Введение к работе
Актуальность. Наиболее эффективным способом уменьшения степени отрицательного воздействия поверхностных сточных вод на экологическое и санитарное состояние природных водоемов является строительство сооружений, обеспечивающих очистку до нормативных показателей наиболее загрязненной части, а, в некоторых случаях, всего объема организованного стока. Особенно актуальной проблема создания современных систем очистки поверхностного стока является для объектов автотранспорта, количество которых в населенных пунктах в зависимости от их размеров колеблется от десятка до тысяч единиц. Самые малые объекты имеют площадь водосбора порядка 0,1 га, площадь водосбора наиболее крупных объектов автотранспорта может достигать 10 га.
На сегодняшний день существует несколько вариантов создания
систем очистки поверхностного стока, отводимого с территорий площадок предприятий первой группы, к которым относятся также объекты автотранспорта. Эти варианты в основном копируют зарубежные системы очистки поверхностного стока и не учитывают специфику работы и эксплуатации отечественных систем сбора и отведения поверхностного стока.
Одно из наиболее часто применяемых проектных решений при устройстве систем ливневой канализации предусматривает размещение подземных установок заводского изготовления непосредственно на коллекторах, транспортирующих дождевые, талые и поливомоечные воды. Однако при проектировании очистных сооружений поверхностного стока с территорий площадок объектов автотранспорта во внимание принимается главным образом наличие и концентрация в стоке только двух компонентов – взвешенных веществ и нефтепродуктов. В то же время не учитывается их фазово-дисперсное состояние, степень стабильности дисперсной фазы, возможность периодического поступления в поверхностный сток таких загрязняющих веществ как тяжелые металлы, ПАВ и различных других минеральных и органических токсичных соединений, а также не всегда учитывается изменение состава стока в широких пределах не только в разные периоды выпадения осадков, но и в течение одного дождя или в сутки снеготаяния.
При очистке поверхностного стока наибольшее распространение получили безреагентное и реагентное отстаивание, реагентное и безреагентное фильтрование через зернистые материалы, а также адсорбция на различных активированных углях. Однако фильтрующая загрузка требует периодической замены, что обусловливает необходимость значительных усилий и расходов. Применяемые загрузки фильтров промываются неэффективно, что приводит к большому потреблению электроэнергии и воды на собственные нужды (30-35% объема воды от производительности фильтра). Дозирование больших объемов химических реагентов обусловливает вторичное загрязнение окружающей среды
избытком не вступивших в реакцию реагентов. Наличие крупных складов
регентов требует больших площадей и налаженного процесса
транспортировки. Кроме того, сами реагенты имеют достаточно короткий срок годности (2-3 года).
Поэтому исследования, направленные на совершенствование систем очистки поверхностного стока объектов автотранспорта, разработку технологии и очистного оборудования, режимы и параметры работы которого изменяются в зависимости от качества поверхностного стока, являются актуальными.
Работа выполнялась в соответствии с тематическим планом научно-исследовательских работ ФГБОУ ВПО Волгоградского государственного технического университета.
Цель работы – снижение негативного воздействия на состояние природных водных объектов посредством совершенствования систем очистки поверхностных стоков автотранспортных предприятий.
Для достижения поставленной цели в работе решались следующие
задачи:
анализ качественно-количественных характеристик поверхностных сточных вод предприятий отрасли;
анализ процессов и технологических схем очистки поверхностных стоков;
анализ конструктивного исполнения оборудования и сооружений для очистки поверхностных стоков автотранспортных предприятий;
проведение исследований по оценке закономерностей седиментации основных загрязняющих компонентов, содержащихся в поверхностных сточных водах предприятий автотранспорта;
- разработка технологической схемы очистки поверхностного стока
автотранспортных предприятий;
- экспериментальные исследования кинетики отстаивания
поверхностных стоков без перемешивания и с перемешиванием;
экспериментальные исследования по оценке эффективности очистки отстоянного поверхностного стока с применением электрохимической коагуляции;
экспериментальные исследования по оценке затрат электроэнергии при проведении электрохимической коагуляции;
исследование работы картриджей-дозаторов;
- проведение исследований по очистке поверхностного стока от
растворенных нефтепродуктов;
- разработка конструктивно-аппаратурного оформления предложенной
технологической схемы очистки поверхностных сточных вод
автотранспортных предприятий;
- разработка методик расчета отдельных конструктивных элементов
предложенной системы очистки поверхностного стока, а также технических
рекомендаций по проектированию сооружений для очистки ливневых и талых вод.
Основная идея работы состоит в разработке технологической схемы
очистки поверхностного стока, предусматривающей совместное
использование электрокоагуляции и химической коагуляции.
Методы исследования включали: аналитическое обобщение
известных научных и технических результатов, экспериментальные
исследования, обработку экспериментальных данных методами
математической статистики.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обоснована применением классических положений теоретического анализа, планированием необходимого объема экспериментов, подтверждена удовлетворяющей требуемым критериям сходимостью полученных результатов экспериментальных исследований с результатами других авторов.
Научная новизна работы:
- на основе анализа фазово-дисперсного состояния, механических,
физических и химических свойств удаляемых из сточных вод компонентов
разработаны методологические основы применения электрохимической
коагуляции при очистке поверхностных стоков;
- на основании результатов экспериментальных исследований
выявлены значения режимных параметров (материал электродной системы,
расстояние между электродами, удельная плотность тока, тип и
концентрация вводимого коагулянта, условия образования стока), при
которых обеспечивается наиболее высокое качество очищенной воды;
- экспериментально определено влияние дозы металлов
растворяющихся анодов на эффективность очистки дождевого и талого
стоков при применении электрокоагуляции, а также влияние
дополнительной дозы химического коагулянта на степень очистки талого
стока в случае использования комплексного процесса, включающего
электрокоагуляцию и химическую коагуляцию;
- экспериментально установлены зависимости, позволяющие оценить
затраты электроэнергии при проведении электрохимической коагуляции с
учетом основных режимных параметров работы системы очистки стоков;
- экспериментально получены данные, характеризующие в
зависимости от продолжительности дозирования, материала мембраны в
картридже-дозаторе и глубины его погружения при введении коагулянта в
сухом виде или в виде раствора;
- на основании результатов исследований установлены значения
средней удельной производительности картриджей-дозаторов в
зависимости от количества слоев мембраны и глубины их погружения.
Практическое значение работы:
предложена технологическая схема очистки поверхностного стока автотранспортных предприятий с применением электрохимической коагуляции;
усовершенствована методика седиментационного анализа сточных вод;
выполнено конструктивно-аппаратурное оформление разработанной технологической схемы очистки поверхностного стока в виде блочно-модульного водоочистного комплекса БМВК «УКОС-Д» («УКОС-ДП» для подземной установки);
- предложены методики расчета отдельных отдельных конструктивных
элементов предложенной системы очистки поверхностного стока;
- разработаны технические рекомендации по проектированию
сооружений для очистки ливневых и талых вод на базе блочно-модульного
водоочистного комплекса «УКОС-Д»;
- предложены технические решения по повышению
производительности и сохранению эффективности установок
электрохимической очистки сточных вод, новизна которых подтверждена
патентами РФ на изобретение №2186037 от 27.07.2002 и № 2317949 от
27.02.2008.
Реализация результатов работы:
- БМВК «УКОС-Д» внедрены более, чем на 100 предприятиях, в том
числе: на КС Береговая (ОАО “ГАЗПРОМ”, проект “Голубой поток”);в
депо «Американские мосты», г. Санкт-Петербург; на станции Гатчина; на
Ейск-Порт-Виста; на ОАО “Роснефть”, ОАО “Транснефть”. Трансойл
Терминал; в ОАО “Карелия-ДСП”; на механическом заводе в г. Луцке
(Украина); на металлургическом холдинге VSZ (Словакия) и т.д.
На защиту выносятся:
- разработанные на основе анализа фазово-дисперсного состояния,
механических, физических и химических свойств удаляемых из сточных вод
компонентов методологические основы применения электрохимической
коагуляции при очистке поверхностных стоков;
- выявленные на основании результатов экспериментальных
исследований значения режимных параметров (материал электродной
системы, расстояние между электродами, удельная плотность тока, тип и
концентрация вводимого коагулянта, условия образования стока), при
которых обеспечивается наиболее высокое качество очищенной воды;
- результаты экспериментального определения влияния дозы металлов
растворяющихся анодов на эффективность очистки дождевого и талого
стоков при применении электрокоагуляции, а также влияния
дополнительной дозы химического коагулянта на степень очистки талого
стока в случае использования комплексного процесса, включающего
электрокоагуляцию и химическую коагуляцию;
- экспериментально установленные зависимости, позволяющие
оценить затраты электроэнергии при проведении электрохимической
коагуляции с учетом основных режимных параметров работы системы очистки стоков;
- полученные экспериментально данные, характеризующие в
зависимости от продолжительности дозирования, материала мембраны в
картридже-дозаторе и глубины его погружения при введении коагулянта в
сухом виде или в виде раствора;
- установленные значения средней удельной производительности
картриджей-дозаторов в зависимости от количества слоев мембраны и
глубины их погружения.
Апробация. Основные положения и результаты работы докладывались и получили одобрение на: Scandinavian Technical Fair (Стокгольм, Швеция, 2006 г.); научно-техническом форуме Евроросс (Берлин, Германия, 2013 г.); семинаре ОАО “РЖД” «Техносферная безопасность» (г. Санкт-Петербург,
-
г.); информационно-технических семинарах по технологии очистки природных и сточных вод (Росприроднадзор, г.Волгоград, 2009; ТПП РФ, г.Белград, 2011); сетевом совещании экологов ОАО “РЖД” (г. Красноярск,
-
г.); ТЭБТРАНС 2010 (ОАО “РЖД”, г.Санкт-Петербург, 2010 г.); ТЭБТРАНС 2012 (ПГУПС, г. Санкт-Петербург, 2012 г. ); научно-практической конференции «Проблемы охраны производственной и окружающей среды» (г. Волгоград, 2012 г.); ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ФГБОУ ВПО Волгоградского государственного технического университета ( 2013 г.), ФГБОУ ВПО Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета (2012 г., 2013 г.).
Публикации. Основные результаты исследований по теме
диссертации опубликованы в 11 работах, в том числе в 5 статьях, опубликованных в изданиях, рекомендуемых ВАК РФ, 2 патентах РФ, книге.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения,
четырех разделов, заключения, библиографического списка и приложений. Общий объем работы: 191 страница, в том числе: 152 страницы – основной текст, содержащий 36 таблиц на 47 страницах, 49 рисунков на 38 страницах; список литературы из 160 наименований на 15 страницах; 5 приложений на 24 страницах.
