Введение к работе
Актуальность темы. Вода в пищевых производствах имеет сверхважное значение – применяется для реализации практически всех технологических операций переработки сырья и продукта. В основных технологических циклах предприятия, где вода может вступать в контакт с продукцией, используется вода питьевого качества в соответствии с требованиями СанПиН 2.1.4.1074-01 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества».
Однако существуют технологические процессы, в которых используемая вода должна обладать особыми качественными характеристиками. Например, в пивоваренной промышленности рекомендуется использовать воду с показателями окисляемости и цветности выше требований СанПиНа, в рыбоперерабатывающей промышленности для приготовления фаршей особых кондиций (производство фарша Сурими) требования к водному сырью по данным показателям также жестче. Следовательно, необходима соответствующая подготовка воды непосредственно на предприятиях до требований нормативно – технической документации (НТД) продукта.
Природная вода питьевых источников Мурманской области в связи со значительным содержанием гуминовых веществ характеризуется повышенной цветностью (до 78-94 град) и перманганатной окисляемостью (до 29 мгО2/л), особенно в весеннее и летнее время года, вследствие чего, в паводковый период актуальность доочистки питьевой воды от природных органических веществ на предприятиях пищевой промышленности еще более возрастает.
Одним из наиболее эффективных методов, успешно применяющихся для решения этой задачи, является сорбционная очистка воды. К преимуществам сорбционного метода относятся возможность удаления загрязнений чрезвычайно широкой природы практически до любой остаточной концентрации независимо от их химической устойчивости, отсутствие вторичных загрязнений и управляемость процессом.
Настоящая диссертационная работа посвящена повышению качества воды, используемой в пищевой промышленности на предприятиях Мурманской области, а именно, разработке процесса сорбционной доочистки питьевой воды от органических веществ с использованием местных сорбентов.
Сорбционные фильтры с загрузкой из местных материалов могут быть использованы в качестве локального оборудования для доочистки питьевой воды на предприятиях пищевой промышленности. Процесс сорбции позволит очистить воду от органических загрязнений до остаточных концентраций в соответствии с требованиями НТД продукта.
Целью диссертационной работы является исследование и разработка технологии доочистки водопроводной воды для предприятий пищевой промышленности Мурманской области с использованием местных сорбентов.
В соответствии с поставленной целью необходимо было решить следующие задачи исследований:
- установить параметры изотерм сорбции органических веществ из природной и водопроводной воды;
- определить эффективные коэффициенты диффузии веществ, адсорби-руемых из природной воды местными сорбционными материалами и установить характер массопереноса извлекаемых веществ в процессе статической сорбции;
- экспериментально определить значения параметров уравнения процесса адсорбции органических загрязнений в динамических условиях;
- установить характер процесса динамической сорбции органических примесей и определить значения эффективных коэффициентов диффузии;
- экспериментально обосновать рациональные технологические режимы процессов сорбционной доочистки воды с использованием местных материалов;
- на основании полученных результатов экспериментальных исследований и промышленных испытаний разработать рекомендации для расчета и проектирования аппаратурного оформления предложенной технологии сорбционной доочистки воды для предприятия пищевой промышленности Мурманской области.
Научная новизна диссертации состоит в следующем:
- определен характер массопереноса извлекаемых органических веществ в процессе их сорбции из воды с применением следующих материалов: шунгита, вермикулита, шлака медно-никелевого производства;
- установлены параметры изотерм сорбции органических примесей из природной и водопроводной воды исследуемыми материалами;
- получено уравнение, позволяющее рассчитать эффективные коэффициенты диффузии органических веществ в процессе статической сорбции;
- установлены параметры уравнения процесса динамической сорбции органических веществ и определены рациональные режимы процессов сорбционной доочистки воды с использованием исследуемых материалов.
Практическая значимость. Предложена и апробирована в промышленных условиях технология доочистки водопроводной воды, используемой в технологических процессах пищевых производств с применением местных сорбентов. Разработаны рекомендации к проектированию и расчету установок сорбционной доочистки воды. Результаты исследований могут быть использованы при проектировании водоочистных установок для предприятий пищевой промышленности Северо-Западного региона России.
Практическая реализация результатов исследований. Предложенная технология сорбционной доочистки водопроводной воды внедрена на участке водоподготовки рыбоперерабатывающего предприятия ООО «Гарпии» г.Мурманск, производительностью 100 м3/сут. Подтвержденный годовой экономический эффект от внедрения составил более 146 тыс. руб. в ценах 2011 г.
Личный вклад автора состоит в формулировке цели и задач исследований, их теоретическом обосновании, экспериментальном подтверждении расчетных данных, в анализе полученных результатов и формулировке выводов.
Основные положения работы, выносимые на защиту:
- экспериментальные данные по определению параметров изотерм процесса адсорбции органических загрязнений местными материалами из природной и водопроводной воды;
- результаты экспериментальных исследований кинетики процессов статической и динамической адсорбции, значения эффективных коэффициентов диффузии адсорбируемых органических веществ;
- расчетные параметры уравнения процесса адсорбции органических загрязнений в динамических условиях;
- рекомендуемые рациональные режимы процессов сорбционной доочистки воды местными сорбционными материалами;
- результаты производственных испытаний установки сорбционной доочистки воды с применением местных материалов;
рекомендации к проектированию и расчету устройств, входящих в предлагаемую технологическую схему сорбционной доочистки воды.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы представлены на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава, аспирантов и сотрудников Мурманского государственного технического университета (2003-2011 г.г.), на седьмой региональной научно-технической конференции «Проблемы эксплуатации водного транспорта и подготовки кадров на юге России» (Новороссийск, МГА им. адм. Ф.Ф. Ушакова, 2008 г.), на 66-й научной конференции профессоров, преподавателей, научных работников, инженеров и аспирантов (Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет, 2009 г.), на ХVІІ-ой Международной Конференции «Лазерно-информационные технологии в медицине, биологии и геоэкологии» (Новороссийск, 2009 г.). По материалам диссертации опубликованы 12 работ, в том числе одна статья в журнале, рекомендованном ВАК.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, библиографии и приложений. Работа изложена на 122 страницах, содержит 18 таблиц, 25 рисунков; список литературных источников включает 146 наименований.
