Диссертация (Комплексное оборудование и технологические процессы промышленного производства анолита и феррата), страница 2

Влияние разработанных методов и оборудования для водоочистки на снижениезагрязненности водных ресурсов .......................................................................................................1515.1. Рекомендации по внедрению предложенных технических решений по очисткеводы и стоков в системы городского водоснабжения ............................................................1515.1.1 Обработка питьевых вод ферратом на станциях водоподготовки ...............................1515.1.2 Доочистка стоков хозяйственно-бытового назначения ................................................1525.1.3 Очистка ферратом промышленных стоков, в том числе токсичных ...........................1535.1.4.

Очистка вод ливневой канализации ...............................................................................1545.1.5. Очистка воды поверхностных источников ...................................................................1565.2 Выводы .................................................................................................................................157Заключение ..........................................................................................................................................158Основные выводы по работе ..............................................................................................................160Список использованных источников ................................................................................................162Приложение 1.

Акт о промышленном опробовании .......................................................................174Приложение 2. Патенты .....................................................................................................................1765ВведениеВ соответствии с требованиями СанПиН 2.1.4.1074-01 и ГОСТ 2874-82 питьевая водадолжна быть безопасна в эпидемическом отношении, безвредна по химическому составу иобладать благоприятными органолептическими свойствами. В России пролонгированныйобеззараживающий эффект при транспортировке подготовленной воды с водоканаловпотребителюпомногокилометровымсистемамводоснабженияобеспечиваетсягарантированным наличием остаточного хлора в воде у потребителя (0,3-0,5 мг/л) [1-2].Физическиеспособыобеззараживания–озон,ультрифиолетнеобеспечиваютпролонгированного обеззараживающего действия.Поэтому на сегодняшний день применение хлорсодержащих реагентов, несмотря на ряднедостатков, является основным методом обеззараживания на коммунальных водопроводах истанциях по обработке технических и сточных вод.Прихлорированиихлорсодержащиетригалогенметанытоксины,воды,содержащеймутагенныеобладающийиорганическиезагрязнения,образуютсяканцерогенныевещества:хлороформ,канцерогеннойактивностью,дихлорбромметан,хлоридбромметан, трибромметан, обладающие мутагенными свойствами, 2,4,6-трихлорфенол,2-хлорфенол, дихлорацетонитрил, хлоргиередин, полихлорированные бифенилы, являющиесяиммунотоксичными и канцерогенными веществами.Биологические методы очистки сточных и других вод общепризнанно считаютсянаиболее экономически эффективными и экологически приемлемыми для удаления такназываемых макрозагрязнений (биоразлагаемых органических веществ, соединений азота,фосфора, серы и т.д.).

Однако эти методы часто оказываются недостаточно эффективными вотношении загрязнения грунтовых вод диоксинами и их производными, фосфонатнымипестицидами (интенсивное сельское хозяйство), метилтретбутиловым эфиром (МТБЭ,популярной добавкой к бензинам для повышения октанового числа), бытовой химией,фармацевтическими препаратами.После биоразложения, как правило, применяется доочистка стоков с помощьюконцентрированного или электролизного гипохлорита для выполнения требований ксодержанию бактерий и микроорганизмов в сбрасываемых в поверхностные источники (реки,залив) сточных водах.

Однако в этом случае не выполняются требования по отсутствию хлора всточных водах [3]. Если доочистка не используется, не выполняются требования к содержаниюбактерий и микроорганизмов в сбросах с очистных сооружений, попадающих в реки и залив.6Поэтому остро стоит задача поиска более дешевых и экологичных технологий как дляобеззараживания питьевой воды, так и технологий дооочистки стоков без хлорсодержащихреагентов, не уступающих применяемым технологиям с использованием гипохлорита в частиэффективности и стоимости, а также решающих проблему выполнения требований к чистотестоков при отсутствии в них хлора.Перспективная и интенсивно развивающаяся в последние годы технология очистки водыи стоков ферратами щелочных металлов обеспечивает дезинфицирующее и коагулирующеедействие, но не дает пролонгированного эффекта.

Применение ферратной технологии всочетании с хлорированием позволяет существенно снизить количество потребного дляочистки хлора, а значит и образуемой канцерогенной хлорорганики, а в некоторых случаях(например, при очистке стоков) вообще обойтись без применения хлора.Производство сухого стабилизированного феррата требует высоких расходов на егосинтез, транспортировку и упаковку. При производстве феррата на месте использованияжидкий продукт имеет более стабильные свойства, он легко закачивается и добавляется влюбой раствор или производственную систему, его себестоимость снижается примерно в 4раза. По зарубежным оценкам, производство растворов ферратов на месте потребленияоказывается менее затратным по сравнению с обеззараживанием ультрафиолетом и озоном.Целью работы является разработка технологического процесса и технического решениякомплексного электролизного агрегата (КЭА) для одновременного производства анолита иферрата, позволяющих существенно повысить эффективность обеззараживания и очистки водыи стоков и экологическую безопасность при одновременном снижении стоимости процессов посравнению с существующими технологиями.Задачи, решаемые для достижения поставленной цели:- анализ существующих методов и устройств получения анолита и феррата натрия дляобеззараживания питьевой и технической воды и очистки хозяйственно-бытовых ипромышленных стоков;- обоснование концепции получения анолита и феррата путем мембранного электролизав едином комплексном электролизном агрегате (КЭА);-математическоемоделированиепроцессаполученияанолитаиферрата,конструктивных и технологических параметров модулей КЭА, обеспечивающих повышениепроизводительности, энергоэффективности и ресурсосбережения процессов;- разработка, изготовление и испытание в промышленных условиях КЭА и адаптивнойсистемы управления производительностью его модулей;7- оценка эффективности промышленного применения феррата натрия и техническихсредств для его получения;- разработка рекомендаций по использованию результатов работы в обеззараживанииводы, промышленных и бытовых стоков.Методы исследования: математическое моделирование оборудования для производстваанолита и феррата, фотоколориметрический метод определения концентрации феррата в растворе; амперометрический метод определения содержания хлора в воде; математические расчеты на основе теории электрохимии и экспериментальные исследования производительности иэнергопотребления производства анолита и феррата натрия; потенциометрическое титрование;масс-спектрометрия; вольтамперометрия состава промышленных стоков, лабораторные исследования химического и биологического состава проб питьевой воды и хозяйственно-бытовыхстоков после обеззараживания анолитом и ферратом; апробация в промышленных условияханолита и феррата и технических средств для их получения для обеззараживания питьевой воды, хозбытовых стоков, коагуляции токсичных отходов и ливневых стоков.Научная новизна работы:- впервые научно обоснована концепция и параметры технологического процесса промышленного производства анолита и феррата для обеззараживания воды и стоков в единомкомплексном электролизном агрегате;- разработаны схемные и конструктивные решения КЭА и его модулей, обеспечивающиезаданную производительность по анолиту и феррату, повышение эффективность обеззараживания и очистки воды и стоков при одновременном снижении стоимости процессов по сравнениюс существующими технологиями.Новизна предложенных технических и технологических решений подтверждена семьюпатентами РФ: № 113735 от 03.05.2011; № 2471891 от 15.03.2011; № 142205 от 05.12.2013;№160773 от 08.09.15; №162651 от 09.11.15; № 165201 от 08.09.15; № 169435 от 04.07.2016.Достоверность результатов и обоснованность основных положений и выводовдиссертационной работы обеспечивается корректностью постановки задач исследования,корреляциейполученныхэкспериментальныхрезультатовсизвестнымиданными,использованием современных методов исследования (потенциометрическое титрование,фотоколориметрияраствораферрата,масс-спектрометрия,вольтамперометриясоставапромышленных стоков), а также успешной апробацией результатов работы в промышленныхусловиях.Практическая значимость работы:- реализованы на практике агрегаты для получения анолита и феррата для обеззаражива-8ния воды и стоков в промышленных условиях;- разработаны рекомендации по внедрению предложенных технических решений поочистке воды и стоков систем водоснабжения городов;- обоснована экологическая и экономическая эффективность предложенных техническихрешений по очистке воды и стоков.Апробация работы.

Основные положения и результаты диссертации докладывались иобсуждались на следующих семинарах и конференциях: второй межотраслевой конференции«Вода в промышленности-2011», Москва, 2011 г.; Международном форуме «Крым Hi-Tech –2014», Севастополь, 2014; Международной научно-технической конференции «Автоматизация:проблемы, идеи, решения», Севастополь, 2015; Международной конференции «Приборостроение,электроника и телекоммуникации-2015» - IEET-2015, г. Ижевск, 2015;Международнойконференции «Современное машиностроение: наука и образование MMESE-2016» СПб, 2016.Работа выполнялась в рамках государственного контракта № 14.740.11.1024 от 23 мая2011 г.

«Разработка принципов адаптивного управления и регулятора установок мембранногоэлектролиза для обеззараживания воды с пролонгированным действием и высоким КПД» 20112013 гг., ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013годы», и в рамках Соглашения № 14.575.21.0080 от 16 июля 2014 г. «Разработка конструкции иобщих принципов управления комплексным электролизным агрегатом для одновременнойвыработки анолита для обеззараживания воды и феррата для обеззараживания стоков», 20142016 гг., в рамках реализации ФЦП «Исследования и разработки по приоритетнымнаправлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы»,уникальный идентификатор проекта RFMEFI57514X0080.Основные положения диссертационной работы, выносимые на защиту:- концепция и технологические процессы получения анолита и феррата натрия путемэлектролиза в едином комплексном электролизном агрегате и ее практическая реализация;- КЭА для получения анолита и ферратов в промышленных условиях, его схемные иконструктивные решения, программно-аппаратная реализация;- результаты экспериментальных исследований процесса электролиза анолита и ферратанатрия в КЭА и промышленного применения полученных реагентов;-обоснованиепромышленнойприменимостииэкономическойэффективностипредложенных технических и технологических решений;- рекомендации по использованию результатов работы в обеззараживании питьевой итехнической воды, промышленных и бытовых стоков.9Личное участие автора.