Введение к работе
Актуальность работы. Обзор источников информации по экологической обстановке на территории России и стран СНГ дает основание утверждать, что из года в год продолжается процесс сползания к непредсказуемым экологическим ситуациям, росту риска технологических катастроф. Наибольшую опасность для человека вызывает недостаток кондиционной воды, её качественные изменения.
Процесс получения и подачи потребителям воды зависит от ряда факторов, одним из которых является состояние действующих в стране систем во-доподготовки. Эксплуатирующиеся водоочистные сооружения поверхностных водоисточников построены, как правило, по устаревшим технологическим схемам. Положение дополнительно усугубляется тем, что недостаточная степень развития системы оборотного водоснабжения, несовершенство замкнутых циклов водопотребления ведет к нерациональному использованию воды питьевого качества для технологических нужд и, соответственно, к гидравлической перегрузке многих водоочистных комплексов.
Анализ известных в науке и технике решений проблем очистки воды свидетельствует, что основным элементом очистных сооружений является скорый напорный фильтр с зернистой загрузкой различных модификаций. Однако резервы таких фильтров невелики, они имеют весьма низкую удельную производительность на единицу рабочего объема (порядка 1,5-3,0 м3/(ч-м3), а, следовательно, высокую стоимость строительства и эксплуатации.
Альтернативой таким фильтрам является полимербетонный фильтр. Его принципиальное отличие, в том, что поверхность фильтрования расположена (и удерживается) вертикально, в отличие от горизонтальной поверхности традиционных фильтров с зернистой загрузкой. Такие фильтры названы поли-
мербетонными, поскольку они используют зернистый песчаный материал и полимерсвязутощее удерживающее его в заданной форме.
Цель работы - на основании теоретических, технологических и экспе-риментачьных исследований показать эффективность использования полимербетонных фильтров в системах водоочистки и выявить устойчивые режимы работы таких фильтров.
Для реализации поставленной цели определены следующие задачи исследований:
используя теорию сгруктурообразования зернистых сред и физических моделей фильтрования, предложить физическую модель реального пористого полимербетонного фильтроматериала с учетом толщины пленки, покрывающей зерна заполнителя;
исходя из предложенной физической модели пористого тела и принятых условий, провести исследование параметров полимербетонных фильтро-материалов, установить их взаимосвязь;
экспериментально установить устойчивые режимы работы полимербетонных фильтров в системе водоочистки;
предложить вариант высокопроизводительной компактной конструкции фильтра для очистки воды;
дать технико-эколого-экономическое обоснование целесообразности внедрения полимербетонных фильтров в системах водоподготовки.
Научная новизна и значимость полученных результатов:
- предложена скорректированная физическая модель для реального по
лимербетонного фильтроматериала с учетом толщины пленки, покрывающей
зерна заполнителя и на ее основе установлена зависимость толщины поли-
мербетонной фильтроперегородки от диаметра зерна заполнителя, определе
ны ее оптимальные параметры;
экспериментально определены устойчивые режимы работы полимер-бетонных фильтров, когда максимум осветления воды совпадает с окончанием периода формирования биопленки на поверхности фильтра;
выявлены неустойчивые режимы работы полимербетонных фильтров в процессе фильтрования и предложена модель физической картины неустойчивости работы таких фильтров,
дано технико-эколого-экономическое обоснование целесообразности внедрения полимербетонных фильтров, как например, в системе водоподго-товки Ростовской области.
Практическая значимость работы. Предложены эффективные, компактные полимербетонные фильтры многофункционального назначения, имеющие ряд преимуществ в сравнении с аналогичными по назначению фильтрами с зернистой загрузкой. Они нашли применение на ряде предприятий стран СНГ и позволили увеличить производительность в 10 раз и более, сократить стоимость фильтра на единицу его производительности более чем в 12 раз, снизить эксплуатационные расходы в 5-6 раз, увеличить фильтроцикл в 3-Д раз, повысить качество осветления воды до 80-95 %, увеличить срок эксплуатации без замены фильтроэлементов до 5 лет.
Разработаны и согласованы в НИИЭЧ и ГОС им. А.Н.Сысина Временные технические условия для внедрения и эксплуатации полимербетонных фильтров в системах водоподготовки.
Внедрение результатов. Полимербетонные фильтры различных модификаций внедрены на предприятиях России и Украины, в частности, на Рос-товском-на-Дону электровозоремонтном заводе (РЭРЗ) для очистки воды в котельной и на компрессорном участке производительностью до 50 м3/ч, на Белокалитвинском метаїлурпгческом производственном объединении г. Белая Калитва Ростовской области в системе очистки воды оборотного водоснабжения и промышленных стоков производительностью до 120 м3/ч, на Днепропетровском мясокомбинате для предочистки воды из реки Днепр про-
изводительностью 50 м3/ч, в отделении гемодиализа ОКБ-1 областной клинической больницы г. Ростова-на-Дону производительностью до 5 м'/ч.
Составлены и утверждены Временные технические условия, позволяющие внедрять и эксплуатировать лолимербетонные фильтры в системе водо-подготовки.
На защиту выносятся следующие результаты исследований:
скорректированная физическая модель для реального полимербетон-ного фильтроматериала с учетом толщины пленки, покрывающей зерна заполнителя;
результаты теоретических исследований основных параметров поли-мербетонных фильтров с учетом предложенной физической модели реального полимербетонного фильтроматериала;
результаты технологических и экспериментальных исследований, проведенных на полииербетоиных фильтрах производственного масштаба на участке гальванопокрытий опытного завода "Ростовский" г.Ростова-на-Дону в системе доочистки гальваностоков и на Александровских очистных сооружениях Ростовского-на-Дону горводопровода;
результаты экспериментальных исследований по разработке высокопроизводительной компактной конструкции фильтра для очистки воды с использованием полимербетонных фильтроэлементов;
техиико-эколого-экономическое обоснование целесообразности внедрения полимербетонных фильтров, как пример, в системе водоподготовки Ростовской области.
Апробация работы. Материаты диссертации докладывались на Международной научно-практической конференции "Хозяйственно-питьевая и сточные воды: проблемы очистки и пользования" в г. Пенза, 1996 г.; на Первом Международном промышленном конгрессе, на научно-технической конференции "Промышленная экология-97", г. Санкт-Петербург, 1997 г.; в НИИ экологии человека и гигиены окружающей среды им. А.Н. Сысина РАМН,
1997 г.; на научно-практической конференции в Ростовской-на-Дону государственной академии строительства, Ростов-на-Дону, 1997 г.; на расширенном заседании кафедры "Безопасность жизнедеятельности" РГУПС и кафедры "Водоснабжения" МГСУ, Ростов-на-Дону, 1997 г.; на выставке "Высокие технологии на пороге XXI века", Северо-Кавказский научный центр высшей школы и др. г. Ростова-на-Дону, 2000 г.
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 8 научных статей.
Структура и объем диссертации. Структура диссертация включает введение, пять глав, общие выводы, список литература из 67 наименований, приложения. Общий объем диссертации 177 страниц, из них 117 страниц машинописного текста, 19 таблиц, 35 рисунков и 8 приложений.