Интенсификация процесса очистки питьевой воды с использованием электротехнологических методов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Статья по теме:

Интенсификация процесса очистки питьевой воды с использованием электротехнологических методов

Студент Романов Г.И., (ФГБОУ ВПО СПбГАУ)

Руководитель д.т.н., проф. Беззубцева М.М., (ФГБОУ ВПО СПбГАУ)

Введение

Методы, применяемые для обеззараживания сточных вод можно разделить на следующие группы [1]:

химические (с применением различных соединений хлора, озона, перекиси водорода и др.);

физические (термические, с использованием различных излучений); - электрические.

Современные станции водоочистки сточных вод в значительной мере освобождают воду не только от механических и химических загрязнений, но и от патогенной микрофлоры. Однако, даже самые высокоэффективные водоочистные сооружения не обеспечивают дезинфекции стоков без специальных устройств обеззараживания. Вместе с тем, в ряде случаев из-за малой мощности и неэффективной работы водоочистных сооружений происходит сброс в водные объекты неочищенных или недостаточно очищенных сточных вод. Зачастую на водоочистных сооружениях системы обеззараживания отсутствуют.

Актуальность исследования обусловлена необходимостью внедрения в практику производства энергоэффективных методов обеззараживания воды и хозяйственно-бытовых стоков. Наиболее эффективными являются электрохимические методы. К ним относятся методы электрокоагуляции и электрофлотации, которые позволяют очистить воду от растворенных органических веществ, например, фенолов, соединений серы, спиртов, металлорганических соединений, нитросоединений и красителей.

В настоящее время разработаны аппараты различной конструктивной формы. В реферате проведен аналитический обзор электрохимических способов очистки и обеззараживания воды и их конструктивного оформления.

1. Патентно-информационные исследования

Информационные ресурсы

Патентно-информационные исследования проведены с использованием следующих информационных ресурсов:

Роспатент - Федеральный Институт Промышленной Собственности (www.fips.ru);

Реестр патентов (bd.patent.su).

Поиск информации произведен в библиотеках: рефераты российских изобретений (РИ), рефераты российских полезных моделей (РПМ).

На основании патентно-информационного поиска установлено, что наиболее перспективными для производств АПК являются следующие изобретения. Изобретение [1] предназначено для электрохимической обработки питьевой воды с использованием процесса электролиза, в частности процессов электрокоагуляции и электрофлотации. Устройство имеет металлический корпус - катод. Внутри корпуса расположена кассета, содержащая основу, на внешней поверхности которой расположен анод. Анод выполнен в виде пластины алюминиевого сплава. Кассета размещена внутри корпуса таким образом, чтобы был образован канал между поверхностью анода и поверхностью корпуса. Внизу корпуса размещено устройство для подвода обрабатываемой воды, а вверху - устройство для отвода обработанной воды. Технический результат: устройство технологично, удобно в эксплуатации и требует малого количества расходуемых материалов.

Изобретение [2] может быть использовано для улучшения физико-химических и органолептических свойств питьевой воды в бытовых условиях, в общественных учреждениях, в детских и медицинских учреждениях, а также в качестве группового средства очистки воды в полевом водоснабжении. Устройство содержит флотационную камеру, электролизер и фильтр. Дно флотационной камеры выполнено плоским с отверстием, которое совмещено с выходным отверстием электролизера.

Фильтр выполнен в виде вертикальной фильтровальной перегородки. Перегородка расположена на расстоянии не менее 5 мм вдоль стенок флотационной камеры и образует с ее стенками закрытую полость для сбора очищенной воды, которая выходит через отверстие, выполненное в стенке флотационной камеры. Другое отверстие выполнено в крышке камеры для сброса образующихся газов и шлама. Анализ конструктивного оформления устройства показал, что положенный в его основу электрохимический метод повышает эффективность очистки, оптимизируя гидродинамические характеристики процесса.

Устройство [3] содержит электродный блок, выполненный в отдельном корпусе и содержащий пакет параллельных катодов из нержавеющей стали. Пакеты расположены соосно между катодами и анодами камеры электрокоагуляции. Аноды выполнены из малоизнашиваемого материала (платины, графита, углерода, титана, покрытого оксидами рутения или кобальта). Аноды камеры электрокоагуляции соединены с источником питания через коммутирующее устройство, позволяющее менять их полярность. Электродный блок в нижней части снабжен входным патрубком, а в верхней части - переходным патрубком, соединяющим блок с емкостью шламосборника. Шламосборник закреплен на верхней части реактора. На верхнем отверстии реактора установлена крышка в форме обратного конуса с возможностью вертикального перемещения и обладающая плавучестью. В нижней части реактор оснащен патрубком слива очищенной воды. Технический эффект - улучшение физико-химических и органолептических свойств питьевой воды.

На основании анализа выявлено, что устройство [1] имеет ряд особенностей: во-первых, выполнение катода в виде корпуса. Так как катод в данном процессе не является расходуемым, то достигается простота конструкции. При этом электрод одновременно является корпусом устройства. Второй особенностью конструкции является выполнение кассеты, состоящей из основы и крепящейся не ней пластины (или пластин - анодов из алюминиевого сплава). Такое выполнение электрода позволяет сэкономить материал анода. Устройство может использоваться как самостоятельно, так и с флотаторами и фильтрами в составе других устройств очистки воды. В связи с этим возможны несколько вариантов выполнения корпуса. Корпус может иметь прямоугольную форму. Тогда упомянутая основа кассеты выполнена в виде прямоугольника и, по меньшей мере, на двух боковых гранях ее расположены пластины анода.

Устройства [2] и [3] содержат отдельную камеру c электродами для проведения электрохимической обработки воды. Электродная система состоит из отдельных электродов (катодов и анодов), размещенных в корпусе аппаратов. Анализ работы устройств показал, что конструкции камер не обеспечивают полной обработки воды. Вода, находящаяся между корпусом и крайними электродами, практически не обрабатывается. Кроме того, устройства не технологичны в изготовлении. Устранение этих недостатков возможно путем конструктивной модернизации аппаратов. Между тем, внедренный в устройства электротехнологический метод обработки позволяет снизить энергоемкость процесса при значительном улучшении качества обработки воды (по сравнению с традиционными методами).

вода очистка электротехнология

2. Внедрение электротехнологий в традиционные схемы очистки воды

На рис. 1 представлена традиционная схема биохимической очистки бытовых сточных вод и близких к ним по составу промышленных канализационных стоков. Эти компактные установки основаны на методе полного окисления. Их производительность составляет 25 м3/сутки (КУ-25 и БИО-25Т). Установки размещаются в закрытых помещениях и предназначены для работы в зоне со средней отопительной температурой до 30°С (и при более низких температурах).

Ёмкости разделены перегородками на зоны аэрации (одна у БИО-25 и две у КУ-25) и зону отстоя. Сточная жидкость попадает в подающий лоток, (у КУ-25) затем в два разводящих лотка, находящихся по боковым стенкам ванны. Для предупреждения выпадения взвеси в приёмной ёмкости БИО-25Т и разводящих лотках КУ-25 проложен воздухопровод с отверстиями. В зону аэрации сточные воды поступают через регулируемые водосливы. В нижней части аэрационных зон установок расположены трубы с отверстиями, через которые в сточную жидкость постоянно подаётся воздух, необходимый для образования и роста активного ила. Обработанная активным илом сточная жидкость через проёмы в нижней части перегородок попадает в отстойную зону.Активный ил и взвесь, находящиеся в жидкости, оседают и с помощью эрлифтов, расположенных по боковым стенкам отстойной зоны. Затем они транспортируются обратно в зоны аэрации. Очищенная сточная жидкость удаляется из отстойной зоны водосборным лотком. Сверху установки монтируется мостики обслуживания, на которые выносятся вентили регулирования подачи воздуха. Для опорожнения установки в нижней её части устанавливаются два вентиля.

Для подачи воздуха в зоны аэрации в приёмную камеру (к разводящим лоткам и эрлифтам) применяются газодувки с электроприводом.

Рис. 1 - Принципиальная схема очистки воды

3. Рассеивающий выпуск очищенных вод

Проведенный анализ показал, что внедрение в данную схему рассмотренных выше конструкций устройств, принцип действия которых основан на электрохимических методах очистки воды, позволит улучшить качество очищенной воды за счет более эффективного уничтожения микроорганизмов и нейтрализации токсинов, а также интенсивного удаления органических примесей и солей тяжелых металлов, связывающих радионуклиды. Электрохимический метод также позволяет сохранить естественный солевой состав воды. Появляется возможность обрабатывать как малые, так и большие объемы воды. При этом повышается эффективность очистки и оптимизируются гидродинамические характеристики процесса.

Работы в данном направлении представляются достаточно перспективными и актуальными.

Литература

1. Беззубцева М.М., Волков В.С., Пиркин А.Г.- Энергетика технологических процессов в АПК. - СПб: СПбГАУ, 2011. - 265с.

2. Федеральный Институт Патентной Собственности [Электронный ресурс] /Режим доступа: fips.ru.

3. Электронная библиотека диссертаций www.dissercat.ru.

4. Устройство электрохимической обработки воды Заявка: 2008129009/15, 04.07.2008 г. Автор(ы): Мухамедзянов Ринат Файзрахманович (RU), Семаков Николай Васильевич (RU) Патентообладатель(и): Закрытое акционерное общество "Водолей-М" (RU).

5. Устройство для электрохимической очистки питьевой воды. Заявка:2000104711/12, 25.02.2000 г. Заявитель(и): Семаков Николай Васильевич Автор(ы): Барабанов В.И. Патентообладатель(и): Семаков Николай Васильевич.

6. Устройство для электрохимической очистки питьевой воды. Заявка: 2002113793/15, 27.05.2002 Автор(ы): Барабанов В.И. Патентообладатель(и): Общество с ограниченной ответственностью "Водолей" (RU).

Размещено на Allbest.ru