ДонНТУ   ФІММ   МАХВ   Портал магістрів

Кутняшенко Юлія Ігорівна

Факультет інженерної механіки та машинобудування

Кафедра машин та апаратів хімічних виробництв

Спеціальність Обладнання хімічних виробництв та підприємств будівельних матеріалів

Обгрунтування вибору техніческіх засобів системи водообігу екопоселення в умовах Донбасу

Науковий керівник: д.т.н., проф. Парфенюк Олександр Сергійович

Резюме Біографія Реферат

Реферат за темою випускної роботи

Зміст

• Вступ
• 1. Актуальність проблеми створення экопоселений в Донбасі
• 2. Стан питання створення систем очищення стічних вод
• 3. Аналіз технологій очищення стічних вод
• 3.1 Решітки з механізованим очищенням
• 3.2 Пісколовки з круговим рухом води
• 3.3 Радіальний відстійник
• 3.4 Адсорбційна установка
• 3.5 Ультрафіолетове знезараження
• 4. Наноматеріалів і очищення води : можливості поліпшення і захисту водних ресурсів
• Висновки
• Перелік посилань

ВСТУП

Екологічна ситуація в Донбасі близька до катастрофічної. Безпрецедентна для України концентрація населення і виробничих потужностей на досить невеликій площі в умовах багаторічного неуваги до стану довкілля ні до чого іншого призвести й не могла. Південно-східні території України ще з часів Юза (засновника міста Донецька) експлуатувалися зовсім безсистемно, жорстоко і без будь-яких докорів сумління. Про екологію ніхто не згадував. Сьогодні Україна за рівнем забруднення навколишнього середовища знаходиться на 110-му місці з 122 промислово розвинених держав.

Територія Донецького регіону належить до тих районів України, де вплив людини на природу позначилося найбільш сильно. Велика частина земель забудована житловими масивами і промисловими підприємствами, частина земель представлена розораними сільськогосподарськими полями. Зростання урбанізації та інтенсивна господарська діяльність людини часто завдають значної шкоди довкіллю [1].

1. АКТУАЛЬНІСТЬ ПРОБЛЕМИ СТВОРЕННЯ ЕКОПОСЕЛЕННЯ У ДОНБАСІ

Щорічно у річки та водойми області підприємствами скидається 1,7 млрд. куб. м стічних вод. Це третина всіх стоків України.

У сучасних умовах потоки майже всіх річок в області змінено за рахунок створення штучних водоймів - ставків і водосховищ. Всього в області створено 157 водосховищ, з них одне з повним обсягом 162,0 млн. м3 води, 15 з об'ємом 427,8 млн. м3, решта - 285,7 млн. м3 води.

Водозабезпеченість на одного мешканця Донецької області (180 м3) в 5 разів менше, ніж в цілому по Україні. Побутове споживання води в розрахунку на одну людину за останні 15 років різко зменшилося з 135 м3 у 1990 році до 64 м3 у 2006 році.

Головними забруднювачами водних об'єктів, як і раніше, залишаються підприємства металургійної та коксохімічної промисловості (заводи Маріуполя, Єнакієвого, Макіївки, Авдіївки та Донецька), вугільної галузі та енергетики. Разом зі стічними водами у водойми регіону надходить значна кількість забруднюючих речовин. У 2006 році було скинуто 484 тис. тонн сульфатів, 183,7 тис. тонн хлоридів, 12,7 тис. тонн нітратів, 85 тонн нафтопродуктів. У воді практично всіх річок області спостерігається підвищений вміст солей. Однією з основних причин цього є скидання високомінералізованих шахтних вод, з якими в річки за рік надходить більше 1 млн. тонн солей [2].

Альтернативою проживання в настільки забрудненому регіоні може стати будівництво екологічно чистого поселення (екопоселення). На території 5 км2 розміститься 250 приватних будинків з екологічно чистих природних матеріалів. У даному екопоселенні зможуть проживати близько 500 осіб постійно і стільки ж зможуть приїжджати для сезонного відпочинку. Розробка та забезпечення автономних систем водокористування і теплоенергії дозволять забезпечити на необхідному рівні контроль за відповідністю нормативам екологічної безпеки.

Проектування екопоселення в Донецькому регіоні є комплексним завданням із забезпеченням чіткої взаємодії технічних об'єктів для досягнення необхідних результатів.

Однією з основних завдань є техніки і технологи замкнутого циклу централізованого водопостачання з очищенням води за допомогою природних гранульованих сорбентів. При території екопоселення - 5км2, чисельність - 1000 чол. і споживанні води - 250 л / добу·чол. Важливою умовою є використання місцевих природних матеріалів, що дозволить забезпечити не лише екологічність, але і економічність водообращенія екопоселення. Обладнання для комплексної водоочищення селища має бути конструктивно простим і технологічно надійна. Технологічна схема включає: решітки грубої очистки, фільтруюче обладнання, відстійники, установки основною очищення. Ступінь чистоти води після лінії централізованої водоочищення дозволить використовувати її для господарсько-побутових цілей. При безпосередньому використанні води для приготування їжі або пиття, вона повинна пройти додаткове очищення. За оцінками фахівців висока ступінь очищення всього обсягу використовуваної води в екопоселенні економічно недоцільна.

Доочищення води безпосередньо перед споживанням жителями екопоселення в будинках увазі використання природних гранулятів з високою очисної здатністю. Природні грануляти, використовувані при водоочистці, повинні володіти хорошими очисними властивостями і здатністю до відновлення.

Сукупність даних систем водоочищення повинна забезпечити замкнутий цикл водообращенія з мінімальним використанням природних водних ресурсів.

При розробці системи водообращенія необхідно враховувати, що стічні води екопоселення відрізняються великим вмістом біологічних речовин і отримані після очищення суспензії можуть бути використані в якості сільськогосподарських добрив. Використані сорбенти, які не підлягають відновленню, повинні бути утилізовані з метою отримання тепла або енергії, або, при забезпеченні їх екологічної безпеки, використовуватися в якості компонентів різних будівельних матеріалів.

2. СТАН ПИТАННЯ СТВОРЕННЯ СИСТЕМ ОЧИСТКИ СТІЧНИХ ВОД

Основними характеристиками стічних вод є - витрата стічних вод (л/сек, м3/добу., м3/зміну, і т.д.), концентрації забруднень (мг/л, г/м3), нерівномірність надходження стічних вод. Всі ці характеристики необхідні для проектування систем водовідведення (водовідвідні мережі, очисні споруди).

Від кожної людини на добу в міську каналізацію надходить у середньому постійна кількість забруднень (в г.) [3]:

Побутові стічні води (БСВ) без домішки промислових в даний час практично відсутні. Виняток становлять стічні води деяких курортних селищ, але і в них надходять стоки від гаражів, які містять нафтопродукти та інші забруднення, характерні для виробничих стічних вод.

Численні дані показують, що грубодисперсні речовини від загальної маси забруднень в середньому становлять 35,4%, колоїди - 14,3%, розчинені речовини - 50,3%. Органічних речовин у стічних водах міститься 53,7%, мінеральних - 46,3%. Прийнято вважати, що в побутових стічних водах органічні речовини становлять 58, а мінеральні - 42%.

Згідно правилам і нормам параметри очищених стічних вод, що відводяться на рельєф або скидаються у водоймище, повинні відповідати величинам, наведеним у таблиці 2.1 [3]

Для оберігання гідроресурсів від якісного виснаження і запобігання забруднення поверхневих вод важлива роль відводиться очисним спорудам. Звільнення стічних вод від забруднення - складне виробництво. Для очищення стічних вод використовуються різні методи:

• - механічні,
• - біологічні (або біохімічні),
• - хімічні та фізико-хімічні,
• - електрохімічні,
• - глибока очистка (доочищення після повної біологічної очистки),
• - термічного знешкодження,
• - знезараження і обробка осаду [4].

Весь комплекс споруд очистки стічної води можна розділити на кілька характерних стадій:

• - механічного очищення;
• - біологічного очищення;
• - доочищення;
• - дезінфекція;
• - обробки опадів [5].

При очищенні стічних вод будь-яким з методів утворюється осад внаслідок випадання нерозчинених речовин у первинних відстійниках. Крім того, в результаті біологічного очищення утворюється велика кількість осаду, який виділяється у вторинних відстійниках. Осад складається з твердих речовин, сильно розбавлених водою.

Для зневоднення осаду застосовуються різні механічні прийоми - вакуум-фільтрація, фільтрпрессованіе, центрифугування. Створюються ефективні апарати по термічній сушці і спалюванню опадів[6].

Очисні споруди проектуються з умов можливості експлуатації їх або жителями каналізуемого об'єкта (місцеві очисні споруди), або обслуговуються технічним персоналом (селищні очисні споруди).

3. АНАЛІЗ ТЕХНОЛОГІЙ ОЧИСТКИ СТІЧНИХ ВОД

Вибір способу очищення невеликих кількостей стічних вод, комплексу очисних споруд, їх типів і конструкцій в значній мірі залежить від місцевих умов: можливості виділення площі землі під очисні споруди, віддаленість цієї площі від житла, топографії місцевості, грунтових, гідрологічних і кліматичних умов, характеру і місця розташування водойми, в який можуть бути спущені очищені води.

Система раціонального поводження з водними ресурсами екопоселення повинна забезпечити вирішення ряду завдань технологічного, технічного та екологічного характеру. Як один з можливих варіантів - структурно-логічна схема, що відображає сутність системи наведена на рисунку3.1.

3.1 Решітки з механізованим очищенням

Для затримання великих забруднень, що надходять зі стічними водами, на лотках встановлені механічні решітки (рис. 3.2). Затримані на решітках покидьки періодично видаляються граблями і скидаються в контейнери з герметично закриваються кришками. Покидьки вивозять сміттєвозами в спеціально відведені місця обробки твердих відходів. У будівлі решіток встановлені насоси-підвищувачів напору, що подають технічну воду до гідроелеватор пісковловлювачів[7].

3.2 Пісколовки з круговим рухом води

Пісколовки застосовуються в комплексі споруд механічного очищення стічних вод і призначені для затримання піску з побутових і близьких до них за складом виробничих стічних вод, а також нафто утримуючих стічних вод. Пісколовки представляють собою круглий резервуар з конічним днищем (рис. 3.3). Усередині пісковловлювача знаходиться кільцевої лоток, що закінчується внизу щілинним отвором.

Видалення піску з пісколовки здійснюється за допомогою гідроелеватора. На підставі типових проектних рішень для станцій продуктивністю до 7000 м3/добу приймаємо горизонтальні пісколовки з круговим рухом води.[7].

3.3 Радіальний відстійник

Первинні відстійники служать для попередньої обробки стічних вод перед направленням їх далі по спорудах очищення (рис. 3.4). У первинних відстійниках відбувається виділення з стічних вод нерозчинних речовин, що знаходяться у зваженому і плаваючому стані [7].

3.4 Адсорбційна установка

Адсорбційна очистка води сорбентом здійснюється шляхом інтенсивного перемішування води з наповнювачем протягом певного часу і подальшого відстоювання сорбата. (рис. 3.5) [8].

3.5 Ультрафіолетове знезараження

Система знезараження являє собою пристрій для очищення за допомогою ультрафіолетового опромінення (рис. 3.6). Застосування УФ-знезаражувачем є завершальною стадією очищення і дозволяє додати воді належну якість. Ультрафіолетове випромінювання має бактерицидну дію, в результаті впливу ультрафіолету відбувається повне знищення всіх патогенних мікроорганізмів. Джерела безперервного ультрафіолетового випромінювання впливають на водне середовище в діапазоні довжин хвиль 180-300 нм і відбувається миттєве бактерицидну дію. Попередньо очищена в каналізаційній установці вода проходить через блок знезараження, який являє собою металевий циліндричний корпус, де розташовуються кожухи з кварцу. При проходженні рідини через них відбувається очищення. Ультрафіолетове знезараження - найбільш безпечний і ефективний спосіб з усіх існуючих [8].

Основними перевагами є: можливість 100% знищення всіх мікроорганізмів, немає необхідності введення хімічних реагентів, збереження фізико-хімічних властивостей води, відсутність ризику утворення шкідливих для організму сполук. УФ-знезараження - економічно доцільне, практичне.

4. НАНОМАТЕРІАЛИ І ОЧИЩЕННЯ ВОДИ: МОЖЛИВАСТІ ПОЛІПШЕННЯ І ЗАХИСТУ ВОДНИХ РЕСУРСІВ

Останні досягнення дозволяють припустити, що багато з питань, пов'язаних з якістю води, можуть бути вирішені або значною мірою спрощені використанням наночасток, нанофільтрації або інших продукти в результаті розвитку нанотехнології. Інновації в розробці нових технологій для опріснення води є одними з найцікавіших і перспективніших. Використання конкретних наночасток, вбудованих в оболонку або на інші структурні носії, які можуть ефективно, недорого і швидко очищати питну воду, вивчається в різних установах. Окрім очевидних переваг для промислово розвинених країнах, вигода для країн, що розвиваються, також була б величезною. Інноваційне використання наночасток для очищення промислових стічних вод інше потенційно корисне застосування. Багато заводів виробляють велику кількість стічних вод. Видалення забруднень і утилізації очищеної води забезпечить значне скорочення витрат, часу, праці для промисловості і приведе до поліпшення довкілля. Водоносний шар підземних вод і його відновлення також є важливими питаннями, стає усе більш важливим, оскільки водопостачання неухильне знижуватися, а попит продовжує зростати. Більшість технологій відновних робіт, доступні сьогодні, тоді як ефективні, дуже часто є дорогими і вимагають часу, зокрема, методи відкачування і обробки. Можливість видалення токсичних з'єднань з підземних і інших середовищ, які є дуже важкодоступними на місці, швидко, ефективно і в розумні витрати і є кінцевою метою [9].

На рисунку 4.1 виділено чотири класи нанорозмірних матеріалів, які нині оцінюється як функціональні матеріали для очищення води: (1) металлсодержащие наночастки, (2) вуглецеві наноматеріали, (3) цеоліти і (4) дендримери. Вони мають ширший діапазон фізико-хімічних властивостей, які роблять їх особливо привабливими при розподілі і реактивации середовища для очищення води [9].

ВИСНОВКИ

Сукупність даних систем водоочищення повинна забезпечити замкнутий цикл водообращенія з мінімальним використанням природних водних ресурсів.

При розробці системи водообращенія необхідно враховувати, що стічні води екопоселення відрізняються великим вмістом біологічних речовин і отримані після очищення суспензії можуть бути використані в якості сільськогосподарських добрив. Використані сорбенти, які не підлягають відновленню, повинні бути утилізовані з метою отримання тепла або енергії, або, при забезпеченні їх екологічної безпеки, використовуватися в якості компонентів різних будівельних матеріалів.

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

1. Парфенюк А.С., Аверин Е.Г. Экологические проблемы индустриальных мегаполисов: Материалы международной научно-практической конференции. Донецк – Авдеевка. 21 – 23 мая 2008 г., - Донецк, ДонНТУ Минестерства образования и науки Украины, 2008. – 168с. Анализ состояния зеленых зон на территории города Донецка.
2. Доклад о состоянии окружающей среды в Донецкой области под редакцией С. Третьякова, Г. Аверина, Донецк, 2007. – 116 с.
3. СНиП 2.04.02-84 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. – М., 1985.
4. Розенталь Е.Д. Анализ эффективности инвестиций в восстановление водных ресурсов//Водные ресурсы. Вода, Промышленность, Водные ресурсы, Восстановление, Эффективность. 1989.
5. Беспамятнов Г.П., Предельно допустимые концентрации химических веществ в окружающей среде / Рихтер К.К.//Химия 1987.
6. Ola Jonassen VVS Norplan AS, Norway, Angelique Leonard, Michel Crine Université de Liège, Belgium, Stig Stenström Lund University, Sweden/Annex X, Energy Efficient Drying and Dewatering Technologies, Technical report 1, Drying and dewatering of sludge – Summary of papers, presented at ECSM´08
7. Сомов М.А. Водопроводные системы и сооружения: Учеб. для вузов.-М.:Сторйиздат, 1988 – 399. с.:ил.
8. Яковлев С.В., Карелин Я.А., Лесков Ю.И.,Воронов Ю.В. Очистка производственных сточных вод : Учеб. пособие для ВУЗов/ Под ред. Яковлева С. В.-2ое изд., перераб. и доп. – М.:Стройиздат, 1985-335 с., ил.
9. Journal of Nanoparticle Research (2005) 7: 331–342, Springer 2005, DOI 10.1007/s11051-005-7523-5 Perspectives, Nanomaterials and water puri?cation: Opportunities and challenges. Received 9 March 2005; accepted in revised form 17 May 2005.