Автореферат (Комплексное оборудование и технологические процессы промышленного производства анолита и феррата), страница 5

Поэтому его необходимо оперативно использовать дляочистки и обеззараживания воды.В четвертой главе приведены результаты испытаний КЭА на водоочистныхсооружениях в г. Дзержинск и экспериментальные исследования обеззараживания анолитоми ферратом натрия. КЭА представляет собой независимо функционирующие электролизныемодули с индивидуальными САУ – хлораторы вырабатывают анолит для хлорирования водыи щелочь, ферратор производит феррат натрия из электролизной щелочи и расходуемогоанода. Хлораторы на очистных сооружениях включены в системы первичного и вторичногохлорирования вод, подаваемых для нужд населения, в связи с чем изменение параметровработы хлораторов не допускалось. В результате испытаний (табл.

3) производительностьхлоратора на линии вторичного хлорирования в пересчете на одну электролизную камерусоставила 1060 г/ч хлора (25,43 кг/сутки) при энергозатратах 2,72 кВт∙ч/кг хлора (таблица 3).Производительность 2-х анодных камер ферратора в среднем составила 173 г/ч феррата(4,150 кг/сутки) при энергозатратах 5,98 кВт∙ч/кг феррата, что в пересчете на 5 анодныхкамер соответствует 432,43 г/ч феррата (10,38 кг/сутки). Полученные результаты отличаютсяот расчетных не более, чем на 3%.19600,1683,32,72323000,0555,85,983,4357500,0555,85,983,43Масса, m,кг/сут (г/ч)Выход по току,h, %Энергозатраты Wfr,кВт∙ч/кгЭнергозатраты,W,fкВт∙ч/кг25 кг/сут(1040 г/ч)4 кг/сут(168 г/ч)10 кг/сут(417 г/ч)Плотность тока,j, А/см2КоличествоCl2КоличествоNa2FeO4Сила тока, I, АПараметрРасчетноезначениеКол-воанодныхкамер,N, шт.Таблица 3.

Производительность и энергопотребление хлоратора и ферратораИзмеренное значение25,43(1060)4,070(0,169)10,160(423)Для оценки промышленной применимости получаемого электролизным способомраствора феррата натрия в качестве дезинфектанта, окислителя и коагулянта была проведенаего апробация на поверхностных, сточных и токсичных водах.Апробировано обеззараживание раствором феррата натрия питьевой воды из реки Волга на водоканале г.

Дзержинска. Общие колиморфные (ОКБ) и термотолерантные колиморфные бактерии (ТКБ) не обнаружены при введенных дозах феррата, начиная с 0,5 мг/л (количество хлора, необходимое для получения такого же результата, составило 4,5 мг/л). Качество воды после обеззараживания раствором феррата натрия концентрацией от 0,5 мг/л соответствует требованиям СанПиН 2.1.4.1074-01. По предварительным результатам, перспективна замена первичного хлорирования на обработку ферратом натрия.На водоканале г.

Санкт-Петербург для доочистки хозбытовых стоков (после аэротенкови биологической очистки) ферратами достаточна доза 0,1 мг/л для доведения воды дотребований к микробиологическим показателям (таблица 4). Перспективна замена доочисткигипохлоритом на феррат натрия, обеспечивающая отсутствие хлора и хлорорганическихсоединений в сточных водах для их сброса в поверхностные источники.14Таблица 4. Результаты сравнительного микробиологического исследования стоковводоканала Санкт-Петербурга после обработки различными дозами феррата натрияОпределяемые показателиДозарН послеферратаКолифаг Энтеро- Стафило№ ПробывведенияОКБ в 100 E. coli внатрия,и в 100 кокки в кокки в(через 15 мин)мл100 млмг/лмл100 мл100 млисх.

вода7.84000001000допустимо9<1000 КОЕ < 100 КОЕ < 10 БОЕ < 10 КОЕ 10 КОЕ10.18.25 (8.15) < 50 КОЕ < 50 КОЕ 0 БОЕ0 КОЕ8 КОЕ20.28.35 (8.25) < 50 КОЕ < 50 КОЕ 0 БОЕ0 КОЕ0 КОЕ30.38.49 (8.39)230 КОЕ < 50 КОЕ 0 БОЕ0 КОЕ0 КОЕ40.48.80 (8.70) < 50 КОЕ < 50 КОЕ 0 БОЕ0 КОЕ0 КОЕ50.59.20 (9.09)230 КОЕ 60 КОЕ0 БОЕ0 КОЕ0 КОЕ60.69.49 (9.38)230 КОЕ < 50 КОЕ 0 БОЕ0 КОЕ0 КОЕАпробирована очистка раствором феррата натрия промышленных сточных вод наливневых водах и воде трех кислых карт 59, 66 и 67 полигона «Красный Бор», г. СанктПетербург. Требования предельно допустимых концентраций для хозяйственно-бытовыхстоков были выполнены на ливневых стоках после окисления дозами феррата 10-20 мг/л, на59-й карте при 60 мг/л.

По 59 карте установлено снижение азота общего с 480 до 48,хлоридов с 1500 до 520, нефтепродуктов с 0,43 до 0,05; рН увеличился с 4,0 до 9, водасоответствует требованиям к хозяйственно-бытовым стокам. Это подтверждает сведения обэффективности феррата при окислении органики и ряда токсичных химических веществ.В пятой главе приведены рекомендации по внедрению предложенных техническихрешений по очистке воды и стоков в системы городского водоснабжения, обоснованаэкономическая и экологическая эффективность предлагаемых технических итехнологических решений.Стоимость анолита с учетом необходимой дозы для обеззараживания практически в 2раза меньше стоимости гипохлорита, при этом анолит обладает большей окислительнойспособностью по сравнению с гипохлоритом.

Как показали эксперименты пообеззараживанию питьевой воды анолитом и ферратом натрия, обработка питьевых водферратом на станциях водоподготовки вместо первичного хлорирования позволяетуменьшить объем выработки хлора (только для вторичного хлорирования дляпролонгированного эффекта обеззараживания) и улучшить качество первичной подготовкиводы ввиду более широкого спектра действия феррата и меньшей минимально необходимойдозы реагента (0,2-0,5 мг/л) по сравнению с хлором (2-4,5 мг/л). Повышение себестоимостиобработки 1 м3 воды ферратом по сравнению с анолитом составляет 1,3 раза, однакозначительно повышается качество обеззараживания, в 3 раза (пропорционально дозе хлора)уменьшается количество токсичной хлорорганики, снижается содержание другихтрудноразлагаемых химических соединений, не удаляемых реагентной обработкой ихлорированием (антибиотики, фармацевтические препараты и т.д.).При обеззараживании (доочистке) сточной воды хозбытового назначения послепредварительной аэрации и биологического разложения с очистных сооружений о.

БелыйФГУП «Водоканал города Санкт-Петербурга» (табл. 4), при добавлении в нее 0,1 г ферратанатрия на 1 куб. м стоков обеспечиваются требования содержанию бактерий, вирусов иотсутствию хлора в обеззараживаемой воде, сбрасываемой в реки и Финский залив.Обеззараживание сточных вод с помощью феррата натрия в 2 раза дешевле, чемэлектролизным гипохлоритом, применяемым на водоканалах, поэтому предлагаемый способобеззараживания экономически оправдан.Показана высокая эффективности феррата натрия для целей комплексной подготовкивод для бытового водоснабжения. За счет своих коагулирующих свойств феррат натрия15способен заменить комплекс из 3 реагентов, в результате чего обработка воды с помощьюферрата оказалась дешевле в 7 раз (таблица 5).Таблица 5. Сравнительная эффективность обеззараживания ферратом и другими реагентамиСтоимостьКол-воСтоимостьЕд.Реагент, сорбентреагента,реагента,обработки,изм.руб./гг/м.куб.руб./м.куб.Обеззараживание питьевой воды после реагентной обработки, 1 м.

куб.(водоканал г. Дзержинска, июль 2016 г.)Феррат натрияг0,580,50,29Хлор в анолитег0,044,50,18Обеззараживание питьевой воды после реагентной обработки, 1 м. куб.(водоканал г. Нижний Новгород, ноябрь 2016 г.)Феррат натрияг0,580,20,11Хлор в анолитег0,0420,08Обеззараживание (доочистка), 1 м куб. сточной воды(водоканал г. Санкт-Петербурга, ноябрь 2016 г.)Феррат натрияг0,580,10,06Гипохлорит электролизныйг0,052,50,13Реагентная обработка + обеззараживание воды, 1 м.

куб.(водоканал г. Нижний Новгород, ноябрь 2016 г.)Феррат натрияг0,5810,58Хлор электролизный + оксихлоридг0,04+0,3+0,32+12+13,98алюминия + флокулянт Praestol 650Хлор в анолитег0,0420,08Коагулянт оксихлорид алюминия сухойг0,30123,6Флокулянт Praestol 650г0,3010,30Для очистки раствором феррата натрия промышленных сточных вод при участииавтора предложена следующая технологическая схема установки получения и дозированияферрата натрия (рисунок 4, а), позволяющая уменьшить время реакции, отстаивания иускорить фильтрование с доочисткой и коррекцией pH. Очищаемая вода подается вреакционную камеру, где в нее добавляется необходимая доза феррата и, принеобходимости, коагулянта.

Далее вода попадает в камеру осаждения, где образуются иоседают хлопья загрязнителей (окисленная органика, токсичные вещества). Затем водапроходит через сорбент для окончательной фильтрации и корректировки рН. Подбор дозыферрата, коагулянта и типа сорбента, в том числе и многослойной засыпки, осуществляетсяпод конкретную задачу.абРис. 4. Технологическая схема очистки стоков ферратомнатрия (а) и макет комплексного агрегата (б) для ее реализации16Основными преимуществами предлагаемой технологии являются использование дешевой электролизной щелочи в электролизе феррата натрия, замена дорогостоящей реагентнойобработки на окисление, коагуляцию и дезинфекцию ферратом и масштабируемость решения на требуемую производительность при известных концентрациях реагентов и скоростипотока, определяемых в конкретных условиях водоподготовки.Разработан, изготовлен и испытан на ливневых токсичных водах макет агрегата дляпроизводства и применения на месте феррата натрия для очистки и обеззараживаниясточных и промышленных вод, включающий в себя модуль синтеза феррата и модульводоподготовки с камерами для окисления, отстаивания и фильтрации.

Рекомендованоприменение разработанной технологической схемы для окисления, коагуляции идезинфекции токсичных стоков ферратом, полученным из электролизной щелочи.Основные выводы по работе1. На основании сравнительного анализа известных способов и устройств полученияанолита и ферратов обоснована возможность создания экологически перспективной иэкономически эффективной новой комплексной технологии производства анолита и феррата.2. Сформулирована концепция получения анолита и феррата путем мембранногоэлектролиза в едином комплексном электролизном агрегате для одновременногопроизводства хлора (анолита) из поваренной соли и феррата с использованием 20%-йщелочи NaOH, являющейся отходом электролизного производства хлора.3. На основе математического моделирования процессов электролиза анолита иферрата выполнены расчеты производительности и энергопотребления модулей дляполучения анолита и ферратов в зависимости от таких параметров процесса электролиза, какконцентрация окислителя, напряжение на ячейке, сила тока, плотность тока, температура,время процесса.4.

Разработаны схемные и конструктивные решения КЭА и его модулей дляпроизводства анолита и ферратов, обеспечивающие повышение экологической безопасностии, экономической эффективности, ресурсосбережение и возможность раздельногофункционирования хлоратора и ферратора.5.

Разработаны структура и программно-аппаратная реализация адаптивной системыуправления электрохимическим синтезом анолита и феррата натрия, обеспечивающиеповышение энергоэффективности и безопасности технологического процесса полученияанолита и феррата.6. Экспериментально подтверждена эффективность феррата натрия в отношениипатогенных микроорганизмов при обеззараживании им воды и бытовых стоков, а также вотношении токсичных химических веществ и тяжелых металлов при окислении икоагуляции им промышленных стоков. Даны рекомендации по применению феррата натрияи технических средств его получения для промышленной водоподготовки и очистки стоков.7. Показано, что стоимость обеззараживания (доочистки) сточной воды хозбытовогоназначения после предварительной аэрации и биологического разложения с помощьюферрата натрия в 2 раза меньше, чем электролизным гипохлоритом, применяемым наводоканалах.