Обезвреживание и очистка воды на основе физико-химических технологий тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.36, кандидат технических наук Рогалева, Любовь Викторовна

• Рогалева, Любовь Викторовна
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Рогалева, Любовь Викторовна

ВВЕДЕНИЕ.

1. АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ И АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ СПОСОБОВ И СРЕДСТВ ОЧИСТКИ И ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ ВОДЫ ОТ ТОКСИЧНЫХ ПРИМЕСЕЙ.

1.1. Человек и окружающая среда.

1.2. Влияние качества пресной воды на безопасность жизнедеятельности человека.

1.3. Загрязнение воды и способы её очистки и обезвреживания.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ ПРИМЕНЕНИЯ ОЗОНА И ЕГО КОМБИНАЦИИ ДЛЯ ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ И ДЕЗИНФЕКЦИИ РАЗЛИЧНЫХ ВОД.

2.1. Основные характеристики и свойства озона.

2.2. Получение озона с использованием низкотемпературной плазмы барьерного разряда.

2.3. Взаимодействие озона с различными веществами.

2.4. Использование озона для очистки сточных вод и их обезвреживания

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ ОЗОНА В КОМПЛЕКСАХ СПОСОБОВ ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ И ДЕЗИНФЕКЦИИ ВОДЫ.

3.1. Озоно-электрохимическое обезвреживание (ОЭХО) воды от ионов тяжелых металлов.

3.2. Исследование эффективности метода ОЭХО для обезвреживаний воды от нефтепродуктов.

3.3. Исследование эффективности обезвреживания ПВС и питьевой воды (ПВ) от фенолов.

U 3.4. Разработка технологии для получения качественной питьевой воды.

3.4.1. Результаты лабораторных исследований по обезвреживанию питьевой воды от микроорганизмов.

3.4.2. Результаты лабораторных исследований по очистке питьевой воды от солей железа, марганца и мышьяка.

4. РАЗРАБОТКА СОВРЕМЕННЫХ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ ДЛЯ ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ И ОЧИСТКИ ВОДЫ НА БАЗЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ОЗОННОЙ ТЕХНОЛОГИИ.

4.1. Общие сведения.

4.2. Принципиальная технологическая схема установки для обезвреживания воды плавательных бассейнов объёмом ванн до 2300 м3.

4.3. Принципиальная технологическая схема установки для обезвреживания и дезинфекции воды плавательных бассейнов объёмом ванн до 250 м3.;.

4.4. Принципиальная технологическая схема установки для получения питьевой воды.

4.5. Принципиальная технологическая схема универсальной установки для обезвреживания воды от фенолов, ионов железа, марганца, соединеф ний мышьяка и микроорганизмов.

4.6. Принципиальная технологическая схема установки для обезвреживания воды от нефтепродуктов.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Обезвреживание и очистка воды на основе физико-химических технологий»

Актуальность темы диссертации. Взаимодействие человека и природы с развитием цивилизации возрастает, усложняется и на современном этапе развития характеризуется усиленным целенаправленным воздействием на природу, которое обусловлено развитием производства, урбанизацией регионов, ростом численности населения, вовлечением в процесс производства практически всех природных ресурсов.

В последнее время человечество стало остро воспринимать угрозу резкого ухудшения качества среды обитания, поскольку изменения в окружающей среде достигли критического предела, в результате чего многие явления приобрели характер катастроф: возрастающий недостаток доброкачественной пресной воды, исчезновение многих видов животных и растений, загрязнение воды, почвы и воздуха (в результате практической деятельности человека в атмосферу, водоёмы и почву в мире ежегодно выбрасывается более 3 млрд. т. твёрдых промышленных отходов, 500 км3 опасных сточных вод, около 1 млрд. т. аэрозолей и более 6 млрд. т. токсичных газов [1-3].

Все компоненты окружающей среды тесно связаны между собой, и все они, в той или иной степени, подвергаются загрязнению. Гидросфера - один из самых важных компонентов природной среды, она обеспечивает жизнедеятельность растений и животных, которые в основном состоят из воды; жизнь на Земле возникла в гидросфере, и вода - единственное в природе вещество, которое не может быть заменено другими.

В настоящее время человечество ежегодно потребляет почти четыре тыс. км3 пресной воды (половина этого количества потребляется безвозвратно, другая превращается в сточные воды), что составляет примерно треть от максимально возможного уровня потребления.

Интенсификация промышленного и сельскохозяйственного производства, урбанизация регионов, демографический рост приводит к усиленному загрязнению гидросферы нефтепродуктами; неорганическими и органическими токсическими веществами, входящими в состав сточных вод промышленных предприятий, а также стоков сельскохозяйственных производств и атмосферных осадков (содержащих токсические вещества, выбрасываемые промышленными предприятиями в атмосферу); подогретыми водами ТЭС и АЭС; патогенными микроорганизмами, грибками и водорослями. Поэтому, наряду с созданием производственных технологий, позволяющих более экономно использовать воду, необходима разработка эффективных технологических схем для очистки сточных вод перед сбросом их в водоёмы, а также схем обеззараживания и обезвреживания воды при подготовке её для практического использования.

Используемые на практике способы очистки воды обычно разделяют на группы: механические, физико-химические (в том числе электрохимические), химические, биологические, термические. Выбор метода очистки производится с учётом состава, объёмов и физико-химических свойств загрязняющих примесей; санитарных и технологических требований; эффективности процесса обезвреживания; экономической целесообразности использования того или иного набора энергетических и материальных ресурсов, а также наличия необходимых производственных площадей.

Применение тех или иных способов очистки позволяет решить какую-либо одну задачу (узкоспециализированные установки), и только сочетая эти способы, можно добиться высокой степени очистки воды.

В последние годы для обезвреживания и обеззараживания сточных вод и особенно при подготовке питьевой воды и воды плавательных бассейнов все чаще стали использовать озонирование, а также сочетание озонирования с другими физико-химическими методами, поскольку озон, по сравнению с кислородом и хлором, имеет целый ряд преимуществ: высокий окислительный потенциал; возможность получения непосредственно на очистных установках; отсутствие токсических соединений в качестве продуктов реакции; постоянство солевого состава очищаемых сточных вод; высокое быстродействие озона как обеззараживающего и бактерицидного реагента.

Методы обезвреживания, включающие озонирование, позволяют создавать устройства, обладающие высокой производительностью, незначительными габаритами, и тем самым обеспечивающие снижение затрат на капитальное строительство [5, 6]. Теоретические предпосылки и широкий спектр экспериментальных исследований позволили разработать комбинированный способ обезвреживания воды и создать принципиально новые технологические схемы для решения конкретных задач.

Актуальность темы диссертации подчёркивается её соответствием основным направлениям научно-практической деятельности Международной академии наук экологии, безопасности человека и природы (МАНЭБ), ЗАО «Экологический институт».

Целью диссертационной работы повышение эффективности и качества обезвреживания и очистки воды на основе озонной технологии.

Задачи и методы исследований: обоснование эффективности физико-химических озонных технологий; лабораторные исследования; анализ и выявление закономерностей процессов очистки и обезвреживания воды; создание технологических схем установок комплексной очистки и обезвреживания воды на основе комбинированных физико-химических методов, включающих озонирование.

На защиту выносятся следующие положения:

- теоретическое и экспериментальное обоснование эффективности комбинированного способа обезвреживания и очистки сточных вод на базе озонной технологии;

- технологические схемы модульных установок, обеспечивающие реализацию процессов комплексной очистки вод от токсичных примесей и микроорганизмов.

Научная новизна работы заключается:

- в обосновании повышения эффективности обезвреживания воды на основе одновременного воздействия физико-химических способов, включающих озонную технологию очистки воды от ионов тяжелых металлов, солей железа, марганца и мышьяка, нефтепродуктов, фенолов и микроорганизмов, по сравнению с последовательным применением каждого из способов;

- в экспериментальном подтверждении возможности использования низкотемпературной плазмы барьерного разряда звуковой частоты для получения озона при подготовке питьевой воды и воды плавательных бассейнов, очистки воды от токсичных и вредных примесей; при этом параметры озонной технологии (концентрация озона в озоно-воздушной смеси, производительность установки, время контакта очищаемой воды и озоно-воздушной смеси, время фильтрации и т.д.) определяются в каждом конкретном случае в зависимости от степени загрязнения исходной воды;

- в теоретическом обосновании принципиальных технологических схем модульных установок, предназначенных для реализации комбинированных физико-химических технологий для обезвреживания и очистки воды.

Практическая ценность состоит в разработке методики, технологических операций, технологических схем и эффективных комбинаций озонирования с другими электоро-химическими способами очистки и обезвреживания сточных и природных вод.

Достоверность полученных выводов и рекомендаций базируется на достаточном объеме и удовлетворительной сходимости данных теоретических и экспериментальных исследований с использованием современной лабораторной и контрольно-измерительной аппаратуры, а также положительными результатами апробации разработанных научных положений.

Личный вклад автора заключается в постановке задач исследований, выборе методики их решения, руководстве и непосредственном участии при проведении теоретических и экспериментальных исследовании, а также в обработке и анализе результатов выполненных экспериментов.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались на VII Международной конференции "Экология и развитие Северо-Запада России", СПб., 2002, на VIII Международной конференции "Экология и развитие общества", СПб., 2003, на Всероссийской научно-практической конференции "Гигиенические проблемы водоснабжения населения и войск", СПб., 2003, на Международной конференции "Экология антропогена и современности: природа и человек", Волгоград-Астрахань, 2004.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 15 научных работ.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов и списка литературы; изложена на 182 страницах машинописного текста, содержит 46 рис. и 25 табл. Библиографический список включает 142 наименования, из них 24 иностранных.

Заключение диссертации по теме «Геоэкология», Рогалева, Любовь Викторовна

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Анализ статистических данных ВОЗ и других источников позволил подчеркнуть актуальность во всероссийском масштабе получения качественной питьевой воды для населения и воды, используемой в спортивно-оздоровительных комплексах, а также проблемы обезвреживания и очистки сточных, поверхностных и подземных вод с целью их дальнейшего использования в производственных целях

2. Анализ технической литературы (научно-техническая и справочная литература, научно-техническая периодика, монографии, обзорные публикации) позволил сформулировать идеологию проведения исследований с применением комбинированных физико-химических методов обезвреживания и очистки различных вод с обязательным включением процесса озонирования ввиду исключительных характеристик и свойств озона, разработать детальную программу проведения лабораторных исследований.

3. На основании экспериментальных данных получены эмпирические формулы, отражающие зависимость эффективности обезвреживания от параметров и условий экспериментов; построена простая феноменологическая модель, описывающая эмпирические закономерности обезвреживания воды от фенола.

4. Выполненный комплекс лабораторных исследований позволил разработать ряд технологических схем для решения конкретных задач:

- для обезвреживания и обеззараживания воды плавательных бассейнов;

- для получения питьевой воды соответствующей санитарным требованиям из различных источников;

- для обезвреживания воды от фенолов и нефтепродуктов;

- для доочистки питьевой воды от ионов железа и марганца.

5. Проведённые исследования по воздействию физико-химических методов на токсичные вещества позволили разработать комбинированный способ обезвреживания и очистки воды от нефтепродуктов и ионов тяжёлых металлов.

6. Анализ экспериментальных данных по обезвреживанию воды от микроорганизмов позволил спланировать и выполнить эксперимент по изготовлению бетонных элементов (компоненты бетона предварительно подвергались воздействию озона) и по положительным результатам разработать способ по улучшению прочностных характеристик изготовляемого бетона [141]. Данный эксперимент позволяет говорить о возможности реальной борьбы с биодеструкцией промышленных и бытовых сооружений и памятников архитектуры.

7. Реализованы результаты анализа технической литературы при изготовлении генератора озона для обезвреживания воды плавательного бассейна объёмом ванны 2300 м3.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Рогалева, Любовь Викторовна, 2004 год

1. Панов Г.Е., Петряшин Л.Ф. Охрана окружающей среды. -М.: Недра, 1996.

2. Ленихен Дж., Флотнер У. Здоровье и окружающая среда. -М.: Мир, 1989.

3. Хотунцев Ю.Л. Экология и экологическая безопасность. —М.: ACADEMA, 2000.

4. Вода как природный ресурс. -Смоленск, 1986.

5. Современные технологии и оборудование для обработки воды на водоочистных станциях.-М. 1987.

6. Мазаев В.Т., Шлепнина Т.Г., Мандрыгин В.И. Контроль качества питьевой воды. -М.: Колос, 1999.

7. Алексеев А.И., Середа М.В., Юзвяк С. Химия воды: Теория, свойства применения. -СПб.; Щецин: СЗТУ. 2001.

8. Алексеев А.И, Середа М.В., Юзвяк С. Химия воды: Водные системы, классификация, вредные и токсичные вещества. -СПб.; Щецин: СЗТУ. 2001.

9. Яковлев С.В., Карелин Я.А., Ласков Ю.М., Воронов Ю.В. Очистка производственных сточных вод. -М.: Стройиздат. 1985.

10. СанПиН 21.4.559-96. Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества. —М.:Госкомсанэпидемнадзор России, 1996.

11. СанПиН 4630-88. Санитарные правила и нормы охраны поверхностных вод от загрязнений. -М.:Минздрав СССР, 1988.

12. Ксенофонтов Б.С. Химия и основы технологии очистки воды. -М. 1997.

13. Очистка воды от пестицидов.-Киев, 1990.

14. Родионов А.И., Клушин В.Н., Торочешников Н.С. Техника защиты окружающей среды. -М.: Химия, 1989.

15. Кульский Л.А. Теоретическое обоснование технологии очистки воды (классификация примесей воды и выбор методов её очистки). -Киев, 1968.16