авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 |
-- [ Страница 1 ] --

Министерство транспорта Российской Федерации

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего

профессионального образования

«Дальневосточный государственный университет путей сообщения»

Кафедра «Гидравлика и водоснабжение»

А.Н. Бирзуль, В.С. Абрамец

РЕКОНСТРУКЦИЯ СИСТЕМ

ВОДОСНАБЖЕНИЯ И ВОДООТВЕДЕНИЯ Сборник лабораторных работ Рекомендовано Методическим советом ДВГУПС в качестве учебного пособия Хабаровск Издательство ДВГУПС 2013 1 УДК 628 (075.8) ББК Н 76 я73 Б 642 Рецензенты:

Кафедра «Гидравлика, водоснабжение и водоотведение» ТОГУ (заведующий кафедрой доктор технических наук, профессор М.Н. Шевцов) Главный инженер Дальневосточной дирекции по тепловодоснабжению В.А. Инютин Бирзуль, А.Н.

Б 642 Реконструкция систем водоснабжения и водоотведения : сб.

лаб. работ / А.Н. Бирзуль, В.С. Абрамец. – Хабаровск :

Изд-во ДВГУПС, 2013. – 97 с. : ил.

Содержит необходимые сведения для организации и проведения ла бораторных занятий по основным разделам курса «Реконструкция сис тем водоснабжения и водоотведения». Особое внимание уделено ин тенсификации работы важнейших инженерных систем и сооружений во допроводно-канализационного хозяйства. Приведены рекомендации по обработке и анализу полученных экспериментальных данных.

Предназначено для студентов 4-го и 5-го курсов направления подго товки 270800 «Строительство» (профиль «Водоснабжение и водоотве дение») всех форм обучения, изучающих дисциплину «Реконструкция систем водоснабжения и водоотведения».

УДК 628 (075.8) ББК Н 76 я © ДВГУПС, Посвящается памяти доцента Г.П. Чайковского ВВЕДЕНИЕ Курс «Реконструкция систем водоснабжения и водоотведения» явля ется сравнительно новым, он впервые нашел отражение в государст венных образовательных стандартах 2000 г. Практически одновременно с появлением данной дисциплины в рабочих планах вышло в свет учеб ное пособие Г.И. Воловника и Л.Д. Терехова «Реконструкция систем во доснабжения и водоотведения населенных мест», которое по праву можно считать пионерным. Возникновение учебного курса и издание указанного тематического пособия не случайно, это закономерное тре бование времени, обусловленное особенностями развития и функцио нирования строительных систем. В частности, сооружения водоснабже ния и водоотведения постоянно находятся в динамическом состоянии: с одной стороны, непрерывно меняется водопотребление, с другой – по степенно ухудшаются эксплуатационные характеристики узлов водопро водно-канализационного хозяйства (снижается пропускная способность труб вследствие образования отложений, падают уровни воды в водо носных пластах, разрушаются отдельные железобетонные элементы и т.д.). Следует отметить, что курс реконструкции присутствует и по дру гим строительным профилям, таким как «Промышленное и гражданское строительство», «Городское строительство и хозяйство».

Теоретические основы курса реконструкции систем водоснабжения и водоотведения изложены в ряде монографий и учебников. Среди них следует в первую очередь назвать относительно свежие работы В.П. Саломеева [1], В.А. Орлова [2], А.А. Василенко [3] и других авторов.

Руководства же к лабораторным работам по данному курсу пока не мно гочисленны, имеется лабораторный практикум В.А. Орлова, посвящен ный сугубо реконструкции инженерных сетей и реализуемый в компью терном классе, и описания отдельных работ в сборниках по химии воды, в которых реконструктивные решения недостаточно полно выражены.

Такое руководство, на наш взгляд, насущно необходимо.

Настоящий сборник составлен на основе научных работ, проводимых авторами в сотрудничестве со студентами старших курсов специально сти «Водоснабжение и водоотведение» в кафедральной лаборатории «Инновационные технологии очистки природных и сточных вод». Кроме того, учтен богатый опыт Г.П. Чайковского по разработке проектов ре конструкции действующих систем водоснабжения и водоотведения.

Авторы выражают искреннюю признательность рецензентам, а также доцентам Е.В. Сошникову и О.В. Акимову за помощь в постановке от дельных работ, вошедших в настоящее пособие.

Лабораторная работа № РАЗРАБОТКА ПРОЕКТА РЕКОНСТРУКЦИИ НЕКОНСТРУКТИВНЫХ ВОДОПРОВОДНЫХ СЕТЕЙ Цель: на основе эквивалентной модели водопроводной сети поселка просчитать различные варианты по интенсификации режимов работы систем подачи и распределения воды.

1.1. Теоретические сведения При разработке проектов реконструкции систем водоснабжения не обходима информация о действующих водопроводных сооружениях, поскольку в процессе эксплуатации их характеристики изменяются.

Особенно это относится к наиболее дорогостоящей и сложной части современных городских водопроводов системе подачи и распределе ния воды (СПРВ), в которую входят насосные станции, водоводы и во допроводная сеть с расположенными на ней напорно-регулирующими и другими сооружениями. Стоимость таких систем достигает 80 % общей стоимости водопровода, а выбор оптимальных размеров сооружений и наивыгоднейших режимов их совместной работы вызывает наиболь шие трудности.

Для СПРВ всегда характерна так называемая неконструктивность, под которой обычно понимают несоответствие пропускной способности отдельных трубопроводов фактическому потокораспределению. Некон структивность чаще всего вызвана ошибками в проектах из-за неточного прогноза условий водопотребления.

Правильного решения вопросов наладки и интенсификации работы системы водоснабжения можно достигнуть только на основании натур ных исследований всех сооружений системы и прогнозирования измене ния их характеристик во времени.

Исследование работы действующих систем водоснабжения состоит из нескольких этапов.

1. Сбор информации о водопотребителях (состав, размещение, по требляемые расходы на момент исследования и на ближайшую пер спективу) и водопроводных сооружениях (тип водопитателей, их количе ство и размещение;

материал, диаметры и сроки эксплуатации водопро водных линий;

технология обработки воды;

режим работы насосных станций и др.).

2. Натурные исследования сооружений (уровни воды и дебиты водо заборных скважин;

напорно-расходные и энергетические характеристики центробежных насосов;

гидравлические сопротивления водопроводных линий соответствующих материалов, диаметров и сроков их эксплуата ции;

давления в характерных точках сети в различные периоды водопо требления;

уровни воды в башнях и резервуарах и фактические расходы ее от водопитателей;

качество воды в источнике и воды, подаваемой потребителям;

наличие утечек воды из сети).

3. Обработка результатов исследований и выявление фактической картины работы системы водоснабжения:

– построение изолиний пьезометрических напоров на участках водо проводной сети для характерных режимов ее работы;

– выявление участков с недостаточной пропускной способностью;

– установление причин образования обрастаний на внутренней по верхности труб и возникновения аварий на них;

– выяснение фактической схемы питания водопроводной сети и роли каждого ее водопитателя;

– определение рабочих точек совместной работы насосов и водопро водной сети и выявление перерасхода электроэнергии, затрачиваемой на подачу воды;

– анализ работы водозаборных сооружений и выяснение причин из менения их дебита в процессе эксплуатации.

4. Построение эквивалентной математической модели действую щей СПРВ:

– составление расчетной схемы СПРВ и определение узловых отбо ров воды из сети на период исследований и на перспективу;

– определение коэффициентов увеличения гидравлических сопро тивлений водопроводных линий в зависимости от всех факторов (мате риал и диаметр труб, условия и срок их эксплуатации) и вычисление фактических сопротивлений всех участков сети;

– проведение гидравлических расчетов водопроводной сети на ЭВМ, в результате которых корректируются сопротивления участков и узло вые отборы до полного совпадения результатов расчета с результатами натурных исследований.

5. Разработка рекомендаций по интенсификации работы СПРВ:

– увеличение пропускной способности сети путем замены или допол нительной прокладки отдельных водопроводных линий на период ис следований (1-я очередь) и на ближайшую перспективу (2-я очередь);

– выбор оптимальных режимов совместной работы водопитателей (насосные станции, водонапорные башни) и водопроводной сети при условии обеспечения расчетных расходов воды и требуемых напоров во всех точках сети при наименьшем расходе электроэнергии (в различные периоды водопотребления), для чего рассматриваются вопросы замены рабочих колес у насосов, параллельной работы нескольких насосных агрегатов, замены электродвигателей насосов или регулирования часто ты вращения их рабочих колес;

– разработка мероприятий по снижению утечек воды из сети, умень шению числа аварий, зонированию отдельных районов сети, а также по защите стальных труб от внутренней коррозии за счет специальной об работки воды и очистки их от образовавшихся отложений;

– разработка рекомендаций по увеличению производительности во дозаборных скважин и улучшению условий их совместной работы.

Вопросы интенсификации работы СПРВ достаточно эффективно решаются на основе построения эквивалентной модели, которая по своим параметрам (гидравлические сопротивления участков трубопро водов, характеристики насосных станций, расчетные значения расхо дов воды) примерно соответствует сложившимся режимам работы дей ствующей СПРВ.

В качестве примера рассмотрим проведение основных работ по об следованию и гидравлическим расчетам для построения эквивалентной модели СПРВ поселка. Фактическая производительность водопровода более 8900 м3/сут, протяженность водопроводных сетей около 17 км.

Застройка поселка разноэтажная, высота зданий до 5 этажей. Разность отметок земли в черте поселка около 42 м.

Для составления исходной расчетной схемы использовался топо графический план поселка масштаба 1:2000, карта действующей водо проводной сети, а также исполнительская документация на основные коммуникации и сооружения СПРВ. Кроме того, были задействованы ре зультаты выборочных визуальных осмотров сооружений и опроса экс плуатационного персонала. Геометрию и конструкцию водопроводной сети удобно отражать в виде табл. 1.1.

Таблица 1. Данные по водопроводной сети поселка Номера узлов ветвей Диаметр, Длина, Материал Примечания мм м труб Начало Конец Чугун 1 2 300 В графе «Примечания» табл. 1.1 отмечается наличие на расчетном участке повысительных насосных станций, вновь проектируемых линий, годы укладки трубопроводов и другие полезные сведения. При состав лении расчетной схемы сделаны некоторые упрощения: исключены ту пиковые линии и ряд трубопроводов небольших диаметров, относящих ся к внутриквартальным сетям.

Следующий этап работы – формирование узловых расходов. Основ ной задачей данной стадии является подсчет значений расходов воды, отражающих близкую к фактической картину водопотребления из сети на момент проведения манометрической съемки. Расходы воды жилыми зданиями определены по утвержденным в поселке нормативам водопо требления, расходы промышленных предприятий – по данным техниче ского аудита и абонентского отдела водопровода. Все среднемесячные расходы воды пересчитаны на среднесекундные.

В табл. 1.2 и 1.3 приводятся среднечасовые расходы для среднесу точного потребления воды без учета непредвиденных расходов и уте чек. Кроме того, указывается положение потребителей относительно участков и узлов водопроводной сети.

Таблица 1. Определение нормативных путевых расходов воды жилой застройкой поселка Путевой № Потребители Число Норма При расход участ- на участке жителей водопо ме участка ка (степень благо- на участ- требле чания (узла) устройства) ке ния, л/сут м /сут л/с Невельского, (водонагрева 5…31 137 155 21,24 0, тели с ваннами) Таблица 1. Узловые расходы воды предприятиями и организациями Водопотребление № Объекты Примечания узла м3/сут м /мес л/с В/ч 62429 – 3 454,58 15,15 0, 139 АРМ Водосчетчик 5 1786,79 59,56 0, Путевые расходы в табл. 1.2 определяются как произведение числа потребителей, прилегающих к участку, на норму водопотребления, и приводятся в двух размерностях: кубических метрах в сутки (м3/сут) и литрах в секунду (л/с).

Для жилого сектора величину узлового расхода воды определяют как полусумму путевых расходов участков, примыкающих к данному узлу.

Сосредоточенные расходы воды на каждое предприятие относятся к близлежащему узловому расходу расчетной схемы.

Суммарные узловые расходы от жилой застройки, котельных, пред приятий и организаций сводятся в табл. 1.4. Кроме того, в отдельном столбце этой таблицы отражаются те же расходы, но увеличенные про порционально изменению подачи воды насосными станциями на момент проведения манометрических съемок. Понятно, что такой подход нельзя признать правильным из-за различий в режимах расходования воды разными категориями потребителей. Но при заданных критериях точно сти построения эквивалентной модели СПРВ эта погрешность оказыва ется допустимой.

Таблица 1. Суммарные нормативные узловые расходы и расчетные расходы для условий манометрических съемок Суммарный Узловые расходы Номер Отметка нормативный для манометрической съемки узла земли, м узловой №1 №2 № расход, л/с 2 61,3 0,221 0,35 0,15 0, С этой целью для каждого случая манометрической съемки были оп ределены коэффициенты превышения нормативных узловых расходов по формуле Qфакт К, (1.1) Qнорм где Qфакт суммарная фактическая подача воды в сеть;

Qнорм сум марный расчетный нормативный расход в узлах сети.

Узловой расчетный расход воды q, л/с, определяется по формуле q К qнорм, (1.2) где qнорм нормативный узловой расход, л/с.

С учетом уточненных узловых расходов и коэффициента сопротив ления, принимаемого равным 1, по программе «Wnet» (прил. 1) прово дится гидравлический расчет, в результате которого определяются скорости движения воды, потери напора на участках и свободные на поры в узлах.

Результаты проведенного гидравлического расчета и материалы ма нометрической съемки дают возможность оценить фактические сопро тивления участков сети. Сопоставление выходных параметров предва рительной модели СПРВ и данных натурных испытаний удобно вести в табличной форме (табл. 1.5).

Таблица 1. Анализ гидравлических сопротивлений СПРВ Отметка пьезо- Коэффи Потери напора, Точка метрической циент м От линии, м увеличе метка по дан- по дан- по дан- по дан- ния со № узла зем № против на рас- ным ным ным ным ли, м колод- ления четной заме- расче- заме- расче ца Кфакт схеме ров та ров та ВК40 4 53,3 81,3 83,5 3,6 1,40 1, Обычно гидравлические сопротивления расчетной схемы уточняются с помощью метода поэтапной коррекции, реализуемого на ЭВМ. Он по зволяет сделать так, чтобы расхождения в величинах расчетных и фак тических пьезометрических напоров в сети не превышали ±0,5…1 м.

Для уточнения параметров расчетной схемы водопроводной сети ис пользуют и другие методы, например, «математический расходомер»

ИСЭМ СО РАН, метод узловых потенциалов компании «Metcalf», про грамму «EPAnet» Агентства по охране окружающей среды США [3].

В нашем примере определен средний коэффициент увеличения гид равлического сопротивления К = 4,0, который для простоты дальнейших расчетов применен для всех участков водопроводной сети поселка и уч тен на закладке «Ветви» программы «Wnet». Очевидно, что такой под ход далек от реальной картины пропускной способности сети.

После корректировки гидравлических сопротивлений получаем экви валентную модель СПРВ, которая представляет собой картину «мгно венного» распределения потоков воды по линиям сети для одного ре жима водоразбора и характеризует напоры во всех узлах расчетной схемы. Эти данные являются основой для оценки режимов работы на сосных станций и резервуаров, нагруженности водоводов и участков се ти, конструктивности схемы и обеспеченности отдельных точек напора ми, в том числе и тех, в которых не проводилась манометрическая съемка. Кроме того, наличие эквивалентной модели позволяет делать анализ работы системы в различных условиях водопотребления, для ко торых не проводилась манометрическая съемка, а также при аварийных ситуациях (при тушении пожара, в случае отключения различных линий и др.). Таким образом, появляется возможность заранее моделировать различные условия работы водопровода и готовить решения, которые позволят, например, в кратчайший срок локализовать наиболее опасные аварийные ситуации.

Для выполнения многовариантных расчетов на основе эквивалент ной модели необходимо определить узловые расходы с учетом коэф фициентов суточной и часовой неравномерности водопотребления.

Кроме того, в системах водоснабжения всегда имеются неучтенные рас ходы и потери воды, величина которых в населенных пунктах Дальнего Востока, по данным Росводоканала, достигает 40 % и более. В нашей модели эта величина принята равной 20 % и добавлена ко всем узло вым расходам.

На основе полученной эквивалентной модели СПРВ поселка в лабо раторной работе выполняются разные проверочные расчеты и прогно зируются возможные результаты реконструкции.

1.2. Экспериментальная часть Оборудование. Анализ сложившихся условий работы СПРВ прово дится на примере эквивалентной модели водопроводной сети поселка (рис. 1.1). Для проверки вариантов реконструкции действующей СПРВ используются результаты гидравлического расчета, сохраненные в про грамме «Wnet» (см. прил. 1).

150-398 31- 9,5-0,54-1, 300- Типография 200- 29,02 5-31 17, в/ч 60211 30- 1,3 21,2-0,30-0,46 0,0 19,96 0,9-0,03-0, 28 эл.сети 1, 86,02 85, в/ч 200- 84, Спортклуб 30 28- 10,5-0,33-0, в/ч 60211 17,52 27, 200- 0,1 0,3 30- 36, 85,72 85,52 9,3-0,30-0,20 0, 30, 29, 150-30 1,0 84, 2, 10- 84, 0,5-0,03-0,00 84,28 200-310 150-234 27 27- 150- 25,36 8,6-0,27-0, 31-26 Пл. в/ч 60211 18- 24, 11,4-0,65-1,23 2,7-0,15-0, в/ч 15167 83,86 Котельная 32,19 150-46 котельная 430 200- 100-628 0,4 20-21 18- 10- 1,7-0,10-0,01 0,7 25, 85,69 3,7-0,12-0,04 0,4-0,05-0, в/ч 150-230 84, 27- НС 150- 6,7-0,38-0, Ключ: 21-23 20 25,77 Котельная 1,0-0,06-0,01 0, узловой расход, л/с Школа 84,17 34, 150-526 22,85 23 0, свободный напор, м 1, 25-26 84, - 46,62 2,3-0,13-0,11 84,15 150 8-0, 1, 150-230 0, 93,72 пьезометрический напор, м 20-2 1,4 2 23- 0,0-0,00-0, 32, 1, диаметр участка, мм Судов 84, длина участка, мм ПЛ в/ч 37,07 35, 0,8 1, 84,17 84, 150-178 150- 24-25 24- 5,1-0,29-0,75 150- 1,5-0,08-0,02 19- потери напора, м 150-306 0,9-0,05-0, 22- скорость, м/с 0,5-0,03-0, 150- расход, л/с 17- 0,7-0,04-0, Рис. 1.1. Фрагмент эквивалентной модели действующей поселковой СПРВ Порядок выполнения работы 1. Анализ условий работы СПРВ целесообразно начать с выявления узлов с недостаточными или резко избыточными напорами. Для этого необходимо сравнить расчетные свободные напоры с требуемыми зна чениями, величина которых зависит от этажности застройки районов, прилегающих к данному узлу.

В соответствии со СНиП 2.04.02-84* «Водоснабжение. Наружные се ти и сооружения» минимальный свободный напор в сети водопровода на вводе в здание над поверхностью земли должен приниматься при одноэтажной застройке не менее 10 м, при большей этажности зданий на каждый этаж следует добавлять 4 м.

Необходимо отметить, что обеспечение высоких свободных напоров в сети требует больших затрат электроэнергии и вызывает увеличение утечек и нерациональных расходов воды. Поэтому следует стремиться к снижению напоров в сети, поддерживая их величину в диктующих точках на уровне требуемых значений. В случае недостаточности свободных напоров для обеспечения водоснабжения зданий повышенной этажно сти в них устанавливают насосы подкачки.

Узлы с недостаточными напорами, а также узлы с большими значе ниями избыточных напоров должны быть выделены на расчетной схе ме системы.

2. Второй этап анализа работы сети – выявление причин недостаточ ных и избыточных напоров. Для этого необходимо по данным о расходах и потерях напора оценить нагруженность линий сети. Характеристикой нагруженности линии является скорость движения воды, для оценки ко торой можно воспользоваться таблицами проф. Ф.А. Шевелева [4]. Зная материал, из которого изготовлены трубы, расход воды и потери напора (взятые по эквивалентной модели), можно найти по таблицам ближай шее значение скорости. Нужно отметить, что при наличии обрастаний в трубах фактическая пропускная способность линии уменьшается, и зна чения потери напора и скорости движения воды соответствуют обычно значениям для труб следующего по сортаменту меньшего диаметра.

Например, вследствие увеличения в 1,5…2 раза сопротивления (и по терь напора) линия диаметром 500 мм имеет фактическую пропускную способность, соответствующую пропускной способности трубы диамет ром 450 мм. Поэтому значения скорости в данном случае следует при нимать для этого «эквивалентного» диаметра. Одновременно по табли цам проф. Ф.А. Шевелева [4] можно оценить, превышают ли фактиче ские скорости движения воды соответствующие предельные значения.

3. В результате подобного анализа разделить все участки водопро водной сети на группы (табл. 1.6).

Таблица 1. Данные для реконструкции СПРВ Номер Название линии Описание участков по схеме Превышение скорости движения воды Перегруженные по сравнению с предельными эконо мическими значениями Недоиспользуемые Малые расходы и потери напора Оптимальные Экономичные скорости движения воды Малые расходы, но значительные по Неисправные тери напора (засоры, неисправности в сетевой арматуре) 3. Сделать вывод о конструктивности СПРВ в целом. Отметить, осу ществляется ли подача воды основной массе абонентов по кратчайшим расстояниям, имеются ли участки, пропускная способность которых ис пользуется не в полной мере, достаточны ли свободные напоры для обеспечения водой верхних этажей отдельных многоэтажных зданий.

4. Разработать рекомендации по улучшению водообеспечения або нентов. Расчеты вариантов частичного изменения конструкции сети и режимов ее работы проводятся на эквивалентной модели СПРВ, данные о которой загружаются из программы «Wnet». Выделить участки, на ко торых потребуется прокладка дополнительных линий, перемычек.

Принять решение о реконструкции насосных станций, указать возмож ный метод регулировки работы центробежных насосов.

5. В поверочных гидравлических расчетах учесть возможный прирост водопотребления на 20 % в районах нового жилищного строительства.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ 1. Перечислите основные элементы СПРВ и их функции.

2. Что называется неконструктивностью сети?

3. С какой целью проводится манометрическая съемка водопровод ной сети?

4. Опишите основные этапы построения эквивалентной модели СПРВ.

5. Можно ли осуществить реконструкцию водопроводной сети без по строения ее эквивалентной модели?

6. Опишите достоинства метода поэтапной коррекции параметров исходной расчетной схемы.

7. Назовите другие способы оценки пропускной способности дейст вующих водопроводных сетей.

8. Опишите правила, которые необходимо соблюдать при проведе нии манометрической съемки.

9. Как проверяется адекватность эквивалентной модели СПРВ?

10. Водовод из стальных труб имел проектное значение модуля удельного сопротивления Aрасч 0,1859 с2/м6 и был рассчитан на про 0,15 м3/с. Определить, на сколько (в процентах) пуск расхода Q расч снизилась пропускная способность водовода, если при манометриче ской съемке получены следующие результаты: длина участка l 800 м, давление в точке 1 (начало участка) P 6,5 атм, давление в точке (конец участка) P2 4,8 атм, геодезические отметки в местах измерения давлений соответственно Z1 20 м и Z 2 21 м, расход воды при съем ке составил Qмс 0,2 м3/с.

11. Как оценить фактическое гидравлическое сопротивление водовода?

12. Какие компьютерные программы и алгоритмы для гидравлическо го расчета реальных водопроводных сетей вам известны?

13. Как в эквивалентной модели СПРВ учитываются утечки из водо проводной сети?

14. Чему равен требуемый свободный напор для пятиэтажного здания?

Лабораторная работа № ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ПРОМЫВКИ ЗАГРУЗКИ СКОРЫХ ФИЛЬТРОВ Цель: выявить динамику отмывки загрязнений из загрузки скорого фильтра;

построить график зависимости мутности промываемой воды от времени промывки.

2.1. Теоретические сведения Работа фильтровальных сооружений состоит из двух обязательных чередующихся процессов: режима очистки воды фильтрованием (фильтроцикл) и режима промывки (регенерация). Хотя по продолжи тельности они не сопоставимы – фильтроциклы длятся 8…24 ч, а про мывка продолжается 5…10 мин – оба режима одинаково значимы для нормальной работы фильтровальных сооружений. Более того, именно качественная отмывка загрузки после каждого фильтроцикла предопре деляет долговременную успешную очистку воды фильтрованием.

Не случайно большинство конструктивных элементов фильтровальных сооружений рассчитываются на режим промывки.

В [3] отмечается, что неудовлетворительная регенерация может све сти на нет преимущества самых эффективных фильтрующих материа лов и реагентов. В правоте этой фразы не раз убеждались доценты ка федры «Гидравлика и водоснабжение» ДВГУПС Е.В. Сошников и Г.П. Чайковский, долгое время занимавшиеся наладкой фильтроваль ных сооружений с гранодиоритовой загрузкой.

В процессе фильтрования загрязнения в виде осадка задерживаются на поверхности зерен фильтрующей загрузки и в межзерновых порах.

Цель промывки фильтра заключается в максимально полном удалении этого осадка и в предотвращении его дальнейшего накопления.

Грязевые отложения располагаются в толще загрузки крайне нерав номерно. Их основная часть сосредоточена в первых (по ходу движения воды) слоях. Отложения находятся на поверхности зерен, на стенках проточных пор загрузки, через которые в основном и происходит фильт рование воды, но частично заполняют малопроточные и даже непроточ ные поры. Поэтому необходимым условием хорошей промывки является взрыхление, или перевод материала загрузки в псевдосжиженное со стояние, когда зёрна раздвигаются, все поры превращаются в открытые, а соударение зёрен усиливает отмывку их от загрязнений.

Как отмечал Д.М. Минц, псевдосжиженный слой находится в гидро динамически неустойчивом состоянии, при котором отдельные участки в разной мере промыты и имеют различные гидродинамические сопро тивления. Он писал, что при этом поток промывной воды получает воз можность устремляться в места пониженного сопротивления. Следова тельно, гидродинамическая неустойчивость взвешенной загрузки, вызы ваемая уменьшением её сопротивления при массовом выносе загрязне ний, может в значительной степени нарушить равномерность распреде ления промывной воды по площади фильтра [5].

Гидродинамическая неустойчивость – явление совершенно законо мерное, так как в псевдосжиженном состоянии гидравлические сопро тивления загрузки сравнительно малы и любые первоначальные, даже второстепенные факторы могут повлиять на равномерность распреде ления промывной воды по площади фильтра и способствовать образо ванию плохо промытых участков. Этот процесс прогрессирует от про мывки к промывке и нередко приводит к нарушению режима очистки во ды и даже к отказу фильтра. Эксперименты подтвердили, что именно гидродинамическая неустойчивость – главная причина недостаточной надежности фильтровальных установок [5].

Фильтры выключаются на промывку при достижении предельных по терь напора (обычно это предельное повышение уровня воды в фильт ре) или по окончании времени защитного действия (при ухудшении ка чества фильтрата). Санитарная надежность работы фильтра и эконо мичность эксплуатации обеспечиваются, если время защитного дейст вия несколько превышает время достижения предельных потерь напора.

Соотношение скорости фильтрования, диаметра зерен и толщины слоя загрузки для кварцевого песка, приведенное в строительных нормах и правилах, выбрано из этих условий. Для фильтрующих материалов с иными структурно-механическими свойствами это соотношение должно быть уточнено. Поэтому, если мы заменяем волжский кварцевый песок песком другого месторождения, необходимо внести корректировку па раметров загрузки или изменить размеры некоторых элементов фильт ра. В противном случае работа фильтров будет затруднена. Например, потребуется иная интенсивность промывки или фильтры будут выклю чаться на промывку по ухудшению качества фильтрата, что снижает са нитарную надежность сооружений и т.п.

Исходя из правил технической эксплуатации [6] количество промывок должно быть не более трех за сутки и не менее одной промывки в сутки;

в холодное время года для контактных осветлителей проводится не ме нее одной промывки за двое суток.

Промывку скорых фильтров М, мг/л осуществляют водой питьевого качества, обычно из РЧВ или из мутность промывной воды водонапорной башни. Контактные осветлители по согласованию с органами Госсанэпиднадзора до- пускается промывать водой из ис- точника водоснабжения после её предварительного осветления и хлорирования. При этом мутность промывной воды не должна пре- вышать 10 мг/л, а коли-индекс допустимая мутность 1000 [6].

t, мин 0 1 2 3 4 Эффективность вымыва за продолжительность промывки грязнений можно оценить по из менению качества промывной во- Рис. 2.1. Динамика отмывки загрязнений ды, поступающей в сборный кар- при промывке: 1 – при 2 – при недоста оптимальной ин тенсивности промывки;

ман. На рис. 2.1 приведены гра- точной интенсивности промывки фики изменения мутности во время промывки. Линия 1 отвечает удовле творительной динамике удаления загрязнений при достаточной интен сивности промывки (в течение 1…1,5 мин вымывается основная масса загрязнений). Кривая 2 свидетельствует о недостаточном расширении слоя загрузки и характеризуется плавным изменением мутности про мывной воды.

Косвенным показателем качества отмывки загрузки служат началь ные потери напора в фильтре после окончания промывки и в начале нового цикла фильтрования. Если начальные потери напора при оди наковой скорости фильтрования остаются постоянными на протяжении ряда фильтроциклов, это свидетельствует об удовлетворительной от мывке зёрен загрузки от загрязнений. Систематический рост начальных потерь напора указывает на неэффективность промывки и на рост остаточных загрязнений.

В СНиП 2.04.02-84* промывку количественно характеризуют тремя технологическими параметрами: интенсивностью промывки, степенью расширения слоя загрузки, продолжительностью промывки.

Интенсивность промывки, л/см2, по сути является скоростью про мывного потока:

Q, (2.1) F где Q – расход промывной воды, л/с;

F – площадь фильтра, м2.

Чтобы перевести интенсивность в скорость, м/ч, необходимо ее ум ножить на 3,6. Например, при интенсивности промывки 15 л/см2 ско рость промывного потока составит 54 м/ч.

Одним из важных условий правильного выбора интенсивности про мывки является недопущение выноса фильтрующего материала, поэто му обычно при проведении пусконаладочных работ на фильтровальных сооружениях необходимая интенсивность промывки, обеспечивающая это условие, уточняется экспериментально.

Важно помнить, что интенсивность промывки зависит и от вязкости воды, т.е. от ее температуры. В [5] приводится номограмма для коррек тировки расчетной интенсивности промывки в зависимости от темпера туры промывной воды.

Степень расширения загрузки e это отношение увеличения высоты фильтрующего слоя L, находящегося в псевдосжиженном состоянии, к первоначальной высоте слоя в плотном состоянии L (рис. 2.2). Это отношение вы ражают в долях или процен тах. На основании многочис ленных исследований на опытных и производственных фильтрах были установлены оптимальные значения степе ни расширения слоя для раз личных эквивалентных диа метров зерен, обеспечиваю щие надежную качественную отмывку загрузки. Эти величи ны также приведены в норма тивной и справочной литера туре, но только для песка и Рис. 2.2. Состояние фильтрующей загрузки керамзита. Для иных фильт- во время промывки: 1 – загрузка в плотном рующих материалов они уточ- состоянии;

2 – расширенная загрузка во вре мя промывки;

3 – защитный слой воды, пре няются в процессе пусконала- дотвращающий вынос загрузки в желоба;

дочных работ. 4 – желоба Контроль за степенью расширения загрузки входит в регламент технической эксплуатации фильтровальных сооружений. На производственных фильтрах степень расширения загрузки при промывке удобно контролировать с помощью простейшего устройства – щита с пробирками, подвешиваемого перед промывкой на кромку желоба. Об уровне подъёма верха загрузки судят по положению пробирки, в которую загрузка не попала. Это устройство, выставляемое в разных местах фильтра, позволяет также оценить рав номерность распределения промывного потока по площади фильтра [5].

Уточнение параметров промывки требуется при замене фильтрующе го материала, новом строительстве или реконструкции фильтров, замене промывного оборудования. В некоторых случаях эту технологическую операцию удобно производить на моделях фильтров фильтровальных колонках, как и предлагается в настоящей лабораторной работе.

Промывка фильтров обычно продолжается 5…7 мин. Визуально про должительность промывки устанавливается до того момента, пока в же лоба фильтра не начнет поступать осветленная вода мутностью не бо лее 10…20 мг/л.

На территории РФ мутность воды определяется фотометрическим сравнением проб исследуемой воды со стандартными суспензиями.

Результат измерений выражают в миллиграммах на кубический деци метр (мг/дм3) при использовании основной стандартной суспензии као лина или в единицах мутности на кубический дециметр (ЕМ/дм3) при ис пользовании основной стандартной суспензии формазина. Последнюю единицу измерения называют также единицей мутности по формазину (ЕМФ) или, в западной терминологии, FTU (Formazine Turbidity Unit):

1 FTU = 1 ЕМФ = 1 ЕМ/дм3. По ГОСТ 3351–74 1 ЕМФ соответствует 0,58 мг/дм3.

В последнее время в качестве основной во всем мире утвердилась фотометрическая методика измерения мутности по формазину, что нашло свое отражение в стандарте ISO 7027. Согласно этому стандар ту единицей измерения мутности является FNU (Formazine Nephelometric Unit).

Агентство по охране окружающей среды США (USEPA) и Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) используют единицу измерения мутности NTU (Nephelometric Turbidity Unit).

Соотношение между основными единицами измерения мутности следующее: 1 FTU (ЕМФ) = 1 FNU = 1 NTU.

Согласно требованиям действующего СанПиН 2.1.4.1074-01 мутность питьевой воды должна быть не выше 1,5 мг/л (по каолину), или 2,6 ЕМФ.

2.2. Экспериментальная часть Схема лабораторной установки. Лабораторная установка (рис. 2.3) состоит из фильтровальной колонки диаметром 100 мм, загруженной на высоту 80 см гранодиоритовым песком крупностью 0,5…1,2 мм, баков исходной и промывной воды, подающего и промывного насосов, трубо проводов подачи исходной и промывной воды. В баке 1 готовят исход ную каолиновую суспензию мутностью 20,6 ЕМФ, которую для предот вращения выпадения взвеси периодически интенсивно перемешивают.

До начала лабораторной работы необходимо предварительно про фильтровать приготовленный модельный раствор каолина при следую щих условиях: 1) насос 2 включен, кран 7 открыт, кран 8 закрыт;

2) в те чение всего фильтроцикла подается постоянный расход воды;

3) ско рость фильтрования должна быть в пределах 6…8 м/ч;

4) фильтрование прекращается по проскоку взвеси, когда мутность фильтрата становится больше 2,6 ЕМФ.

7 2 1 1 Рис. 2.3. Лабораторная установка: 1 – бак исходной воды;

2 – по дающий насос;

3 – фильтровальная колонка;

4 – штуцеры для пье зометров;

5 – отвод фильтрата;

6 – отвод промывной воды;

7, 8 – краны;

9 – промывной насос;

10 – бак промывной воды Измерение мутности проб промывной воды проводится на анализа торе «ФЛЮОРАТ-02-3М» (рис. 2.4) по прилагаемой к прибору методике М 01-36-2006 «Методика выполнения измерения мутности проб природ ных, питьевых вод и вод источников хозяйственно-питьевого водоснаб жения нефелометрическим методом». Данная методика позволяет опре делять значения мутности в диапазоне от 1 до 100 ЕМФ без разбавле ния пробы. Нефелометрический метод измерения мутности основан на измерении интенсивности света, рассеянного под углом 90° частицами, находящимися в анализируемой пробе во взвешенном состоянии.

Правила работы с анализатором и особенности его градуировки приве дены в прил. 2 и 3.

1 2 3 Рис. 2.4. Общий вид анализатора «ФЛЮОРАТ-02-3М»: 1 – клавиатура;

2 – жидкокристаллический дисплей;

3 – флажок, замыкающий датчик крышки;

4 – крышка кюветного отделения;

5 – люминесцентное кювет ное отделение;

6 – светофильтр канала регистрации;

7 – светофильтр канала возбуждения Порядок выполнения работы 1. Закрыть кран 7 и открыть кран 8 для подачи промывной воды на колонку.

2. Включить промывной насос 9. Промывку осуществлять в течение 5…6 мин с обязательным штыкованием загрузки для предотвращения ее перелива через колонку.

3. Через трубопровод 6 отобрать в химический стакан первую про мывную воду, а затем через каждые 15…30 с после нее следующие пробы. Отбор проб прекратить на третьей минуте промывки.

4. Каждую отобранную пробу перед измерением мутности тщательно перемешивают стеклянной палочкой.

5. С помощью медицинского шприца 20…30 мл (без иглы) налить пробу в кювету и определить мутность пробы на анализаторе «ФЛЮОРАТ-02-3М» в режиме «Измерение», ориентируя кювету риской к себе. Алгоритм работы с меню данного прибора «Мутность» приведен на рис. 2.5.

ЗАСТАВКА Повер МН МН 2, МУТН Список веществ МУТН1 01. Измерение Архив Основное меню Методы измерения воз01рег МУТН Люминисценция Градуировка Выбор метода МУТН F =,118 С0 =,0000 J0 =, Измерение T =, С1 = 100 J1 = 4, С2 =,0000 J2 =, Измерение С3 =,0000 J3 =, Градуировочная ИЗМЕРЕНИЕ таблица переход по «Ent»

переход по «Esc»

Рис. 2.5. Схема меню «Мутность» в анализаторе «ФЛЮОРАТ-02-3М»

Убедиться, что в канале возбуждения анализатора размещен свето фильтр М1, а в канале регистрации М2. Клавишу «Измерение» нажать 6 раз, первое полученное значение отбросить, пять последующих запи сать в табл. 2.1 и найти среднее арифметическое.

Таблица 2. Экспериментальные данные Результат измерения, Среднее значение мутности Время отбо ЕМФ промывной воды M ра пробы Т, с ЕМФ мг/л 1 2 3 4 0… 6. Если измеренное значение мутности превышает 100 ЕМФ, пробу необходимо разбавить. Для этого часть пробы отфильтровать через мембранный фильтр и использовать отфильтрованную пробу для раз бавления исходной пробы. Коэффициент разбавления пробы Vк Q, (2.2) Vа где Vк – объем разбавленного раствора, см3;

Vа – объем исходного рас твора, взятый для разбавления, см3;

используют при обработке резуль тата измерений мутности. Запрещается разбавлять пробу дистиллиро ванной водой, так как это может привести к растворению части взве шенных частиц. При разбавлении учесть, что объем кюветы 3,5 см3.

7. Средствами MS Excel построить график зависимости M f (Т ) и сопоставить его с рис. 2.1. Сделать вывод об интенсивности промывки загрузки фильтровальной колонки.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ 1. Как связаны между собой реконструкция фильтровальных соору жений и промывка фильтрующей загрузки?

2. Объясните принцип промывки фильтров.

3. Назовите достоинства и основные недостатки водяной промыв ки фильтров.

4. В чем состоит суть нефелометрии?

5. Расскажите о правилах отбора и хранения проб воды, предназна ченных для определения мутности.

6. Перечислите единицы измерения мутности.

7. Назовите основные технологические параметры промывки.

8. Предложите свои способы интенсификации промывки загрузки фильтров.

9. Перечислите основные правила промывки фильтрующей загрузки.

10. Как связаны между собой каолиновая и формазиновая шкалы мутности?

Лабораторная работа № ИЗУЧЕНИЕ АДСОРБЦИИ ТРИГАЛОМЕТАНОВ ИЗ ВОДЫ Цель: определить сорбционную емкость разных марок активирован ных углей по отношению к хлороформу.

3.1. Теоретические сведения Хлорирование является одним из важнейших этапов обработки в технологии подготовки питьевой воды, обеспечивающих надежное обез зараживание, а также позволяющих поддерживать санитарное состоя ние сооружений. При обеззараживании воды хлором происходит его взаимодействие непосредственно с органическими соединениями, при сутствующими в природной воде, что приводит к образованию побочных продуктов дезинфекции летучих хлорорганических соединений (ЛХС), или в зарубежной терминологии volatile organic compounds (VOCs).

Условно этот процесс можно представить в виде следующего уравнения химической реакции:

С х H у Oz Г2 Н 2O СНГ 3 HГ, (3.1) где Г – галоген (хлор, бром и др.).

Отметим, что галогены реагируют с органическими веществами по трем направлениям, таким как: окисление, замещение и присоединение.

Процесс образования и концентрация ЛХС в обрабатываемой воде за висят от многих факторов и, прежде всего, от температуры воды и со держания органических соединений природного и антропогенного проис хождения, например гумусовых веществ, нефтепродуктов и др. Кроме того, на образование ЛХС в процессе очистки воды оказывает влияние концентрация и компонентный состав водного гумуса, а также другие особенности качества природной воды. Одним из источников образова ния ЛХС могут служить микроводоросли, развивающиеся в водных объ ектах, что может явиться дополнительным фактором в сезонных коле баниях содержания этих соединений в питьевой воде. В связи с этим замечено, что ЛХС наблюдаются в летний период при повышении тем пературы речной воды.

Образование ЛХС существенно зависит также от технологического режима очистки на водопроводных станциях. В первую очередь это от носится к этапу первичного хлорирования. Концентрация ЛХС возраста ет прямо пропорционально дозе хлора и времени контакта его с водой.

Наиболее часто при хлорировании воды обнаруживаются соединения, относящиеся к группе тригалометанов.

Тригалометаны (ТГМ, trihalomethanes (THMs)) соединения с общей формулой СНГ3, где Г хлор, фтор, бром, йод или их сочетание.

Разнообразие образующихся соединений связано, по мнению Василье вой А.И., с различием физико-химических характеристик воды водоис точников и условий водоподготовки на водопроводных станциях. Обна руживаемые наиболее часто в питьевой воде хлороформ, бромоформ бромдихлорметан, дибромхлорметан (рис. 3.1) являются в основном продуктами реакции органических загрязнителей воды и хлора (или слу чайно присутствующего иона брома), используемого для обеззаражива ния воды. Все вышеперечисленные соединения являются токсичными и канцерогенными, а при превышении предельно допустимых концентра ций (ПДК) могут создавать опасность для здоровья человека, но по сравнению с опасностью заражения болезнями, передающимися через воду, она невелика. Центр общественного управления Флориды оцени вает опасность влияния ТГМ на человека как среднюю (до низкой).

Однако наличие ТГМ является одной из важнейших проблем систем коммунального водоснабжения.

Тригалометаны Хлороформ Бромдихлорметан Дибромхлорметан Бромоформ CHBr 2Cl, CHBrCl CHCl 3 CHBr 71% 15,4% 10,2% 3,4% Рис. 3.1. Тригалометаны, образующиеся в результате хлорирования водопроводной воды, и их примерное процентное соотношение Многочисленными исследованиями установлено, что ЛХС, присутст вующие в исходной воде и образовавшиеся при ее хлорировании, на со оружениях традиционного типа не задерживаются. Максимальная их концентрация отмечается в резервуарах чистой воды. В сумме ТГМ, об разующихся при водоподготовке, хлороформ составляет 70…90 %.

При этом необходимо отметить, что в исходной воде, поступающей на водоподготовку, содержание хлороформа может быть незначительным и увеличиваться только на этапах обработки воды после хлорирования.

Чем опасен хлороформ для человека? Ранее хлороформ использо вался в медицине в качестве ингаляционного анестезирующего средст ва. В широкую медицинскую практику он был внедрен акушером Джейм сом Симпсоном, который впервые использовал хлороформ в качестве средства для уменьшения боли при родах. Впоследствии было установ лено, что это химическое соединение угнетает центральную нервную систему. Вдыхание около 900 частей хлороформа на 1 миллион частей воздуха за короткое время может вызвать головокружение, усталость и головную боль. Постоянное воздействие хлороформа способствует по явлению заболеваний печени и почек. Поражение печени может наблю даться через 2…5 суток после ингаляционного воздействия, а почек через 24…48 ч. Приблизительно 10 % населения Земли имеют аллерги ческую реакцию на хлороформ, приводящую к высокой температуре те ла (40 °C). Кроме того, выявлена корреляция между смертностью от ра ка мочевого пузыря, прямой кишки и уровнями содержания в питьевой воде ТГМ, хотя механизм канцерогенеза до сих пор не раскрыт.

В странах – членах ЕЭС контроль за содержанием в питьевой воде ТГМ осуществляется на основе определения их суммарной концентра ции, которая в настоящее время не должна превышать 100 мкг/л.

Во многих государствах существует тенденция снижения величины ПДК ТГМ. Например, Агентство по защите окружающей среды США приняло норму для данных соединений 80 мкг/л и планирует дальнейшее её снижение до 40 мкг/л. В РФ ПДК хлороформа в питьевой воде установ лена на уровне 200 мкг/л в соответствии с требованиями СанПиН 2.1.4.1074-01 «Питьевая вода». Следует отметить, что в «Руко водстве на технологию подготовки питьевой воды, обеспечивающую вы полнение гигиенических требований в отношении хлорорганических со единений» 1989 г. (далее – Руководство 1989 г.) указано, что, хотя реко мендуемая величина рассчитана только для хлороформа, концентрации других ТГМ в воде должны быть ниже.

В 2003 г. введён в действие ГН 2.1.5.1315-03, в соответствии с ко торым в 2008 г. планировалось снижение ПДК хлороформа до 100 мкг/л. Однако он был пересмотрен, и с 2007 г. введён в действие ГН 2.1.5.2280-07, по которому планировалось в 2012 г. снизить ПДК хлороформа до 60 мкг/л. На рис. 3.2 представлена диаграмма измене ния ПДК хлороформа в разные годы в СССР и РФ.

Нормирование ПДК хлороформа в питьевой воде в разные годы в СССР и РФ 200 ПДК, мкг/л ГОСТ 2874-82 СанПиН 2.1.4.559-96 СанПиН 2.1.4.1074-01 ГН 2.1.5.1315-03 План 2012 г.

(не нормировалось) (по ГН 2.1.5.2280-07) Рис. 3.2. Изменение нормативной базы по хлороформу в разные годы в СССР и РФ Токсичность хлороформа, а также необходимость соблюдения по стоянно ужесточающихся допустимых норм его содержания в питьевой воде обусловливают постоянный поиск и применение различных мето дов обработки воды, позволяющих предотвратить или уменьшить обра зование ТГМ и других ЛХС. Некоторые из этих методов взяты из Руко водства 1989 г. и приведены на рис. 3.3.

В Руководстве 1989 г. отмечается, что существует два возможных направления уменьшения концентрации ЛХС в питьевой воде: предот вращение их образования при водоподготовке и удаление на заключи тельных этапах обработки воды. При отсутствии ЛХС в исходной воде целесообразно применять методы, предотвращающие образование ЛХС в процессе очистки воды. Если ЛХС присутствуют в исходной воде, не обходимо применять методы их удаления. Каждый из технологических приемов (см. рис. 3.3) можно рассматривать как самостоятельный, мно гие из них доступны и высокоэффективны, однако лишь комплексное их использование позволит снизить концентрацию ЛХС в питьевой воде до уровня ПДК.

В настоящее время практически невозможно отказаться от хлорсо держащих реагентов при очистке поверхностных вод, что в основном связано с их бактериальной загрязненностью. При использовании пред варительного хлорирования достигается не только хороший обеззара живающий эффект. Здесь важно то, что окислению хлором подвергают ся природные гуминовые вещества, обусловливающие цветность воды, так как хлорирование нарушает устойчивость коллоидных частиц водно го гумуса, способствуя их коагуляции.

МЕТОДЫ УДАЛЕНИЯ МЕТОДЫ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ Предотвращение образования Предотвращение загрязнения Сорбция Аэрация ЛХС в процессе водоподготов источников ки Порошкообразные Органическими вещества активированные ми - предшественниками угли ЛХС Гранулированные Летучими хлорорганичес активированные кими веществами угли Замена хлора другими Предварительная очистка воды от Изменения режима предваритель окислителями органических загрязнений ного хлорирования воды взвешенных растворимых Озон Уменьшение дозы Коагулирование Инфильтрация хлора Перманганат Дробное хлорирование Сорбция Пневмозавеса калия Связанный хлор Изменение точки Микрофильтрация ввода хлора (хлорамины) Рис. 3.3. Классификация технологических приемов очистки и обеззараживания воды, уменьшающих концентрацию ЛХС в питьевой воде Хлор оказывает эффективное обеззараживающее пролонгированное действие в распределительной сети водопровода, чего невозможно дос тичь при использовании других дезинфектантов. Применение диоксида хлора, озона, ультрафиолетового облучения не исключает заключи тельного хлорирования воды из-за отсутствия последействия этих реа гентов. На этапе вторичного обеззараживания в крупных системах водо снабжения с протяженной водопроводной сетью перед подачей питье вой воды в город длительное действие дезинфектанта в распредели тельной сети обеспечивается, как правило, использованием связанного хлора, образующегося при хлораммонизации. Необходимо также учиты вать, что альтернативные дезинфектанты могут привести к образованию других нежелательных побочных продуктов, которые недостаточно изу чены. Это потребует ввода дополнительной стадии очистки, что услож нит технологическую схему и соответственно увеличит стоимость водо подготовки. Например, установлено, что применение хлораминов при водит к увеличению содержания в питьевой воде нитритов и гидразина.


В настоящее время используются следующие методы удаления ЛХС, образующихся при очистке воды: сорбция, аэрация, обработка воды ультразвуком или магнитным полем. Эффективность их достаточно вы сока, но достигается при значительных капитальных и эксплуатационных затратах. Так, сорбцией на активированном угле удаляется более 90 % ЛХС, однако сорбционная емкость не всех марок угля по отношению к ним невелика. Метод аэрирования воды для удаления этих соединений максимально эффективен при удельном расходе воздуха 30 м3 на 1 м воды с исходной концентрацией ЛХС 100 мкг/л. В связи с этим предпоч тение отдается технологическим решениям, направленным не на удале ние ЛХС при обработке воды, а на предотвращение или минимизацию их образования при хлорировании.

Одним из способов уменьшения образования ЛХС при хлорировании является снижение в воде концентрации органических веществ, ответ ственных за их образование. Традиционная технология не позволяет полностью удалить из воды органические соединения, находящиеся в растворенном состоянии. Но, как показывает опыт, оптимизация работы сооружений первой ступени очистки воды, направленная на повышение эффективности коагуляции, позволяет несколько снизить содержание предшественников образования ЛХС в воде.

3.2. Экспериментальная часть Схема лабораторной установки. Экспериментальная часть прово дится на спектрофотометре DR2800 (прил. 4) по прилагаемой к прибору методике [7] с использованием реагентов фирмы HACH. Данная методи ка позволяет определять концентрацию тригалометанов в диапазоне от 0,01 до 0,600 мг/л в пересчете на хлороформ. Сущность методики со стоит в следующем: содержащиеся в воде ТГМ реагируют с N,N-диэтил никотинамидом в щелочной среде при нагревании. Затем образец охла ждается и подкисляется до рН 2,5. Образовавшийся диальдегид взаи модействует с индикатором G-amidoacid, в результате получается окра шенное Шиффово основание, интенсивность окраски которого пропор циональна концентрации ТГМ.

Модельный раствор хлороформа готовится по инструкции, приве денной в прил. 5. Предварительно определяют концентрацию хлоро форма в исходной воде, а затем в пробах, которые прореагировали с разными марками активированных углей.

Порядок выполнения работы 1. На спектрофотометре DR2800 (прил. 4) по номеру 725 найти мето дику определения ТГМ и нажать клавишу «Пуск».

2. Отобрать по 10 мл исходной и бидистиллированной воды в круг лые кюветы с плотно завинчивающимися крышками и добавить по 3 ка пли щелочного реагента «THM Plus Reagent 1». При закрытых крышках энергично перемешать содержимое кювет вращающими движениями.

3. В каждую из кювет добавить 3 мл реагента «THM Plus Reagent 2»

хлороформа и плотно закрыть кюветы крышками. Перемешать содер жимое кювет вертикальными движениями вверх-вниз.

4. Прокипятить кюветы в течение 5 мин на водяной бане. Включить соответствующий таймер на приборе DR2800.

5. Вынуть кюветы из водяной бани и охладить их в течение 3 мин в холодной воде. Включить соответствующий таймер на приборе DR2800.

6. Снизить pH охлажденных растворов путем добавления в каждый 1 мл смеси серной и фосфорной кислот «THM Plus Reagent 3». Данная реакция проходит с выделением тепла, поэтому кюветы еще раз охла дить в течение 3 мин в холодной воде. Включить соответствующий тай мер на приборе DR2800.

7. В каждую из кювет добавить содержимое одного пакетика реагента «THM Plus Reagent 4», закрыть кюветы крышками и тщательно переме шать вертикальными движениями вверх-вниз до полного растворения по рошка. Закрепить кюветы в вертикальном положении на платформе встряхивающего аппарата ЛАБ-ПУ-01 [8] и встряхивать в течение 15 мин.

Включить соответствующий таймер на приборе DR2800. По окончании времени встряхивания снять кюветы со встряхивающего аппарата.

8. Вставить кювету с бидистиллированной водой в кюветное отделе ние спектрофотометра и нажать на сенсорном экране клавишу «Ноль».

Прибор покажет значение 0 ppb.

9. Заменить кювету с бидистиллированной водой на кювету с иссле дуемой пробой и нажать на сенсорном экране клавишу «Измерение»

6 раз. На экране отобразится концентрация хлороформа, ppb. Первое показанное значение отбросить, пять последующих записать в табл. 3. и найти среднее арифметическое. Для перевода результатов измерения в миллиграммах на литр (мг/л) использовать следующее соотношение:

1 мг/л = 1000 ppb.

Таблица 3. Результаты исследования адсорбции хлороформа из модельного раствора Исходная Равновесные концентрации хлороформа С равн в № по- концентрация пробах воды, контактировавшей с углем марки хлороформа ка АГ-3 БАУ CS С за ния мг/л мг/л мг/л мг/л ppb ppb ppb ppb Ср.

Сорбционная емкость Г, мг/г Эффект очистки Э, % 10. В конические колбы емкостью 250 мл с притертыми пробками отвесить навески активированных углей (см. табл. 3.1) массой 1 г.

Затем в колбы прилить 200 мл исходной воды с известной концентра цией хлороформа.

11. Колбы с находящимися в них навесками угля и исходной водой плотно закрыть пробками, установить в вертикальном положении на платформе встряхивающего аппарата ЛАБ-ПУ-01 и встряхивать в те чение часа. По окончании встряхивания снять колбы со встряхиваю щего аппарата.

12. Отфильтровать актированный уголь, содержащийся в пробах, и повторить п. 2…9 (уже без установки нуля прибора) для определения равновесной концентрации хлороформа в фильтрате.

13. Рассчитать сорбционную емкость каждой марки угля количест во хлороформа, мг, адсорбированное 1 г активированного угля, Г, мг/г, по формуле C равн C Г, (3.2) 1000 где С0 исходная концентрация хлороформа, мг/л;

С равн остаточная (равновесная) концентрация хлороформа, мг/л;

200 объем пробы, прилитой к навеске угля, мл;

1 масса навески угля, г.

14. Эффект очистки Э, %, рассчитать по формуле C равн C Э. (3.3) C Найденные значения Г и Э записать в табл. 3.1.

15. Сделать вывод о сорбционной емкости активированного угля разных марок по отношению к хлороформу, сравнить полученные экспе риментальные данные с результатами исследований, указанных в Руко водстве 1989 г. и работах Т.А. Красновой.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ 1. Назовите несколько соединений из группы ТГМ и запишите их хи мические формулы.

2. Укажите основные причины образования ТГМ в водопроводной воде.

3. Каким методом определяются ТГМ на спектрофотометре DR2800?

4. Чем опасны ТГМ для человека?

5. Что называют сорбционной емкостью угля?

6. Назовите основные способы очистки воды от ТГМ.

7. Студент предлагает Горводоканалу ввести эксплуатационный пока затель герметичности водопроводной сети, значение которого будет опре деляться в зависимости от концентрации хлороформа в различных точках водоводов. Назовите достоинства и недостатки данного показателя.

8. С целью уменьшения количества образующихся ТГМ студент предлагает снизить дозы хлора при обеззараживании воды. Оцените возможные риски, связанные с подобным решением.

9. Охарактеризуйте состояние нормативной базы по хлороформу в нашей стране и за рубежом.

10. Назовите достоинства и недостатки сорбционной технологии очи стки воды от хлороформа.

Лабораторная работа № РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ДЕЗОДОРАЦИИ БЫТОВЫХ СТОЧНЫХ ВОД Цель: определить запах хозяйственно-фекальных сточных вод стан дартным методом;

исследовать влияние различных реагентов на изме нение запаха сточных вод;

оценить степень влияния сульфидов на запах.

4.1. Теоретические сведения Большинство трубопроводных коммуникаций, находящихся в эксплуа тации на сегодняшний день, были запроектированы еще в 50–70-е гг.

ХХ в. С того времени резко возросло число городских жителей, а также произошло расширение пригородов. Объекты городской канализацион ной сети, ранее изолированные, сегодня часто окружены не только про мышленными, но и жилыми зданиями. В связи с этим и с повышением требований к комфортности проживания жителей города возникла необ ходимость предотвращения выбросов неприятных запахов из объектов канализационной сети.

Выделение загрязняющих воздух веществ из сточных вод наблюда ется в основном в сооружениях механической очистки при механическом перемешивании, взрыхлении осадка, барботировании воды воздухом.

Ухудшает ситуацию поступление в голову очистных сооружений иловой воды и рециркуляционных вод при обработке осадков.

Сооружения биологической очистки (аэротенки, вторичные отстойни ки, биологические фильтры) в меньшей степени загрязняют воздух.

В них происходит постоянная отдувка в атмосферу газов.

Большая часть ощущаемых по запаху загрязнений находится в газо образной форме. Чем ниже температура кипения этих веществ и чем меньше их растворимость в воде, тем больше доля их в воздухе соглас но закону Дальтона:

Pi mi, (4.1) P где m i – масса растворимого газа;

Pi – давление растворимого газа;

P – давление окружающей среды.

Бытовые сточные воды выделяют запахи, которые по происхожде нию можно разделить на 4 большие группы:

– серные восстановленные соединения (сероводород (H2S);

меркап таны (CH3SH, C2H5SH и т.д.), органические сернистые соединения (среди которых наиболее распространены CH3-S-CH3, CH3-S-S-CH3);

– азотные соединения (аммиак (NH3), амины (CH3NH2, CH3-NH-CH3);

– летучие жирные кислоты (муравьиная и масляная кислоты);

– альдегиды, кетоны.


Органолептически обнаруживаются главным образом аммиак (NH4) и сероводород (H2S), формирующиеся в результате разложения органи ческих веществ, эти вещества являются и самыми стойкими, а также за крепляют другие запахи и продлевают их устойчивость к выветриванию;

специфические запахи, выделяемые органическими веществами, свиде тельствуют о наличии в воде промышленных стоков. На практике редко встречаются индивидуальные сильно пахнущие вещества, чаще это смесь веществ различного происхождения, которая и определяет каче ство воды.

Одним из веществ, присутствующих в сточной воде, являются суль фаты. С развитой системой стоков существует большой риск относи тельно септических условий в сточной воде, где сульфаты трансформи руются бактериями в сульфиды. Это очень токсичные вещества, даю щие неприятный запах внутри и поблизости от канализационных систем.

Так, сероводород (сульфид водорода) обладает крайне неприятным сильным запахом и является токсичным для человека. От его воздейст вия может пострадать не только персонал водоочистных сооружений, но и население близлежащих районов. Кроме того, сероводород приводит к коррозии бетонных и железных трубопроводов, а ремонтные и восста новительные работы поврежденных канализационных систем требуют огромных вложений.

Попадая в воду с бытовыми и промышленными стоками, синтетиче ские поверхностно-активные вещества (СПАВ) обусловливают появле ние устойчивых запахов (мыльный, керосиновый, канифольный).

Как правило, СПАВ усиливают стабильность запахов других примесей, катализируют токсичность находящихся в воде канцерогенных веществ, пестицидов, анилина и др.

Присутствующие в природных водах Севера и средней полосы Рос сии гуминовые кислоты и фульвокислоты, лигнины и многие другие ор ганические соединения естественного происхождения служат одним из источников образования фенолов, которые ухудшают их органолептиче ские свойства. При хлорировании воды, содержащей фенолы, образу ются диоксины.

Существует два способа измерения запахов:

– метод химического анализа (определение концентрации соответст вующего химического соединения);

– органолептический анализ (метод основан на остроте человеческо го обоняния и позволяет определить интенсивность запаха, вызывающе го неприятные ощущения).

Для химического качественного анализа применяются различные ме тоды в зависимости от определяемого вещества.

Для определения содержания серных восстановленных соединений производится анализ методом хроматографии в фазовой среде (анализ осуществляется на месте отбора проб);

при определении концентраций азотных соединений, летучих жирных кислот, альдегидов и кетонов – ме тодом десорбции и хроматографии в жидкой фазе высокого давления или газовой хроматографией с масс-спектрофотометрией в лаборатории.

Органолептический метод основан на порогах восприятия запахов единственным имеющимся уловителем запахов, а именно обонятельной слизистой оболочкой носа человека, и предполагает два вида измерений:

– измерение коэффициента разбавления запаха на пороге перцеп ции (при этой концентрации 50 % экспертов, входящих в экспертную группу, воспринимают запах, а 50 % – нет, концентрация пахучей смеси в таком случае равна порогу перцепции), который во Франции представ ляется безразмерным числом и обозначается К50. В англоязычных странах это же число выражено в единицах запаха на кубический метр воздуха, OU/м3;

– измерение интенсивности запаха в среде, сравниваемой с эталон ной шкалой.

Оба измерения производятся посредством статистической обработки устных ответов экспертной комиссии, которой на изучение представляют пробы пахучей среды. Чем многочисленнее состав комиссии, тем более воспроизводимы и достоверны измерения. Для каждого чистого вещест ва или пахучего соединения определяется пороговая концентрация.

Отбор проб для измерения запахов производят в соответствии с тре бованиями ГОСТ Р 51592–2000 «Вода. Общие требования к отбору проб».

Во всех случаях сначала устанавливают характер запаха (фекаль ный, рыбный и т.п.), затем определяют его интенсивность по пятибалль ной шкале или проводят пороговое испытание.

Определению запаха мешают сероводород и свободный хлор, если не являются предметом определения. Сероводород удаляют прибавле нием нескольких капель 10%-ного раствора ацетата кадмия, а свобод ный хлор – добавлением нескольких капель 10%-ного раствора тио сульфата натрия.

Запах воды, подвергаемой хлорированию, определяют спустя 30 ми нут после введения хлора.

По характеру запахи делят на две группы: естественного и искусст венного происхождения.

Обычно характер запаха воды описывается следующими терминами:

ароматический (огуречный, цветочный);

болотный (кислый, тинистый);

гнилостный (фекальный, сточный);

древесный, землистый, плесневе лый, рыбный, сероводородный, травянистый, неопределенный.

Запахи искусственного происхождения возникают при загрязнении во ды промышленными и сельскохозяйственными сточными водами. Их ха рактер определяют по названию тех веществ, запах которых они пред ставляют: фенольный, камфорный, аптечный, хлорный, металлический.

Интенсивность запаха в баллах или словесно определяют в соответ ствии с табл. 4.1.

Таблица 4. Определение характера и интенсивности запаха Оценка Интенсив Характер проявления запаха интенсивно ность запаха сти запаха Нет Запах не ощущается Запах сразу не ощущается, но обнару Очень сла живается при тщательном исследова- бая нии (при нагреве воды) Запах замечается, если обратить на это Слабая внимание Запах легко замечается и вызывает не Заметная одобрительный отзыв о качестве воды Запах обращает на себя внимание и Отчетливая заставляет воздержаться от употреб- ления Очень силь- Запах настолько сильный, что делает ная воду непригодной к употреблению Характер и интенсивность запаха исследуют при температурах 20 и 60 °C. Для этого воду наливают в колбу с широким горлом до 2/3 объема при 20 °C, накрывают часовым стеклом или притертой пробкой, встряхи вают вращательным движением, открывают пробку или сдвигают в сто рону часовое стекло и быстро определяют органолептически характер и интенсивность запаха или его отсутствие. Затем колбу нагревают до 60 °C на водяной бане и также оценивают запах. Метод определения запаха при 60 °С в Германии является стандартным методом DEV B.

Пороговое число определяют стандартным методом Американской ассоциации здравоохранения (APHA), который состоит в следующем.

Определение запаха проводят при 40 °С в не имеющей запаха колбе Эрленмейера вместимостью 500 мл, снабженной притертой пробкой, с соответствующим разбавлением сточных вод разбавляющей водой.

Для получения разбавляющей воды, не имеющей запаха, бутыль вместимостью 5 л наполняют гранулированным активированным уг лем и закрывают непахнущей резиновой или корковой пробкой с дву мя отверстиями.

Пороговое число определяется по формуле АВ ТО, (4.2) А где А – объем пробы, мл;

В – объем разбавляющей воды, прибавленной до исчезновения запаха, мл.

В случае сточных вод, имеющих очень сильный запах, вместо значе ний TO целесообразно использовать величину OII (Odor Intensity Index Units).Связь между этими величинами такова: TO 2OII.

В зависимости от природы возникновения запаха и химических со единений, обусловливающих запах, применяются различные методы изоляции источников запаха, а также способы дезодорации воды.

Существующие методы удаления запаха можно разделить:

– на вентиляцию (естественную, механическую);

– дезодорацию (физико-химическую, биологическую).

Физико-химическая дезодорация осуществляется промывкой газа в колонне с насадкой, обеспечивающей переход (сопровождающийся хи мическими реакциями) загрязнений в жидкую фазу. Промывающей жидкостью могут быть кислоты, щелочи, гипохлорит натрия, тиосуль фат, бисульфит.

Окислительная промывка. При промывке газов распылением серной кислоты удаляются азотные соединения (аммиак, амины);

использова ние в качестве окислителя гипохлорита натрия удаляет серные восста новленные соединения (сероводород, органические сернистые соедине ния, меркаптаны, аммиак и амины);

щелочная промывка содой улавли вает летучие жирные кислоты (ЛЖК), серные восстановленные соеди нения и остаточный хлор, частично углекислый газ;

промывка бисульфи том натрия и тиосульфатом натрия устраняет ЛЖК, остаточный хлор, альдегиды, кетоны.

Туманообразующие системы являются одним из наиболее эффектив ных средств для обработки запахов, связанных с органическими отхода ми. Система туманообразования создана таким образом, что его компо ненты высокого качества могут устранять неприятные запахи, за счёт по дачи микрочастиц в определенное время и при определённых условиях.

Туманообразующие системы также можно экономным образом использо вать для устранения запахов на рабочих местах, причём они могут при меняться как в закрытых помещениях, так и под открытым небом.

Вещества равномерно распределяются в воздухе, это позволяет равномерно очищать воздух, осаждая молекулы, вызывающие запах.

При этом частицы тумана с впрыскиваемыми химическими веществами притягивают молекулы, вызывающие запах, а силы гравитации завер шают работу. Примером таких систем могут служить аэрозольные уста новки «Туман» и «МАГ» различной комплектации, применяемые в зда ниях решеток, КНС и песколовок.

Дезодорация воды аэрацией. Для удаления из сточных вод летучих органических соединений может применяться аэрирование. На практике аэрирование проводят в специальных установках – аэраторах барбо тажного, разбрызгивающего, каскадного и смешанного типов.

В аэраторах барботажного типа воздух, подаваемый воздуходувка ми, распределяется в воде дырчатыми трубами, подвешенными в ре зервуаре (рис. 4.1), распылительными устройствами, расположенными на его дне.

1 3 Рис. 4.1. Схема аэратора барботажного типа:

1 – подача исходной воды;

2 – ввод воды в бар ботажную камеру;

3 – дырчатые пластины;

4 – воздухораспределитель;

5 – барботажная ка мера;

6 – магистральный воздухопровод;

7 – от вод аэрированной воды Глубина слоя воды в аэраторах такого типа колеблется от 2,7 до 4,5 м. Исследования показывают, что поскольку равновесие между кон центрациями веществ, имеющих запах, в жидкой и газообразной фазах достигается мгновенно, высота слоя воды при барботировании не игра ет существенной роли и может быть уменьшена до 1…1,5 м. Длитель ность продувация воздуха не превышает 15 мин. Расход воздуха со ставляет 0,37…0,75 м3/мин на 1 м3 воды.

В разбрызгивающих аэраторах вода распыляется при помощи сопел на мелкие капли, при этом увеличивается поверхность ее контакта с воздухом. Основным фактором, определяющим работу таких аэрато ров, является форма сопла и его размеры. Время соприкосновения во ды с воздухом, определяемое начальной скоростью струи и ее траек торией, обычно составляет 2 с для вертикальной струи, которая выбра сывается под напором 6 м. В аэраторах каскадного типа обрабатывае мая вода падает струями по ряду ступеней. Время контакта в этих аэраторах может быть изменено за счет увеличения количества ступе ней. Потери напора на аэраторах каскадного типа колеблются от 0,9 до 3 м. В аэраторах смешанного типа вода одновременно разбрызгивает ся и стекает тонкой струей с одной ступени на другую. Для увеличения площади соприкосновения воды с воздухом применяют керамические шары или кокс.

Общим недостатком аэраторов, построенных на принципе контакта пленки воды с воздухом, является их неэкономичность из-за большой площади, невозможность использо вания в зимнее время, потребность в мощной вентиляции при уста новке их в помещениях и склон ность к обрастанию.

Аэрирование воды в пенном слое осуществляется в инка-аэрато 3 2 ре (см. рис. 4.2), представляющем собой бетонный резервуар, на дне которого находится перфорирован ная пластина из нержавеющей ста ли. Вода равномерно распределя ется по пластине распределитель ной трубой. Для стабилизации слоя пены применяется специальная пе Рис. 4.2. Схема инка-аэратора: 1 – вен регородка. Аэрируют воду возду тилятор;

2 – подача исходной воды;

3 – слой пены;

4 – стабилизационная хом, подаваемым вентилятором.

перегородка;

5 – водослив;

6 – отвод Вода, пройдя инка-аэратор, выпус кается через водослив.

аэрированной воды;

7 – дырчатое дно Образование огромной пограничной поверхности между жидкой и га зообразной фазами обеспечивает высокую интенсивность процесса де зодорации. Однако аэрированием невозможно устранить стойкие запахи и привкусы, обусловленные наличием примесей, имеющих незначитель ную летучесть.

Сорбционная обработка активированным углем (способ Arurair A, рис. 4.3). Способ применяется для небольших объемов и малых расхо дов загрязняющих веществ. Принцип обработки заключается в том, что бы привести в соприкосновение подвергающийся очистке воздух с мас сой гранулированного активированного угля (ГАУ). Диапазон температу ры воздуха, необходимый для хорошей работы фильтра с ГАУ, равен 5…60 °С, время контакта составляет 2…3 с, а скорость восходящего по тока 0,5 м/с, что позволяет не допустить слишком большой потери напо ра. Высокие показатели по очистке от сероводорода (H2S – 99 %) и ши рокий спектр адсорбирующихся соединений, в частности летучих орга нических соединений, с трудом поддающихся очистке, и снижение пло щади установки за счет двухпоточного фильтрования обеспечило этому методу широкое распространение. Недостатком метода является необ ходимость предварительной подготовки воздуха к очистке.

Впуск загрязненного Активированный Двухпоточный воздуха уголь выпуск очищенного воздуха Активированный уголь Рис. 4.3. Схема двухпоточной адсорбционной очистки Адсорбционный метод с использованием активированного угля яв ляется одним из самых распространенных средств защиты воздушно го бассейна от загрязнений в европейских странах. Активированный уголь – один из наиболее эффективных адсорбентов, используемых для удаления из воздушных выбросов органических веществ, в том числе легколетучих органических соединений (ЛОС), дурно пахнущих и душистых соединений.

Применение активированного угля обеспечивает возможность устра нения практически всех запахов и значительное улучшение технологи ческих показателей воздушных выбросов. Использование технологии, основанной на адсорбции органических веществ на активированном уг ле, имеет следующие преимущества перед другими методами очистки:

– позволяет устранить из воздушных выбросов практически все запахи;

– устройство адсорбционных фильтров, необходимых для адсорбции органических веществ на активированном угле, не требует больших ка питальных затрат;

– адсорбция органических веществ на активированном угле не вызы вает протекания неконтролируемых химических реакций, приводящих к образованию химических веществ, отличных от веществ, содержащихся в исходном воздушном потоке;

– активированный уголь сам по себе является биологически и эколо гически инертным веществом и не оказывает негативного влияния на персонал предприятия и окружающую среду;

– в ряде случаев отработанный (насыщенный органическими веще ствами и потерявший адсорбционную емкость) активированный уголь может быть реактивирован и использован для очистки повторно.

Однако при использовании активированного угля или других Загрязненный адсорбентов необходимо удале воздух ние адсорбированного вещества и регенерация адсорбента. Все Вода + адсорбционные методы имеют питательные также общую проблему поддер вещества жания со временем падающей пропускной способности.

Биологическая обработка Материал (способ Arurair В, рис. 4.4).

Biolite Прикрепленные на материале Обработанный Biolite бактерии в незатопленном воздух биофильтре окисляют серово Сточная вода дород до серной кислоты, а ам миак – до нитратов. Уровень рН Рис. 4.4. Схема незатопленного биологиче- сточной воды может опускаться до 1,5 в зависимости от нагрузки ского фильтра по сероводороду и блокировать другие биологические реакции.

Метод применяется в качестве предварительной очистки для сильно загрязненного воздуха с последующей доочисткой на сорбционных фильт рах или химическим способом. Принцип работы аналогичен биологиче скому фильтру, однако при очистке воздуха фильтр не затапливается.

Как и все биологические способы, данный способ чувствителен к ко лебаниям температуры и для него характерен постепенный запуск.

Минимальная температура воздуха для применения метода минус 10 °С, воды минус 12 °С.

При большей (по сравнению с сорбционной установкой) занимаемой площади метод позволяет снизить расход реагентов (кислота, гипохло рит, сода) и активированного угля.

Биологические методы очистки воздуха от вредных примесей явля ются альтернативными методам адсорбции. Биологические методы основаны на естественной способности бактерий окислять и разлагать множество самых разных летучих соединений органической и неоргани ческой природы. Результатом деструкции, как правило, окисления, слу жит образование безвредных и, при необходимости, не обладающих за пахом веществ.

Биологические методы имеют некоторые недостатки. При пуске уста новки, смене состава или концентрации содержащихся в очищаемом воздухе загрязняющих компонентов необходим длительный период адаптации. Однако этот вопрос не актуален для выбросов из канализа ционных колодцев, поскольку образующиеся в них газы в определенных диапазонах отличаются стабильным составом. Кроме того, для поддер жания биологических систем очистки необходимо постоянно подпиты вать систему и удалять токсичные вещества.

Очистка воздуха термическими методами неэкономична в связи с низкой теплотворной способностью содержащихся в воздухе веществ.

Кроме того, в случае сжигания происходит дополнительный выброс в атмосферу загрязняющих веществ продуктов сгорания топлива.

Плазма и использование электромагнитных полей большой мощно сти приводят к высоким эксплуатационным затратам и требуют привле чения высококвалифицированного обслуживающего персонала.

Фотокаталитическая очистка и очистка с использованием электро магнитных полей малой мощности в настоящее время применяется для дезодорации воздуха, загрязненного молекулами органических веществ с большой молекулярной массой. Для обоснования возможности приме нения этих методов на объектах канализации необходимо проведение дополнительных исследований.

4.2. Экспериментальная часть Оборудование. Химические стаканы объемом 600 мл, спектрофото метр фирмы HACH с кюветами объемом 10 мл (прил. 4), реактивы для проведения опыта по методу «сульфид метиленовый синий» [7], проба бытовых сточных вод, анолит, активированный уголь.

Порядок выполнения работы 1. Отобрать 25 мл сточной воды (контроль) в химический стакан и добавлять дезодорированной воды до тех пор, пока запах не перестанет обнаруживаться, определить пороговое число по формуле (4.2), где А принять равным 25 мл.

2. В контрольном образце сточной воды определить содержание сульфидов по методике 8131 фирмы HACH. Данная методика позволяет определять концентрацию сульфидов в диапазоне от 5 до 800 мкг/л.

По номеру 690 найти методику определения сульфидов и нажать клавишу «Пуск». Отобрать по 10 мл дистиллированной воды (холостой раствор) и образца сточной воды. В каждую пробу добавить по 0,5 мл сначала реагента «Sulfide 1 Reagent», затем «Sulfide 2 Reagent». Вклю чить таймер на 5 мин, все время энергично перемешивая пробы. После звукового сигнала вставить кювету с холостым раствором в кюветное отделение и нажать на сенсорном экране клавишу «Ноль». Прибор по кажет значение 0,000 mg/L S. Затем вставить в кюветное отделение подготовленную пробу сточной воды и нажать клавишу «Измерение»



Pages:   || 2 | 3 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.