Анализ эффективности керамических аэраторов при очистке сточных вод на базе туфов Армении

Исследование эффективности керамических аэраторов на базе армянского туфа с точки зрения массообменных характеристик и на основе лабораторных анализов, отобранных проб сточных вод в ходе аэрации. Технологические и экономические перспективы аэраторов.

Рубрика Производство и технологии
Вид статья
Язык русский
Дата добавления 19.05.2018
Размер файла 70,7 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Институт Государственного управления, Главный редактор - д.э.н., профессор К.А. Кирсанов права и инновационных технологий (ИГУПИТ) тел. для справок: +7 (925) 853-04-57 (с 1100 - до 1800) Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» №5 2013 Опубликовать статью в журнале - http://publ.naukovedenie.ru

Размещено на http://www.allbest.ru/

6

http://naukovedenie.ru 03ТРГСУ513

Институт Государственного управления, Главный редактор - д.э.н., профессор К.А. Кирсанов права и инновационных технологий (ИГУПИТ) тел. для справок: +7 (925) 853-04-57 (с 1100 - до 1800) Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» №5 2013 Опубликовать статью в журнале - http://publ.naukovedenie.ru

1

http://naukovedenie.ru 03ТРГСУ513

Ростовский государственный строительный университет

Анализ эффективности керамических аэраторов при очистке сточных вод на базе туфов Армении

Серпокрылов Николай Сергеевич, профессор

Смоляниченко Алла Сергеевна

Кандидат технических наук, ассистент

Петросян Гарегин Гагикович Аспирант

Аннотация

аэратор армянский туф сточный

Исследована эффективность керамических аэраторов на базе армянского туфа как с точки зрения массообменных характеристик, так и на основе лабораторных анализов, отобранных проб сточных вод в ходе аэрации. Установлено значительное снижение по основным показателям загрязнений, что свидетельствует о технологических и экономических перспективах данного типа аэраторов.

Ключевые слова: Армянский туф; свойства туфов; керамические аэраторы; мембранные аэраторы; коэффициент массопередачи; окислительная способность; КПД; эффективность аэрации; показатели по основным загрязнениям.

Abstract

We investigated the effectiveness of ceramic aerators on the basis of the Armenian tuff from the point of view of the mass-transfer characteristics as well as on the basis of laboratory analysis of the waste water samples in the aeration. We ascertained the significant reduction of pollution in major indicators. It testifies to the technological and economic prospects and advantages of this type of aerators.

Keywords: The Armenian tuff; properties of tuff; ceramic aerators; membrane aerators; mass-transfer coefficient; oxidative capacity; efficiency; effectiveness of aeration; the figures for the main pollutants.

Основная часть

Восемьдесят пять процентов запасов туфа на территории бывшего СССР сосредоточено в Армении [8]. В России известно Лечинкайское месторождение туфа, расположенное в Кабардино-Балкарской республике. Туфы известны тысячелетия как превосходный многопрофильный строительный материал. Но только в последние 10 -- 15 лет их начали использовать и в области очистки вод благодаря водостойкости и пористости. Достаточно широкое распространение за эти годы получили бытовые фильтры на базе фильтровальных элементов, изготовленных из туфа [9]. Возможность полного удаления коллоидов, содержащих тяжелые металлы, повышение вкусовых качеств, минимальные затраты на установку и эксплуатацию обуславливают преимущества использования бытовых фильтров из туфа для доочистки водопроводной воды. Имеется возможность многократной регенерации элементов. Известен также положительный опыт применения данных фильтров в пищевой промышленности, в производстве алкогольных и безалкогольных напитков и т. д. [10]. В то же время имеется перспектива расширения ареала использования физических и химических свойств туфа в водоочистных технологиях: в оборотных циклах промышленных предприятий, в практике разделения иловой смеси в аэротенках взамен вторичных отстойников и/или мембранных фильтров, в системах аэрации и т. п. В тех случаях, когда не требуется глубокое выделение загрязнений, например, взвешенных веществ, возможно применение фильтровальных элементов с большими размерами пор для снижения необходимого рабочего давления (табл. 1, 2). Однако данный вид материала можно использовать в очистке вод не только как фильтрационный, но и как аэрационный элемент.

Туф - это пористая порода вулканического происхождения, которая образуется вследствие цементирования рыхлых продуктов вулканических извержений [5].

Более половины химического состава данной горной породы образуется за счёт оксидов кремния (49-75 %) и алюминия (8-23 %). Помимо этого, в состав камня входят оксиды железа, магния, калия, натрия и других химических элементов в незначительных количествах, %: CaO - (1-7), Fe2O3 - (1,95-10,74), TiO2 - (0,05-1,2), MgO - (0,02-3,5), SO3 - (0,02-1,75), K2O+Na2O - (1-10), прочие - (0-18%).

Таблица 1

Характеристики фильтровальных элементов

Характеристики

Ед. изм.

Модель фильтровальных элемента

Т- 0,7

Т- 2,0

ТМ-2,0

1

Материал

туф

туф

туф + мрамор

2

Пористость

мк

0.7

2.0

2.0

3

Ресурс

л

15000/---*

45000 / 16000*

45000 / 16000*

4

Расход

л/ч

350/---*

950 / 600*

950 / 600*

5

Регенерация

до 3-х раз

до 3-х раз

до 3-х раз

8

Давление

бар

8.0

8.0

8.0

9

Размер, диам/высота

мм

70 / 248

70 / 248

70 / 248

10

Масса

гр

950

950

950

* - для исследуемых вод, обработанных сульфатом алюминия на территории Российской Федерации

Таблица 2

Показатели очистки вод с добавлением минеральных солей, мг/л

Показатель

Модель фильтровального элемента

Т- 0,7

Т- 2,0

ТМ- 2,0

до

после

до

после

до

после

1

Мутность

1.2

<0.5

1.2

<1.0

1.2

<1.0

2

Железо

6.25

0.4

6.25

1.6

3.0

1.4

3

Медь

4.5

0.2

4.5

1.3

4.5

2.1

4

Цинк

2.0

0.9

2.0

0.9

2.0

1.1

5

Свинец

0.042

0.01

0.042

0.02

0.042

0.02

6

Кадмий

0.015

0.006

0.015

0.009

0.015

0.01

Вулканический туф возник путем смешения жидкой лавы с частицами песка и вулканического пепла. Эта порода является пористой (пористость находится в пределах 21,346,6 %), образованной путем скрепления тем или иным путём обломочного материала. Физико-механические характеристики варьируются в зависимости от вида камня. Например, степень спекания, в зависимости от которой выделяют спёкшиеся и сцементированные разновидности, определяет параметр прочности. Плотность породы составляет 2400-2610 кг/м3; объёмный вес варьируется от 1370 до 2050 кг/м3. Степень водопоглощения по весу может достигать 23,3 %. Морозостойкость данного материала невелика - около 25 циклов замерзания-оттаивания. Коэффициент водонасыщения варьируется в пределах 0,57-0,86, коэффициент размягчения - 0,72-0,89. Предел прочности вулканической породы при сжатии составляет 13,3-56,4 МПа [5].

Существует также такая горная порода как туфолавы, которая занимает промежуточное положение между лавой и туфом. По мнению геологов, образование туфолавов произошло при быстром вспенивании лав, которое сопровождалось падением давления и связанным с ним дроблением вкрапленников и стекла без разрыва сплошности лавового потока [5]. Примером самого типичного туфолава является артикский туф, который встречается в Армении у станции Артик (близ Ленинакана). Этот туфолав представляет собой стекловатную пористую породу, плотность которой составляет 750-1400, пористость - 4070%, а предел прочности при сжатии его равен 8-19 МПа (табл.6). Кроме арктикского в Армении имеется еще 4 вида туфов: аниский, ереванский, фелзитский и бюраканской (табл.3).

Таблица 3

Физические свойства армянского туфa

Месторождение

Артикский

Аниский

Ереванский

Одномерный массив, кг/см3

1362,0

1348,0

1587,0

Истинная плотность, г/см3

2,44

2,23

2,4

Пористость,%

42,7

39,5

31,0

Водостойкость

15,6

10,7

7,8

Сжатие (сила), кг/см2

122,0

184,0

187,0

Традиционно на станциях аэрации в России десятилетиями применялись среднепузырчатые (фильтросные) аэраторы в виде труб и пластин из пористой проницаемой керамики, которые вошли в типовые проекты и до сих пор иногда используются при строительстве и реконструкции аэротенков [2].

Впервые аэраторы такого типа начали производиться в промышленном масштабе фирмой «Filtros», США в 1925 г. С тех пор за аэраторами из пористой проницаемой керамики закрепился термин фильтросные пластины, трубы (фильтросы). Эффективность аэрации фильтросов составляет 1,5 - 2,2 кг О2/кВт·ч, они достаточно просты и надежны в эксплуатации. Основными их недостатками являются достаточно высокое энергопотребление и попадание внутрь иловой смеси при отключении электроэнергии, что при ее включении приводит к гидроударам, разрушению отдельных труб (каналов) и необходимости последующего опорожнения аэротенка для восстановления аэрационной системы [1].

Указанные недостатки привели к разработке нового поколения менее энергоемких аэраторов. В России в основном - это выпускаемые отечественной промышленностью аэраторы («Экополимер», «Экотон» и их аналоги) с эффективностью аэрации 2,5 - 3,5 кгО2/кВт·ч. Также в России имеется достаточно длительный (5 - 7 лет) опыт использования зарубежных мембранных аэраторов, характеризующихся эффективностью 4,0 - 7,5 кгО2/кВт·ч [2].

В то же время (материалы доклада гл. инж. «Мосочиствод» на 3-их Яковлевских чтениях, 2008 г., г. Новочеркасск Ростовской обл.) двухлетний промышленный опыт применения мембранных аэраторов «Фортрикс» на одной из технологических линий Люберецкой станции аэрации с расходом 500 000 м3/сут показал, что мембраны снизили проницаемость на 35 - 45%, и при этом потери напора возросли с паспортных 0.3 - 0.4 м до 1.2 - 1.3 м. Восстановление проницаемости аэраторов проводится щавелевой кислотой 2 раза в год с опорожнением аэротенка, а это на 50 - 60% увеличивает эксплуатационные расходы. Эффективность аэрации снизилась с 3,5 - 4,0 кгО2/кВтч до 1,8 - 2,2 (При этом производитель аэраторов «Фортрикс» давал гарантию сохранения технических параметров 5 лет). Имеются аналогичные сравнительные данные двухлетнего мониторинга 2-х аэротенков (длина 120 м) очистных сооружениях сточных вод в Берлине (ФРГ), где также отмечается снижение массообменных характеристик мембранных и повышение их у керамических аэраторов [3].

В связи с этим возникает необходимость внедрения в водоочистную практику керамических аэраторов, которые не только показывают удовлетворительные технологические результаты, но также являются перспективными с экономической и экологической точки зрения.

Нами были проведены исследования на керамических аэраторах из армянского туфа артикского месторождения 3-х моделей: «высокий», оснащенный 3 штуцерами - 18х15х35(h), «низкий», оснащенный 1 штуцером - 18х15х30(h), «дисковый» d=160 мм - h=50 мм. Рабочая высота слоя аэратора, соответственно, мм: 40, 20, 30 (табл.4).

В качестве критериев эффективности аэрации рассмотрены: объемный коэффициент массопередачи кислорода kVT, ч-1, КПД, %, окислительная способность (ОС), кг/ч·м3 эффективность аэрации (ЭА) по производству растворенного в жидкости кислорода, кгО2/кВт•час. Исследования проведены по методике переменного дефицита кислорода на обескислороженной водопроводной воде с сульфитом натрия и катализатором (хлористым кобальтом) [4] на модели аэротенка с прозрачными стенками с высотой слоя воды 0,45 м.

Таблица 4

Массообменные характеристики керамических аэраторов из aрмянского туфa артикского месторождения

Аэратор

Расход, л/мин

Параметрические показатели аэраторов при расходах воздуха, м3/час и высоте слоя воды 0,45

м

kVT, ч-

1

КПД, %

окислительная

способность, кг/ч·м3

эффективность аэрации, кгО2/(кВт•ч)

"Низкий"

30

2,6

2,6

1,08

2,03

"Высокий"

15

2,06

16,0

0,28

0,52

"Дисковый"

15

1,78

12,1

0,17

0,32

Из полученных данных (табл. 4) следует, что керамические аэраторы из армянского туфа артикского месторождения характеризуются сравнительно невысокими массообменными показателями, однако если аэраторы из туфа рассматривать с экономической точки зрения, то они имеют значительное преимущество: стоимость 1м2 армянского туфа составляет приблизительно 300 руб., а, например, мембранные аэраторы REHAU имеют стоимость около 3000 руб. за погонный метр. В опытно - промышленных условиях на сточных водах Ереванской станции аэрации (Республика Армения) были проведены пилотные испытания, выборочные результаты свидетельствуют о довольно высокой эффективности работы аэрационных элементов (табл.5, рис.1). В песколовку был погружен керамический аэратор из армянского туфа артикского месторождения. При этом производился отбор проб сточной воды до аэрации и далее с аэрацией в течение 5 дней в установленное время.

Таблица 5

Концентрации по основным показателям загрязнений сточных вод до и после аэрации

N

Показатели

До аэраци и

После аэрации

Дср

13.09.201

2г.

14.09.201

2г.

15.09.201

2г.

16.09.201

2г.

17.09.201

2г.

1

ХПК

(мг/дм3)

702,0

160, 0

240,0

200,0

160,0

120,0

80,0

2

БПК5

(мг/дм3)

284,0

58,8 8

96,0

56,0

54,4

48,0

40,0

3

Прозрачно сть (см)

0,4

4,66

1,6

4,8

5,0

5,8

6,1

4

Взвещенние

вещества 3

317,0

59,4

92,0

73,0

54,0

41,0

37,0

5

(мг/дмСухой ) остаток

(мг/дм3)

680,0

464,

6

514,0

486,0

463,0

438,0

422,0

6

Прокаленн(50мл)

ой остаток

(мг/дм3)

423,0

332,

0

354,0

340,0

332,0

324,0

310,0

7

N-NH4+ (мг/дм3)

8,0

5,38

8,0

8,0

4,0

3,65

3,24

8

NO2-

(мг/дм3)

0,2

0,10 6

0,15

0,08

0,09

0,10

0,11

9

NO3-

(мг/дм3)

4,1

1,94

2,0

2,4

1,9

1,9

1,5

10

H2S (мг/дм3)

1,5

0,12

0,14

0,13

0,11

0,10

0,10

11

O2 (мг/дм3)

2,7

5,12

4,1

5,0

5,1

5,5

5,9

Институт Государственного управления, Главный редактор - д.э.н., профессор К.А. Кирсанов права и инновационных технологий (ИГУПИТ) тел. для справок: +7 (925) 853-04-57 (с 1100 - до 1800) Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» №5 2013 Опубликовать статью в журнале - http://publ.naukovedenie.ru

Размещено на http://www.allbest.ru/

6

http://naukovedenie.ru 03ТРГСУ513

Институт Государственного управления, Главный редактор - д.э.н., профессор К.А. Кирсанов права и инновационных технологий (ИГУПИТ) тел. для справок: +7 (925) 853-04-57 (с 1100 - до 1800) Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» №5 2013 Опубликовать статью в журнале - http://publ.naukovedenie.ru

1

http://naukovedenie.ru 03ТРГСУ513

ХПК,( мг/дм3)

БПК5 (мг/дм3)

Прозрачность, см

Взвешенные в-ва,

(мг/дм3)(100мл)

Сухой остаток (мг/дм3) (50мл)

Прокаленный остаток (мг/дм3)

N NH4+ (мг/дм3)

NO2- (мг/дм3)

NO3- (мг/дм3)

H2S (мг/дм3) О2 (мг/дм3)

Рис. 1 Опытные данные по основным показателям после аэрации сточных вод

Полученные результаты свидетельствуют о существенном снижении концентраций по основным показателям загрязнений сточных вод. В частности показатели по ХПК сократились в среднем в 4 раза, по БПК и взвешенным веществам - почти в 5 раз, по нитритам и нитратам - в 2 раза. Полученные результаты говорят о целесообразности дальнейших исследований работы керамических аэраторов на базе армянского туфа.

Литература

1. Попкович Г.С., Репин Б.Н. Системы аэрации сточных вод. М.: Стройиздат, 1986. 133 с.

2. Серпокрылов Н.С., Смоляниченко А.С., Саенко М.Н., Серпокрылов Е.Н., Фесенко Е.Н. Аэраторы в очистке сточных вод/ Учебное пособие/ -Ростов-наДону - Рост. гос. строит. ун-т, 2012. 180 с.

3. Schuchardt et. al. Dynamische Sauerstoffeintragsmessungen zum Vergleich der Leistungsfдhigkeit von Keramik- und Membranbelьfterelementen unter Betriebsbedingungen / Korrespondenz Abwasser, 2004, 51 (4), s. 390-395.

4. Яковлев С.В., Воронов Ю.И. Водоотведение и очистка сточных вод. М.: АСВ, 2002. 704 с.

5. Шуман В. Мир камня. Горные породы и минералы. М.: Мир, 1986. С. 112-114.

6. Schuchardt et. al. Dynamische Sauerstoffeintragsmessungen zum Vergleich der Leistungsfдhigkeit von Keramik- und Membranbelьfterelementen unter Betriebsbedingungen / Korrespondenz Abwasser, 2004, 51 (4), s. 390-395.

7. Pasveer A. Oxygenationof water with air bubbles Sew Ind. Wastes. 1955. V27, №9. P. 1130.

8. Козловский Е. А. Горная энциклопедия. М.: Сов. энцикл., 1984--1991. В 5 т.

9. Заключение 6/47 от 19.11.01 по результатам гигиенической оценки фильтров бытовых для питьевой воды для природных пород (ТУ РА 23477755.1918-99). 10. Петросян Г.Г. Фильтрующие элементы для очистки вод на базе туфов Армении. «Строительство - 2012»: Материалы междунар. научн. - практич. конф. - Ростов н/Д: РГСУ, 2012. 11. Заявка на выдачу патента на изобретение N2012150898/05 от 27.11.2012г. “Способ аэрации воды”, авторы: Серпокрылов Н.С., Петросян Г.Г.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

  • Исследование качественного и количественного состава сточных вод, поступающих на очистку, и сбрасываемых в водоем. Определение показателей реки Сухона в связи со спуском в нее сточных вод г. Тотьма. Анализ технологических процессов очистки сточных вод.

    дипломная работа [89,8 K], добавлен 12.06.2010

  • Концентрации загрязняющих веществ в сточных водах населенного пункта, железнодорожных предприятий и мясокомбината. Составление водного баланса населенного пункта. Расчет степени очистки коммунально-бытовых и частично очищенных промышленных сточных вод.

    курсовая работа [373,9 K], добавлен 29.03.2016

  • Исторические сведения о возникновении керамических материалов, область их применения. Основные физико-химические свойства керамики, применяемые сырьевые материалы. Общая схема технологических этапов производства керамических материалов, ее характеристика.

    курсовая работа [74,2 K], добавлен 02.03.2011

  • Исследование особенностей гончарного производства. Анализ состава массы, употребляемой для выделки керамических изделий. Обзор процесса подготовки глины. Характеристика конструкции и принципа работы гончарного круга. Обжиг и сушка керамических изделий.

    презентация [8,4 M], добавлен 23.03.2016

  • Исторические сведения о возникновении керамики, область ее применения. Современные технологии керамических материалов. Производство керамических материалов, изделий в Казахстане, СНГ и за рубежом. Производство и применение стеновых и облицовочных изделий.

    курсовая работа [134,7 K], добавлен 06.06.2014

  • Основные процессы производства сульфитной целлюлозы. Общие показатели загрязненности сточных вод от окорки древесины. Состав промышленных сточных вод кислотного цеха. Сооружения биологической очистки. Локальная и централизованная очистка сточных вод.

    реферат [92,7 K], добавлен 09.02.2014

  • Принципиальная схема очистных сооружений. Показатели загрязненности сточных вод и технология их очистки. Классификация биофильтров и их типы, процесс вентиляции и распределение сточных вод по биофильтрам. Биологические пруды для очистки сточных вод.

    реферат [134,5 K], добавлен 15.01.2012

  • Изучение понятия, видов и свойств керамических материалов и изделий. Характеристика сырья и процесса производства керамических изделий. Исследование использования в строительстве как стеновых, кровельных, облицовочных материалов и заполнителей бетона.

    реферат [17,6 K], добавлен 26.04.2011

  • Процесс изготовления керамических оболочек, выплавления моделей и литья в разъемные формы. Технология получения крупногабаритных деталей литьем по выплавляемым моделям и керамических оболочковых форм. Новая концепция мелкосерийного литейного производства.

    курсовая работа [999,5 K], добавлен 26.02.2013

  • Определение расчётных расходов сточных вод и концентрации загрязнений. Расчёт требуемой степени очистки сточных вод. Расчёт и проектирование сооружений механической и биологической очистки, сооружений по обеззараживанию сточных вод и обработке осадка.

    курсовая работа [808,5 K], добавлен 10.12.2013

  • Расчет открытого и напорного гидроциклона. Пример расчета гидроциклонов при очистке сточных вод прокатных производств. Расчет многоступенчатой гидроциклонной установки для осветления сточных вод доменной газоочистки. Гидроциклон простейшей конструкции.

    курсовая работа [249,1 K], добавлен 17.01.2011

  • Состав сточных вод, их свойства и санитарно-химический анализ. Количество осадков, образующихся на очистных сооружениях (аэрациях). Самоочищающая способность водоема. Допустимые изменения состава воды в водотоках после выпуска в них очищенных сточных вод.

    курсовая работа [114,3 K], добавлен 08.12.2014

  • Исследование химического диспергирования алюминиевого сплава; влияние концентрации щелочи на структуру диспергированных порошков и физико-механические свойства керамических материалов. Разработка технологической схемы спекания; безопасность и экология.

    дипломная работа [2,9 M], добавлен 27.01.2013

  • Характеристика сточных вод. Тяжелые металлы и специфические органические соединения. Основные способы очистки сточных вод, физические и химические методы. Параметры биологической очистки. Бактериальное сообщество очистных сооружений, их строение.

    курсовая работа [3,6 M], добавлен 31.03.2014

  • Классификация сточных вод и основные методы их очистки. Гидромеханические, химические, биохимические, физико-химические и термические методы очистки промышленных сточных вод. Применение замкнутых водооборотных циклов для защиты гидросферы от загрязнения.

    курсовая работа [63,3 K], добавлен 01.04.2011

  • Характеристика тепловых процессов туннельной печи. Расчет инвестиционных затрат на строительство предприятия. Удовлетворение потребности строительного рынка Казахстана и близлежащих стран СНГ в керамических трубах из экологически чистого местного сырья.

    дипломная работа [2,6 M], добавлен 30.01.2015

  • Причины выпадения осадка сточных вод. Предотвращение некачественной подготовки сточных вод путем смены внутреннего оснащения технологического резервуара и перевода его в статический режим во избежание всплытия капель нефти и механических примесей.

    дипломная работа [537,4 K], добавлен 24.06.2015

  • Техническая характеристика сточных вод как вод, загрязнённых бытовыми отбросами и производственными отходами, удаляемых через системы канализации. Хлорирование, озонирование и ультрафиолетовая обработка как основные методы обеззараживания сточных вод.

    практическая работа [499,0 K], добавлен 24.06.2014

  • Метод фильтрования и его применение в промышленности для очистки сточных вод от взвешенных частиц. Основные расчетные формулы и зависимости. Оборудование и современные аппараты для фильтрования сточных вод. Пример и схема реализации данного метода.

    курсовая работа [1,7 M], добавлен 06.12.2013

  • История гончарной керамики. Технология производства керамических изделий. Сырьё для керамических масс. Прозрачные керамические материалы, особенности их структуры. Производство каменной керамической посуды в XVI в. Виды современных глиняных изделий.

    презентация [3,0 M], добавлен 11.02.2011

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.