ДонНТУ   ФИММ   МАХП   Портал магистров

Кутняшенко Юлия Игоревна

Факультет инженерной механики и машиностроения

Кафедра Машины и аппараты химических производств

Специальность Оборудование химических производств и предприятий строительных материалов

Обоснование выбора технических способов системы водообращения экопоселения в условиях Донбасса

Научный руководитель: д.т.н., проф. Парфенюк Александр Сергеевич

Резюме Биография Реферат Библиотека Ссылки Отчет о поиске Индивидуальный раздел

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

• Введение
• 1. Актуальность проблемы создания экопоселений в Донбассе
• 2. Состояние вопроса создания систем очистки сточных вод
• 3. Анализ технологий очистки сточных вод
• 3.1 Решетки с механизированной очисткой
• 3.2 Песколовки с круговым движением воды
• 3.3 Радиальный отстойник
• 3.4 Адсорбционная установка
• 3.5 Ультрафиолетовое обеззараживание
• 4. Наноматериалы и очистка воды: возможности улучшения и защиты водных ресурсов
• Заключение
• Список литературы

Введение

Экологическая ситуация в Донбассе близка к катастрофической. Беспрецедентная для Украины концентрация населения и производственных мощностей на довольно небольшой площади в условиях многолетнего невнимания к состоянию окружающей среды ни к чему другому привести и не могла. Юго-восточные территории Украины еще со времен Юза (основателя города Донецка) эксплуатировались абсолютно бессистемно, жестоко и без каких-либо угрызений совести. Об экологии никто не думал. Сегодня Украина по уровню загрязнения окружающей среды находится на 110-м месте из 122 промышленно развитых государств.

Территория Донецкого региона принадлежит к тем районам Украины, где воздействие человека на природу сказалось наиболее сильно. Большая часть земель застроена жилыми массивами и промышленными предприятиями, часть земель представлена распаханными сельскохозяйственными полями. Рост урбанизации и интенсивная хозяйственная деятельность человека зачастую наносят значительный вред окружающей среде [1].

1. АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ СОЗДАНИЯ ЭКОПОСЕЛЕНИЙ В ДОНБАССЕ

Ежегодно в реки и водоемы области предприятиями сбрасывается 1,7 млрд. куб. м сточных вод. Это треть всех стоков Украины.

В современных условиях режим практически всех рек в области изменен за счет создания искусственных водоемов – ставков и водохранилищ. Всего в области создано 157 водохранилищ, из них одно с полным объемом 162,0 млн. м3 воды, 15 - с объемом 427,8 млн. м3, остальные - 285,7 млн. м3 воды.

Водообеспеченность на одного жителя Донецкой области (180 м3) в 5 раз меньше, чем в целом по Украине. Бытовое потребление воды в расчете на одного человека за последние 15 лет резко уменьшилось с 135 м3 в 1990 году до 64 м3 в 2006 году.

Главными загрязнителями водных объектов, как и раньше, остаются предприятия металлургической и коксохимической промышленности (заводы Мариуполя, Енакиево, Макеевки, Авдеевки и Донецка), угольной отрасли и энергетики. Вместе со сточными водами в водоемы региона поступает значительное количество загрязняющих веществ. В 2006 году было сброшено 484 тыс. тонн сульфатов, 183,7 тыс. тонн хлоридов, 12,7 тыс. тонн нитратов, 85 тонн нефтепродуктов. В воде практически всех рек области наблюдается повышенное содержание солей. Одной из основных причин этого является сброс высокоминерализованных шахтных вод, с которыми в реки за год поступает более 1 млн. тонн солей [2].

Альтернативой проживания в столь загрязненном регионе может стать строительство экологически чистого поселения (экопоселения). На территории 5 км2 разместится 250 частных домов из экологически чистых природных материалов. В данном экопоселении смогут проживать около 500 человек постоянно и столько же смогут приезжать для сезонного отдыха. Разработка и обеспечение автономных систем водопользования и теплоэнергии позволят обеспечить на требуемом уровне контроль за соответствием нормативам экологической безопасности.

Проектирования экопоселения в Донецком регионе является комплексной задачей с обеспечением четкого взаимодействия технических объектов для достижения требуемых результатов.

Одной из основных задач является техники и технологи замкнутого цикла централизованного водоснабжения с очисткой воды при помощи природных гранулированных сорбентов. При территории экопоселения – 5 км2, численность – 1000 чел. и потреблении воды – 250 л/сут·чел. Важным условием является использование местных природных материалов, что позволит обеспечить не только экологичность, но и экономичность водообращения экопоселения. Оборудование для комплексной водоочистки поселка должно быть конструктивно простым и технологически надежным. Технологическая схема включает: решетки грубой очистки, фильтрующее оборудование, отстойники, установки основной очистки. Степень чистоты воды после линии централизованной водоочистки позволит использовать ее для хозяйственно-бытовых целей. При непосредственном использовании воды для приготовления пищи или питья, она должна пройти дополнительную очистку. По оценкам специалистов высокая степень очистки всего объема используемой воды в экопоселении экономически нецелесообразна.

Доочистка воды непосредственно перед потреблением жителями экопоселения в домах подразумевает использование природных гранулятов с высокой очистной способностью. Природные грануляты, используемые при водоочистке, должны обладать хорошими очистными свойствами и способностью к восстановлению.

Совокупность данных систем водоочистки должна обеспечить замкнутый цикл водообращения с минимальным использованием природных водных ресурсов.

При разработке системы водообращения необходимо учитывать, что сточные воды экопоселения отличаются большим содержанием биологических веществ и полученные после очистки суспензии могут быть использованы в качестве сельскохозяйственных удобрений. Использованные сорбенты, которые не подлежат восстановлению, должны быть утилизированы с целью получения тепла или энергии, или, при обеспечении их экологической безопасности, использоваться в качестве компонентов различных строительных материалов.

2. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА СОЗДАНИЯ СИСТЕМ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД

Основными характеристиками сточных вод являются - расход сточных вод (л/сек, м3/сут., м3/смену, и т.д.), концентрации загрязнений (мг/л, г/м3), неравномерность поступления сточных вод. Все эти характеристики необходимы для проектирования систем водоотведения (водоотводящие сети, очистные сооружения).

От каждого человека в сутки в городскую канализацию поступает в среднем постоянное количество загрязнений (в г.) [3]:

Бытовые сточные воды (БСВ) без примеси промышленных в настоящее время практически отсутствуют. Исключение составляют сточные воды некоторых курортных поселков, но и в них поступают стоки от гаражей, содержащие нефтепродукты и другие загрязнения, характерные для производственных сточных вод.

Многочисленные данные показывают, что грубодисперсные вещества от общей массы загрязнений в среднем составляют 35,4%, коллоиды – 14,3%, растворенные вещества – 50,3%. Органических веществ в сточных водах содержится 53,7%, минеральных – 46,3 %. Принято считать, что в бытовых сточных водах органические вещества составляют 58, а минеральные – 42% .

Согласно правилам и нормам параметры очищенных сточных вод, отводимых на рельеф или сбрасываемых в водоем, должны соответствовать величинам, приведенным в таблице 2.1 [3]

Для предохранения гидроресурсов от качественного истощения и предотвращения загрязнения поверхностных вод важная роль отводится очистным сооружениям. Освобождение сточных вод от загрязнения - сложное производство. Для очистки сточных вод используются различные методы:

• механические,
• биологические (или биохимические),
• химические и физико-химические,
• электрохимические,
• глубокая очистка(доочистка после полной биологической очистки),
• термического обезвреживания,
• обеззараживания и обработка осадка [4].

Весь комплекс сооружений очистки сточной воды можно разделить на несколькохарактерных стадий:

• механической очистки;
• биологической очистки;
• доочистки;
• дезинфекции;
• обработки осадков [5].

При очистке сточных вод любым из методов образуется осадок вследствие выпадения нерастворенных веществ в первичных отстойниках. Кроме того, в результате биологической очистки образуется большое количество осадка, который выделяется во вторичных отстойниках. Осадок состоит из твердых веществ, сильно разбавленных водой.

Для обезвоживания осадка применяются различные механические приемы — вакуум-фильтрация, фильтрпрессование, центрифугирование. Создаются эффективные аппараты по термической сушке и сжиганию осадков [6].

Очистные сооружения проектируются из условий возможности эксплуатации их либо жителями канализуемого объекта (местные очистные сооружения), либо обслуживаемые техническим персоналом (поселковые очистные сооружения).

3. АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД

Выбор способа очистки небольших количеств сточных вод, комплекса очистных сооружений, их типов и конструкций в значительной степени зависит от местных условий: возможности выделения площади земли под очистные сооружения, удаленности этой площади от жилья, топографии местности, грунтовых, гидрологических и климатических условий, характера и места расположения водоема, в который могут быть спущены очищенные воды.

Система рационального обращения с водными ресурсами экопоселения должна обеспечить решение ряда задач технологического, технического и экологического характера. Как один из возможных вариантов - структурно-логическая схема, отображающая сущность системы приведена на рисунке 3.1.

3.1 Решетки с механизированной очисткой

Для задержания крупных загрязнений, поступающих со сточными водами, на лотках установлены механические решетки (рис. 3.2). Задержанные на решетках отбросы периодически удаляются граблями и сбрасываются в контейнеры с герметически закрывающимися крышками. Отбросы вывозят мусоровозами в специально отведенные места обработки твердых отходов. В здании решеток установлены насосы–повысители напора, подающие техническую воду к гидроэлеваторам песколовок [7].

3.2 Песколовки с круговым движением воды

Песколовки применяются в комплексе сооружений механической очистки сточных вод и предназначены для задержания песка из бытовых и близких к ним по составу производственных сточных вод, а также нефтесодержащих сточных вод. Песколовки представляют собой круглый резервуар с коническим днищем (рис 3.3). Внутри песколовки находится кольцевой лоток, заканчивающийся внизу щелевым отверстием.

Удаление песка из песколовки осуществляется при помощи гидроэлеватора. На основании типовых проектных решений для станций производительностью до 7000 м3/сутки принимаем горизонтальные песколовки с круговым движением воды [7].

3.3 Радиальный отстойник

Первичные отстойники служат для предварительной обработки сточных вод перед направлением их далее по сооружениям очистки (рис. 3.4). В первичных отстойниках происходит выделение из сточных вод нерастворимых веществ, находящихся во взвешенном и плавающем состоянии [7].

3.4 Адсорбционная установка

Адсорбционная очистка воды сорбентом осуществляется путем интенсивного перемешивания воды с наполнителем в течение определенного времени и последующего отстаивания сорбата (рис. 3.5) [8].

3.5 Ультрафиолетовое обеззараживание

Система обеззараживания представляет собой устройство для очистки с помощью ультрафиолетового облучения (рис. 3.6). Применение УФ-обеззараживателя является завершающей стадией очищения и позволяет придать воде надлежащее качество. Ультрафиолетовое излучение имеет бактерицидное действие, в результате воздействия ультрафиолета происходит полное уничтожение всех патогенных микроорганизмов. Источники непрерывного ультрафиолетового излучения воздействуют на водную среду в диапазоне длин волн 180-300 нм и происходит мгновенное бактерицидное воздействие. Предварительно очищенная в канализационной установке вода проходит через блок обеззараживания, который представляет собой металлический цилиндрический корпус, где располагаются кожухи из кварца. При прохождении жидкости через них происходит очистка. Ультрафиолетовое обеззараживание - наиболее безопасный и эффективный способ из всех существующих [8].

Основными преимуществами являются: возможность 100% уничтожения всех микроорганизмов, нет необходимости введения химических реагентов, сохранение физико-химических свойств воды, отсутствие риска образования вредных для организма соединений. УФ-обеззараживание - экономически целесообразное, практичное.

4. НАНОМАТЕРИАЛЫ И ОЧИСТКА ВОДЫ: ВОЗМОЖНОСТИ УЛУЧШЕНИЯ И ЗАЩИТЫ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ

Последние достижения позволяют предположить, что многие из вопросов, связанных с качеством воды, могут быть решены или в значительной степени разрешены использованием наночастиц, нанофильтрации или других продукты в результате развития нанотехнологии. Инновации в разработке новых технологий для опреснения воды являются одними из самых интересных и перспективных. Использование конкретных наночастиц, встроенных в оболочку или на другие структурные носители, которые могут эффективно, недорого и быстро очищать питьевую воду, изучается в различных учреждениях. Помимо очевидных преимуществ для промышленно развитых странах, выгода для развивающихся стран также была бы огромной. Инновационное использование наночастиц для очистки промышленных сточных вод другое потенциально полезное применение. Многие заводы производят большое количество сточных вод. Удаления загрязнений и утилизации очищенной воды обеспечит значительное сокращение затрат, времени, труда для промышленности и приведет к улучшению окружающей среды. Водоносный слой подземных вод и его восстановление также являются важными вопросами, становится все более важным, так как водоснабжение неуклонно снижаться, а спрос продолжает расти. Большинство технологий восстановительных работ, доступны сегодня, в то время как эффективные, очень часто являются дорогостоящими и требуют времени, в частности, методы откачки и обработки. Возможность удаления токсичных соединений из подземных и других сред, которые являются очень труднодоступными на месте, быстро, эффективно и в разумные затраты и является конечной целью [9].

На рисунке 4.1 выделены четыре класса наноразмерных материалов, которые в настоящее время оценивается как функциональные материалы для очистки воды: (1) металлсодержащие наночастицы, (2) углеродистые наноматериалы, (3) цеолиты и (4) дендримеры. Они имеют более широкий диапазон физико-химических свойств, которые делают их особенно привлекательными при разделении и реактивации среды для очистки воды [9].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Совокупность данных систем водоочистки должна обеспечить замкнутый цикл водообращения с минимальным использованием природных водных ресурсов.

При разработке системы водообращения необходимо учитывать, что сточные воды экопоселения отличаются большим содержанием биологических веществ и полученные после очистки суспензии могут быть использованы в качестве сельскохозяйственных удобрений. Использованные сорбенты, которые не подлежат восстановлению, должны быть утилизированы с целью получения тепла или энергии, или, при обеспечении их экологической безопасности, использоваться в качестве компонентов различных строительных материалов.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

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.