекомендации по расчету и выбору основных технологических параметров электрогидравлических установок. Рекомендованы схемы обработки природных вод для насосно-фильтровальных станций, локальных двухцелевых систем, а также передвижных станций обеззараживания воды в полевых условиях.

Ключевые слова: обработка воды, обеззараживание, электрогидравлический эффект, электрохимическая энергия, коагуляция, энергозатраты, парогазовая рубашка, электроды, электролиз.

Summary

Nechitaylo N.P “Improvement preparation technology and disinfections of water for small objects water supply”. - Manuscript.

Ph.D. thesis on achievement candidate of technical science, speciality 05.23.04 - Water supply, sewerage system. - Kharkov State Technical University of Building and Architecture, Kharkov, 2006.

Ph. D. Thesis is dedicated the theory, experimental searching and development new high-performance technology non-reagent processing and drinking water disinfections.

In the task develops direction - water processing with help of electric discharge - electro hydraulics. The Ph.D. thesis requires discussing the question of bacteriological and physical-chemical influence on water, which is not polluted.

Water efficiency has been experimental proved by electro hydraulics, which forms 99, 99%.

Water treatment by electro hydraulics is making by four groups phase-dispersed pollution, marked by Kulskiy's classification.

In the Ph. D version has been designed mathematical model. Results which has been gotten during calculation mathematical model, proved these experimental data. Designed mathematical model allows calculating all kinds of power electro hydraulic processes.

Offered constructive decisions confirm of possibility using electro hydraulic processing technology as well as stationary conditions and pump-filter stations, and also for disinfection of water in the self-sufficient plants in field environment.

Energy costs with industrial using electro hydraulic processing are 0, 17 kWt h/m³. There is recommendation and selections the main technological factors electro hydraulic units. It's recommended drawings natural water processing for pump-filter stations.

Key words: water processing, disinfection, electro hydraulic effect, and electrochemical energy, coagulation, energy costs, electrodes, electrolysis, gas-vapor casing.

Размещено на Allbest.ru