Введение к работе
Актуальность темы исследования
Большую часть поселений Российской Федерации составляют малые города и поселки с численностью населения до 5 тысяч человек. Такие населенные пункты, находясь на значительном удалении от крупных городов, как правило, имеют малоэффективные, морально и технически устаревшие системы очистки и обеззараживания сточных вод. Практически во всех поселках выпуск сточных вод осуществляется в малые реки либо на рельеф местности. Малые реки обладают низкой буферной емкостью, поэтому попадание в них даже небольшого количества необеззараженных сточных вод может привести к экологической катастрофе. Очистные сооружения малых населенных пунктов должны отвечать следующим требованиям: простота устройства, технологичность, компактность, низкие эксплуатационные затраты, надежность и устойчивость к кратковременным гидрологическим перегрузкам и залповым нагрузкам по загрязнениям.
Самым известным и распространенным способом обеззараживания в России является хлорирование. Его популярность связана с тем, что он обеспечивает микробиологическую безопасность воды в любой точке распределительной сети в любой момент времени благодаря эффекту последействия. Все остальные методы обеззараживания воды, в том числе и промышленно применяемые в настоящее время озонирование и ультрафиолетовое облучение, не обеспечивают обеззараживающего последействия. Между тем хлорирование имеет массу недостатков, в частности хлорированные сточные воды токсичны для гидробионтов, поскольку хлор образует хлорпроизводные с другими химическими веществами, которые не удаляются традиционными методами дехлорирования, накапливаются в водных объектах, поступают в питьевую воду, являются потенциальными мутагенами и канцерогенами. Эти обстоятельства побуждают к поиску альтернативных, более безопасных для человека методов обеззараживания воды.
Применение электрического разряда в технологии обеззараживания сточных вод – перспективная область промышленного производства, обладающая рядом преимуществ: отсутствие образования побочных продуктов в процессе дезинфекции; повышение степени инактивации болезнетворных микроорганизмов; эффективная доочистка стоков от технических примесей.
На кафедре электроснабжения Читинского государственного университета (ЧитГУ) в течение ряда лет изучаются возможности применения электрического разряда для обеззараживания и доочистки сточных вод. Несмотря на многолетний научный интерес к электрическим разрядам в различных средах, природа возникновения эффекта последействия отражена в литературе недостаточно. Отсутствие необходимых исследований не позволяет целенаправленно совершенствовать электроразрядную технологию в направлении повышения эффективности обеззараживания.
Объектом диссертационного исследования является процесс обеззараживания бытовых сточных вод диафрагменным электрическим разрядом.
Предметом исследования являются факторы, влияющие на эффективность обеззараживания бытовых сточных вод диафрагменным электрическим разрядом.
Цель диссертационного исследования заключается в выявлении основных закономерностей процесса обеззараживания бытовых сточных вод диафрагменным электрическим разрядом и совершенствовании технологии на основе полученных зависимостей.
Идея исследования заключается в том, что вода, обработанная диафрагменным электрическим разрядом, представляет собой некий бактерицидный агент, при добавлении которого в контаминированную микробами воду происходит ее обеззараживание с длительным последействием.
Предмет, цель и идея исследования определили необходимость постановки и решения следующих задач:
-
провести анализ литературных данных о современном состоянии вопроса обеззараживания сточных вод;
-
установить факторы, оказывающие влияние на эффективность обеззараживания сточных вод диафрагменным электрическим разрядом;
-
изучить механизм возникновения эффекта последействия;
-
определить оптимальные условия протекания процесса обеззараживания сточных вод диафрагменным электрическим разрядом;
-
разработать методику и рекомендации для проектирования очистных сооружений малых населенных пунктов;
-
провести производственные испытания обеззараживания сточных вод по рекомендуемой схеме.
Научная новизна и основные положения, выносимые на защиту:
-
впервые выявлены закономерности влияния реакции среды, анионного и катионного состава воды на бактерицидные свойства модельных растворов и сточных вод, обработанных диафрагменным электрическим разрядом;
-
впервые установлена зависимость времени экспозиции от исходного содержания микроорганизмов в воде и концентрации ионов меди;
-
предложена методика и рекомендации для применения технологии обеззараживания сточных вод диафрагменным электрическим разрядом при проектировании очистных сооружений малых населенных пунктов.
Достоверность научных положений, выводов, рекомендаций основана на применении положений теоретического анализа и планировании необходимого объема экспериментов, подтверждена удовлетворительной сходимостью полученных результатов и экспериментальных исследований, выполненных в лабораторных и производственных условиях, а также патентной чистотой разработанного технического решения.
Практическая значимость работы
Получены расчетные формулы и определены границы условий применения диафрагменного электрического разряда, которые могут быть использованы при проектировании устройств, работающих на этом принципе.
Использование данной технологии дает возможность модернизировать действующую либо создать новую схему обеззараживания бытовых сточных вод при незначительных капитальных затратах, что приведет к снижению эксплуатационных расходов.
Уточнена классификация электроразрядных способов обеззараживания сточных и питьевых вод, которая позволяет сформулировать требования к технологии и устройствам с применением диафрагменного электрического разряда.
Реализация результатов исследования
Установка для обеззараживания бытовых сточных вод диафрагменным электрическим разрядом внедрена на очистных сооружениях пгт. Новоорловск Забайкальского края и эксплуатируется с августа 2007 г. по настоящее время.
Результаты исследования используются в учебном процессе на кафедре электроснабжения и кафедре водного хозяйства и инженерной экологии Читинского государственного университета в дисциплинах «Электротехнологические установки», «Процессы и аппараты защиты окружающей среды».
Апробация результатов исследования
Основные идеи и результаты исследования изложены при обсуждении диссертации на совместном заседании кафедры электроснабжения и кафедры водного хозяйства и инженерной экологии Читинского государственного университета. Выводы диссертационного исследования нашли свое отражение в научно-исследовательской деятельности соискателя, в педагогической практике с учетом специализации и темы диссертации. Теоретические положения и выводы, полученные в результате проведения диссертационного исследования апробированы на Х Международной экологической конференции студентов и молодых ученых «Экологическая безопасность как ключевой фактор устойчивого развития» (Москва, 2006), VIII Международной научно-практической конференции «Экономика природопользования и природоохраны» (Пенза, 2005), X Международной конференции «Газоразрядная плазма и ее применение в технологиях» (Томск, 2007), заседании кафедры «Водоснабжение и экология» Санкт-Петербургского государственного архитектурно-строительного университета (Санкт-Петербург, 2007), семинаре «Импульсные разряды в жидкости» лаборатории института электрофизики и электроэнергетики РАН (Санкт-Петербург, 2007), Всероссийской научно-практической конференции ученых транспорта, вузов, инженерных работников и представителей академической науки «Экология и природопользование на объектах Транссиба» (Чита, 2006), VI и VIII Всероссийских научно-практических конференциях «Кулагинские чтения» (Чита, 2006, 2008), III Всероссийской конференции «Энергетика в современном мире» (Чита, 2006), V Международной конференции «Сотрудничество для решения проблемы отходов» (Харьков, 2008), II Санкт-Петербургском международном экологическом форуме (Санкт-Петербург, 2008), I Международной научно-практической конференции «Ресурсосбережение и возобновляемые источники энергии: экономика, экология, опыт применения» (Улан-Удэ, 2008).
По теме диссертационного исследования опубликовано 17 научных работ, в том числе 2 статьи в реферируемых журналах, рекомендованных ВАК Минобразования России (включая один патент на изобретение).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы. В работе 114 страниц, включая 23 рисунка, 17 таблиц, список литературы (123 наименования) и 4 приложения.
