Современные методы очистки воды.Очистка воды хлором. Предложить новый способ по очистке воды.

Введение
Современные методы очистки воды
Общие положения
Коагулирование воды
Комплекс сооружений для коагулирования
Смесители
Осветлители
Отстойники
Фильтрование воды
Промывка фильтров
Отвод и подача промывной воды
Обеззараживание воды и уничтожение в ней запахов и привкусов
Очистка воды хлором
Хлорирование воды
Хлорирование воды хлорной известью.
Хлорирование воды гипохлоритом натрия (NaCIO).
Перехлорирование и дехлорирование
Хлорирование с аммонизацией
Новый способ по очистке воды.
Экспериментальная часть
Выбор объектов исследования
Лабораторные установки для проведения экспериментов
Обсуждение результатов
Технологическая часть
Технико-экономический анализ
Выводы
Литература

Изобретение предназначено дляхлопьябразования коагулируемых веществ в потоке и может бытьиспользовано, например, при очистке сточных вод и других аналогичныхтехнологических процессах.2)Смеситель - отстойник. Изобретение относится к водоснабжению иможет быть использовано для подготовки промышленной воды.3)Способ очистки загрязненных вод поверхностных водоемов. Способпредназначен для очистки вод поверхностных водоемов, загрязненныхнеорганическими веществами, в частности металлами и организмами.4)Устройство для осветления воды. Изобретение относится к устройствам ипозволяет повысить степень осветления воды.5)Способ очистки природных вод. Способ очистки природных вод,включающий её коагуляцию отличающийся тем, что передэлектрогоагуляцией отделяют механические примеси, аэлектрогоагуляцию ведут с использованием анодов из стали.6)Способ приготовления коагулянтов для очистки природных и сточныхвод. Приготовляется путем взаимодействия воды, гидроксида алюминияи серной кислоты при температуре 110-120 градусов Цельсия отличаетсятем, что в качестве воды используют промывную воду.7)Способ получения коагулянта.8)Способ получения смешанных коагулянтов на основе солей алюминия ижелеза.Подробнее в данном курсовой работе мы будем рассматривать патент под №5.Данный способ, предложенный Чантурией В.А. отличается тем, чтоперед электрокоагуляциейотделяют механические примеси, а электрокоагуляцию ведут с использованием анодов из стали Ст.З или комбинированных анодов из стали Ст.З и алюминия при плотности тока 2-60 А/м2 с последующим отделением осадка от осветленной воды и подачей осадка на смешение с очищаемой водой перед стадией электрокоагуляции при соотношении объемов осадка и воды от 1:50 до 1:500 фильтрацией осветленной воды и электрохимической обработкой фильтрата в бездиафрагменном электролизере с нерастворимыми анодами.Способ по п.1 отличается тем, что комбинированные аноды изготовлены из стали Ст.З и алюминия в соотношении 6:1, осадок на смешение с очищаемой водой подают при содержании твердой фазы в осадке 10-15%, осадок можно использовать для очистки воды в течение 1-10 дней после его получения.Экспериментальная часть1.Выбор объектов исследования.2.Лабораторные установки для проведения экспериментов.3.Обсуждение результатов.Выбор объектов исследованияДля выбора оптимальных соотношений Fe, Al, Si был проведен полнофакторный эксперимент. Этот эксперимент рассматривает и анализирует характеристические точки многомерного факторного пространства. Чтобы значительно облегчить способы расчетов полученных результатов и резко снизить количество экспериментов, которые необходимо проводить, были выбраны определенным образом условия проведения экспериментов, координаты каждой точки были также заданы. Для оценки плана проведения эксперимента был выбран интервал варирования для каждого фактора. Этот интервал для нашего случая равняется 0,5Д - 1,5 Д; где Д - это расчетная доза коагулянта. Величину интервала варирования выбирали такую, чтобы она была не слишком малой, а также не слишком большой, но больше или равно, чем ошибка фиксации или точность измерения данного фактора. На основе этого была построена матрица планирования (см. табл. 4.1).Таблица 1Матрица планированияЦветность,FeALSiВремя осажденияград.821,61,42,2530,81,42,2541,20,72,2541,21,21,95601,21Д2,45251,21,92,328601,91,52,48241,31,62,67301,61,42,2221,50,82,2150,81,42,1X1,00,72Д252,31,82,5181,70,52,1192,070,672,3X1,92,22,5191,802,0X2,112,3XПримечание:1. Цифры даны в долях от дозы. 2. Время дано в минутах. Это осаждение на 1 см без флокулянтов. 3. Осаждение было маленьким.После проведения вышеуказанных опытов были выбраны оптимальные соотношения (см. таблицу 2)Таблица 2 Соотношения доз реагентов, мл 1% раствор№Доза реагентов(1% раствор), млопытаFeCl3A12(SO4)3SiO31-30,0323,630,0331,81,50,0342,94,240,045Лабораторные установки для проведения экспериментовИсследования были проведены в ВоГТУ в лаборатории водоснабжения и водоотведения и на очистных сооружениях водопровода г. Вологда. Установки представляли собой 4 колбы вместимостью 200 мл и 4 цилиндров вместимостью 1 литр.Обсуждение результатовПо данным таблицы 2 (см. выше) были проведены исследования на очистной станции водопровода г. Вологда. Исследования проводились на воде забираемой ОСВ из реки Вологда. На момент исследования цветность в реке составляла 68,4 градуса, а мутность - 50,96 мг/л (по данным лаборатории ОСВ). Опыты проводили в цилиндрах вместимостью 1 литр. После ввода реагентов в каждый цилиндр, производили перемешивание в течении 2 минут и оставляли до полного осаждения хлопьев. Время осветления воды у каждого цилиндра было разное (см. таблицу 3).Таблица 3Время осветления воды№ опытаВремя осветления, час.11,522,533,044,5Отсюда можно увидеть, что на осветление воды в 1 цилиндре было затрачено времени меньше всех; больше всех - в 4 цилиндре.Анализ воды на цветность и мутность в каждом цилиндре показал, что эффект осветления лучше всех оказался в 3 цилиндре, хуже всех - в первом цилиндре (см. табл. 4).Таблица 4Анализ воды на цветность и мутностьисходная вода№ опытапосле осветленияцветность, град.мутность,мг/лцветность, град.мутность,мг/л68,450,96154,60,11««216,80««38,40««414,00Также был сделан анализ воды на остаточное железо. Результатызанесены в табл. 5.Таблица 5Анализ воды на остаточное железо№ опытаОстаточное железо,мг/л10,5723,09430,741,66По СанПину остаточное железо в питьевой воде не должно превышать 0,3 мг/л, следовательно исследуемая вода не соответствует требованиям стандарта на питьевую воду по железу.В ходе эксперимента был проведен седиментационный анализ дисперсности осадка (хлопьев). Он заключается в том, что исследуемый порошок переводят в суспензию и определяют скорость осаждения частиц под действием сил тяжести. В качестве порошка брали исследуемый осадок, который образовывался после осветления воды. Обработку результатов выполняли аналитическим методом. Результаты анализа приведены в табл. 6 для четырех проб.Таблица 6 Результаты седиментационного анализаИнтервалВремяМассаМассаОтноситвремени,осаждениячашечки сосадка, мгельнаямин.частиц отосадком,массаначаламгосадка,опыта, мин.%11261721,220,351.352721133,340,252,002841236,370.3510,003042060,62515,0033632970,800,80666201,552,35721240,10,253,00741446,81,004,00761653,59,0013,008929975,0018,008929971,001,00ПО625,32,003,001181459,05,008,0012723975,0013,0012723971,151,15173418,41,553,001801150,814,007,001851778,524,0011,0019021975,0016,004902197По этим данным определяли дисперсионный состав суспензии осадка коагулянта определенный аналитическим методом (см. табл. 7,8,9,10).Таблица 7Дисперсионный состав суспензии осадка коагулянта определенный аналитическим методом для пробы № 1г,мкмХрасч.Q(τ)Ф(τ),%rF(r)F(r)172,3899,599,11,5947,8233,3098,996,92,4123,3511,939693,766,768,6105,4991,486,9413,573,67202,5282,574,4824,321,28301,674,3562,731,30,56401,1667,0153,1235,090,25500,960,3744,636,50,09Таблица 8.Дисперсионный состав суспензии осадка коагулянта определенный аналитическим методом для пробы № 2г,мкмХрасч.Q(τ)Ф(τ),%rF(r)F(r)1179,06----277,9499,899,151,5623,4525,9698,1297,103,538,961011,2995,7393,248,004,15204,9290,5285,1216,261,73303,0384,9679,9923,540,92402,1479,6069,6729,260,55501,6374,8262,5538,100,34Таблица 9Дисперсионный состав суспензии осадка коагулянта определенный аналитическим методом для пробы № 3г,мкмХрасч.Q(τ)Ф(τ),%rF(r)F(r)1064,2599,598,912,431,742018,4597,5695,028,000,82308,8994,3389,8117,020,49405,2990,8483,6526,690,33503,5587,0276,3036,930,231001,0263,8740,1564,310,041500,4942,5215,9648,290,012000,2927,645,6622,300,006Таблица 10Дисперсионный состав суспензии осадка коагулянта определенный аналитическим методом для пробы № 4г,мкмХрасч.Q(τ)Ф(τ),%rF(r)F(r)2084,1499,5-3,0-3024,939895,1714,43-4010,5295,6088,632,01-505,3891,2079,1457,18-1000,6752,027,74106,7-1500,1918,0-8,87-15,90-Технологическая часть1.Технологическая схема подготовки и применения сложныхкоагулянтов.2.Расчет технологического оборудования.1.Технологическая схема подготовки и применения сложных коагулянтов.где1- фильтр - сетки; 2 - разделительная камера; 3 - реактор; 4 дозатор кремниевой кислоты; 5 - смеситель; 6 - осветлители рециркуляторы; 7 - фильтры; 8 - резервуар чистой воды.2. Расчет технологического оборудования (электрокоагулятор)Для определения габаритных размеров ЭК принята необходимая доза коагулянта по результатам экспериментальных проверок представленной пробы - Дк = 3.,4 г/м3. Расчет производился для обработки потока мощностью Q = 14,58 м3/ч и выделения соответствующей дозы коагулянта Дк14.58= 57,4 г/ч. Дляобеспечения необходимой дозы коагулянта на поток мощностью Q = 145,8 м3/ч организуется блок - модуль из 10 секций, работающих на поток 14,58 м3/ч, соединенных последовательно.Результаты расчета:Размер сечения ячейки: Н=1 см, В=10 смПлощадь ячейки, по которой проходит турбулентный поток: 0,1дм2Количество проходных ячеек коагулятора: 16 шт.Количество электродов: 17 шт.Сила тока для Fe: 71,15А для Al: 201,2АПлощадь электродов: Fe – 0.7м2Al – 2,01м2Длина электродов 12,5 мНа основании расчета были сделаны технические характеристики секции ЭК:Производительность по току – 14,56 м3/чПроизводительность по коагулянту – 57,4 г/чКоличество электродов в блок-секции, шт. – 17Размеры электродов Д-Ш-В - 1000*100*10Количество блоков электродов в секции – 5Сила тока – 272,35 АНапряжение питания – 7-8 ВГабаритные размеры ЭК, общие – 2000*150*13000, по основанию – 2000*150Технико-экономический анализНа момент ведения данной работы на очистной станции водопровода г. Вологда находились 3 блока очистных сооружений:1 блок очищал 30 тыс. куб. м воды.2 блок очищал 63 тыс. куб. воды3 блок очищал 35 тыс. куб. м воды.3 блок очистных сооружений водопровода рассчитан на очистку 35 тыс. куб. м воды. Он включает в себя 6 фильтров, 6 осветлителей-рецеркуляторов. Перед тем как вода попадет на осветлители- рецеркуляторы, она поступает на микрофильтры, которых на 3 блоке три, затем в смеситель коридорного типа, а оттуда далее до резервуара чистой воды. Фильтры на 3 блоке промывают 2 раза в сутки в 9-00 и в 11-00. Продолжительность промывки – 10-15 минут. Все задвижки автоматические. Реагентное хозяйство имеет 6 затворных баков. Имеются 2 бака для приготовления угольной пульпы. Для фторирования имеются 2 бака. На ОСВ г. Вологда при очистке от цветности и мутности применяют сернокислый алюминий. Привозят его на станцию товарным поездом. Сернокислый алюминий – это порошок белого цвета. Его приготовляют в специальных растворных баках, из которых он дозируется в рабочие, а из них к месту ввода. Как показали проведенные анализы очистки воды, с применением сернокислого алюминия вода осветляется, но даже невооруженным глазом можно увидеть, что мутность воды есть, пусть и небольшая. Наряду с анализом по очистке воды с применением сернокислого алюминия были проведены еще три, но с применением смешанных реагентов:хлорида железа, сернокислого алюминия и кремниевой кислоты, а также хлорида железа и кремниевой кислоты. Эти анализы показали лучший результат, чем анализ при очистке воды только сернокислым алюминием с добавлением флокулянта (вода была значительно светлее). Отсюда можно сделать вывод, что смешанные реагенты при очистке природных вод дают хорошие результаты.В данной работе было проведено сравнение двух вариантов себестоимости воды. Базовый вариант включает в себя существующую стоимость 3 блока. Во втором варианте посчитана себестоимость воды с применением сложных коагулянтов.(цены 1995 года)На 3 блоке очистных сооружений используется в качестве коагулянта сернокислый алюминий. Всего для 3 блока требуется 1,05 т коагулянта. Стоимость 1 т сернокислого алюминия равняется 2731 руб. Тогда стоимость для 1,05 т равняется- 2867,55 руб. Доза ПАА равняется 0,14 г/куб.м. Следовательно для 35000 куб.м. равняется - 4900 г/м3. Стоимость ПАА за 1 т равняется 4032руб. Отсюда стоимость ПАА для 3 блока равна - 19,75 руб.Доза силиката натрия составляет 3 мг/л. Для нашего случая она составит - 105000 г/м3 = 105 кг/м3. Стоимость 1 кг силиката натрия составляет 1 рубль 36 коп. Для 105 кг стоимость будет равна 142 рубля 80 коп.3 блок очистных сооружений имеет 3 шкафа, откуда забирается электроэнергия. Их характеристики приведены в табл. 11.Таблица 11Характеристики шкафов электроэнергии№ шкафаУстановленная мощностьРабочая мощность169,9532,49238,7823,63341,619,9Итого:150,3376,02Все расчеты электроэнергии производились по рабочей мощности которая согласно табл. 6.1 равняется 76,02 КВт/ч. Так как задвижки на 3 блоке работают в основном 1-1,5 часа в сутки и принимая во внимание освещение в ночное время (летом) общий расход электроэнергии составит около 5 часов всутки, тогда мощность на 3 блоке будет равна 380,1 КВт/ч. За 1 КВт/ч станция платит 0,516 руб, тогда за 380,1 КВт будет затрачено - 196, 13 руб. При установке нового оборудования (электрокоагулятор) затраты на электроэнергию возрастут на 3,6 КВт/ч, следовательно на 1,86 рублей. Для второго варианта потребуется Сталь 3 и алюминий. Стоимость алюминия составляет 15 руб./кг. Всего требуется 229, 5 кг алюминия. Отсюда стоимость алюминия для электрокоагулятора равна 4131 рублей. Сталь 3 (листовая) стоит 5,66 руб./кг , тогда 649 кг будут стоить - 4408 рублей. В предлагаемый вариант будет включена еще разделительная камера, для разделения потока. Ее стоимость равняется приблизительно 80 тыс. рублей. С учетом амортизации остаточная стоимость будет равна 8.000 рублей. Весь расчет сведен в табл. 12.Таблица 12Изменение статей затрат себестоимости водыПараметрыБазовый вариантПредлагаемый вариантРеагенты: Сернокислый алюминий Полиакриламид железный электрод алюминиевый электрод Силикат натрия Престол2867,55 19,75924404131 4408 142,8Электроэнергия196,13197,94Амортизация1484547845Итого:110368,4356724,74Отсюда можно увидеть, что предлагаемый вариант дешевле базового почти в 2 раза.ВыводыВ данной работе был проведен обзор существующих современных методов очистки воды и предложен новый способ очистки воды с применением сложных коагулянтов. Данный способ очистки был проведен экспериментально на очистной станции города Вологды. В работе были проведены исследования по очистке воды на применение сложных коагулянтов, которые в свою очередь значительно улучшают эффект осветления воды. В работе показаны результаты опытов проведенных на воде забираемой очистной станцией для очистки с использованием алюминиевых, железо-алюминиевых, железо-алюминиево-кремниевых коагулянтов. В ходе этих опытов были получены предварительные соотношения чистых компонентов коагулянтов, которые равны 4:1:2 для Fe:Al:Si соответственно. Для последнего типа электродов предварительно были получены хорошие результаты по снижению мутности, цветности, жесткости.Литература1.Яковлев С.В., Краснобородько И.Г., Рогов В.М. Технология электрохимической очистки воды.-Л.:Стройиздат, ленинградское отделение, 1987.-312 с.:илл.2. Кульский Л.А., Строкач П.П. Технология очистки природных вод.- Киев: Вища школа, 1981.-382с.3.Николадзе Г.И. Технология очистки природных вод: Учеб. Для студентов вузов специальности «Рациональное использование водных ресурсов и обезвреживание промышленных стоков».-М.:Высш.шк., 1987 – 419с.4. Молодые исследователи – РЕГИОНУ. Доклады межвузовской студенческой научной конференции г. Вологды. ВоГТУ. 20005.Абрамов Н.Н. Водоснабжение: Учебник для вузов.-3-е изд., перераб. и доп.- М.:Стройиздат, 1982 – 440с., илл.6.Бабенков Е.Д. Очистка воды коагулянтами. – М.: Наука, 1977. – 356 с. 7. Русанова Н. А. Подготовка питьевой воды с учетом микробиологических и паразитологических показателей // Водоснабжение и сан. техника. 1998. № 3.8. Удаление вирусной микрофлоры при водоподготовке / Н. А. Русанова, Г. Г. Непаридзе, А. Е. Недачи и и др. // Водоснабжение и сан. техника. 1993. № 2.