CC BY
644
УДК 6283 С. А. НОСКОВА
А. М. СИЗИКОВ
Омский государственный аграрный университет
КОАЛЕСЦЕНЦИЯ В ОЧИСТКЕ СТОЧНЫХ ВОД КАК СОВРЕМЕННАЯ БЕЗОПАСНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ
В процессе использования природной воды человеком она загрязняется различными вредными веществами. Для того чтобы сбрасывать эту воду в водоисточники или использовать вторично, необходимы специальные очистные сооружения. Они должны быть наиболее экологичны и экономически выгодны. К таким сооружениям относится коалесцирующий фильтр. В работе описаны теория коалесценции и принцип действия фильтра, даны рекомендации по его применению.
Ключевые слова: коалесценция, фильтр, сточная вода, эмульсия.
Во все времена поселения людей и размещение промышленных предприятий реализовывались в непосредственной близости пресных водоемов, используемых для питьевых, гигиенических, сельскохозяйственных целей. В процессе использование воды человеком, она изменяла свои природные свойства и в ряде случаев становилась опасной в санитарном отношении. Впоследствии с развитием инженерного оборудования городов и промышленных объектов возникла необходимость в устройстве организованных способов очистки отработавших потоков воды специальными сооружениями.
В настоящее время значение пресной воды как природного сырья постоянно возрастает. При использовании в быту и промышленности вода загрязняется веществами минерального и органического происхождения. Такая вода называется сточной водой. В связи с этим появляется острая необходимость очистки этой воды для дальнейшего ее использования с наименьшим ущербом для окружающей природной среды и человека.
В зависимости от происхождения сточных вод они могут содержать токсичные вещества и возбудители различных инфекционных заболеваний. Вследствие этого, особое значение имеет развитие современных технологий очистки и обезвреживания производственных сточных вод. Данные технологии должны обеспечивать высокую степень защиты окружающей природной среды от загрязнений, кроме этого, актуальны меры по предотвращению сбросов токсичных и загрязненных вод в поверхностные водоемы и подземные воды. Загрязнение подземных вод жиронефтесодержащими стоками ставит дополнительные трудности перед гидрологией, важнейшей из наук о земле и ее недрах. Загрязняющие вещества, попадая в подземные воды, могут кардинально менять состав и свойства земных недр, приводить к их истощению и ухудшению их полезных свойств. Предпосылкой для успешного решения этих задач являются разработки, использующие новейшие достижения науки и техники.
Повышение эффективности мер по охране природы достигается применением малоотходных и безотходных технологических процессов. Развитием комбинированного производства, обеспечивающего полное и комплексное использование природных
ресурсов, сырья и материалов, исключающие или существенно снижающие вредное воздействие на окружающую среду. Улучшить охрану недр и комплексно использовать ресурсы, снизить потери полезных ископаемых, обеспечить сохранность природной среды экономической зоны и континентального шельфа — задача современных технологий.
В данной работе предлагается технология очистки нефтежиросодержащих сточных вод методом коалесценции, который является экологичным и целесообразным с экономической точки зрения.
Технология очистки стоков, содержащих нефтепродукты и жиры, в значительной степени опирается на теоретические разработки в области общей гидродинамики, особенно той ее части, в которой рассматривается механика частиц в вязких средах.
Общую научную основу современных методов очистки стоков, содержащих нефтепродукты и жиры, составляют:
— теория дисперсных систем, в частности теория эмульсий, образованных несмешивающимися жидкостями;
— гидродинамика жидкостей, содержащих частицы других жидкостей и пузырьки воздуха;
— теория разделения жидкостей, составляющих эмульсию, в частности, выделения оседающих и особенно всплывающих примесей, а также экстракции (извлечения) жидкости из жидкости;
— теория коалесценции (слияния), которая лежит в основе работы гидрофобных коалесцирующих фильтров. Именно этот тип сооружений для очистки сточных вод от нерастворимых в воде жидкостей в настоящее время приобрел актуальность и эффективность [1].
Под коалесценцией понимают слияние частиц дисперсной фазы эмульсии, например нефтепродуктов, с полной ликвидацией первоначально разделяющей частицы межфазной поверхности. Это приводит к изменению фазово-дисперсного состояния и укрупнению капель исходной эмульсии. Система становится кинетически неустойчива и быстро расслаивается.
В основе процессов коалисценции эмульгированных нефтепродуктов и жиров на фильтрующем материале лежат явления адгезии и смачивания, которые в определенной мере влияют и на процессы обычного фильтрования.
«ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК» № 1 (84), 2009 ЭКОЛОГИЯ
ЭКОЛОГИЯ «ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК» № 1 (84), 2009
Принципиальная особенность коалесцирующих фильтров состоит в том, что частицы дисперсной фазы (например капли нефтепродукта или жира), оседая на поверхности загрузки фильтра, коалесцируют между собой и образуют непрерывную фазу, способную эвакуироваться из объема фильтра под действием гравитационных сил. Непрерывная фаза образует на поверхности гранул и в зазорах между ними сплошную пленку, которая ограничивает систему разветвленных каналов, по которым протекает разделяемая эмульсия Принудительное движение через загрузку должно в той или иной степени увлекать за собой пленку, причем в зависимости от направления осредненного движения эмульсии такое гидродинамическое увлечение может как способствовать, так и препятствовать его эвакуации из объема фильтра [2].
При установившемся режиме работы коалесци-рующих фильтров на поверхности фильтрующего материала образуется слой дисперсной фазы, и дальнейшая коалесценция капель нерастворимых жидкостей протекает при их взаимодействии с этим слоем. Считается, что время коалесценции капель определяется в основном временем утончения пленки дисперсионной среды между каплей и поверхностью раздела фаз. Интервал времени между соприкосновением капли с поверхностью и ее окончательным исчезновением определят время коалесценции. Элементарный акт процесса коалесценции в общем случае можно представить в виде следующей схемы: приближение капли к поверхности, приводящее к деформации как самой капли, так и поверхности; затухание колебаний капли на поверхности; утончение пленки дисперсной среды между каплей и поверхностью; разрыв пленки и перенос содержимого капли (частично или полностью) в дисперсную фазу [3].
Работа коалесцирующего фильтра зависит от гравитационного, а также гидродинамических факторов. Скорость коалесцентного укрупнения капель в объеме жидкости пропорциональна их объемной концентрации и среднему радиусу.
Коалесцентное разделение фаз эмульсии при прохождении через фильтр описывается капиллярной моделью порового пространства. Дисперсной фазой является нефтепродукт, а дисперсионной средой — вода [4].
Перед авторами стояла задача упростить конструкцию устройства без ущерба для процесса очистки сточной воды от нефтепродуктов, путем исключения дополнительных дорогостоящих устройств, применяемых в области данной технологии ранее, и повышение эффективности коалесценции.
Поставленная задача достигнута тем, что устройство включающее корпус, патрубки ввода и вывода разделенной и разделяемых фракций и коалесцирующий материал, представляющий собой пучок гидрофобного полимера полипропилена, размещенного в корпусе, одна сторона которого закреплена на входе в корпус, а вторая свободна в корпусе, причем патрубки ввода и вывода расположены с торцевых сторон корпуса с возможностью обеспечения направления волокон коалесцирующего материала параллельно потоку жидкости. Такая конструкция достаточно проста в производстве, кроме этого, ее устройство не требует никаких дополнительных технологических элементов, и она может применяться как в общих схемах очистных сооружений сельскохозяйственных и вспомогательных к ним предприятий, так и непосредственно на канализационных сетях отдельных производств с целью укрупнения капель эмульсий, если очистные сооружения расположены гораздо ниже по схеме.
Устройство работает следующим образом: сточная вода содержащая нерастворимые в воде жидкости по патрубку ввода разделяемой жидкости поступает в корпус устройства, и проходя через коалесцирующий материал, освобождается от мелких фракций нефтепродуктов за счет их коалесценции (укрупнения) на поверхности материала. После этого пленка нефтепродуктов отрывается от поверхности фильтрующего гидрофобного материала в виде капель с размерами в диметре несколько миллиметров. Капли быстро всплывают и легко отделяются от воды. Затем коалесцированные (укрупненные) капли жира или нефтепродукта поднимаются в верхнюю часть корпуса и со сточной удаляются через патрубок вывода на дальнейшую очистку.
Использование предлагаемого технического решения позволяет упростить конструкцию за счет исключения из нее дополнительных дорогостоящих устройств таких, как устройство для создания центробежного поля, различные камеры, перегородки, и т.д. исползуемые ранее. Кроме этого, использование волокнистого полипропилена параллельно потоку жидкости в качестве коалисцирующего материала позволяет значительно повысить эффективность коалисценции, уменьшить закупоривание межволо-конных пространств воздухом и мехпримесями. При прохождении сточной жидкости, содержащей мелкие фракции жира, масла или нефтепродукта через коа-лисцирующий материал устройства за счет процессов адгезии и смачивания мелкие капли нефтепродукта коалисцируются и отрываются от поверхности в виде более крупных капель диаметром несколько миллиметров, что позволяет легко удалять их из сточной воды в процессе дальнейшей очистки.
В промышленности сточная вода подвергается перекачиванию центробежным насосным оборудованием, которое способствует созданию тонкодисперсных эмульсий нерастворимых в воде жидкостей, что затрудняет извлечение их из воды [5].
Данное устройство укрупняет капли нерастворимых в воде жидкостей без излишних дорогостоящих элементов и позволяет значительно повысить степень очистки сточной воды. Наиболее целесообразно использование коалесцирующего фильтра для очистки жиронефтесодержащих сточных вод сельскохозяйственных и вспомогательных к ним предприятий.
Использование коалесценции в очистке сточных вод позволит значительно снизить нагрузку на основные очистные сооружения, повысить их производительность и тем самым значительно сократить вредные выбросы в окружающую среду. Современные технологии, минимализирующие вред, оказываемый на природные объекты, позволят избежать изменений в экосистеме, а в частности — в гидрологии и геологии.
Библиографический список
1. Роев Г.А., Юфин В.А. Очистка сточных вод и вторичное использование нефтепродуктов. — М. : Недра, 1987. — 222 с.
2. Рулев Н.Н., Рященко В.П. Гидродинамическое разрушение разбавленных эмульсий масло-вода // Химия и технология воды. — 1989. — Т. 11, №8. — С. 126-134.
3. Рулев Н.Н., Седлухо Ю.П. Коллоидно-гидродинамическая теория разделения фаз масляно-водяных эмульсий коалесцирующим фильтром // Химия и технология воды. — 1990. - Т. 12, № 9. - 219-223.
4. Рулев Н.Н., Седлухо Ю.П. Роль гидродинамического и гравитационного механизмов в работе коалесцирующего
фильтра // Химия и технология воды. — 1990. — Т. 12, № 5. — 393-398.
5. Стахов Е.А. Очистка нефтесодержащих сточных вод предприятий хранения и транспорта нефтепродуктов. — Л. : Недра, 1983. — 263 с.
НОСКОВА Светлана Александровна, аспирантка кафедры сельскохозяйственного водоснабжения Ом-
ского государственного аграрного университета.
E-mail: [email protected] СИЗИКОВ Анатолий Михайлович, кандидат химических наук, доцент, заведующий кафедрой «Инженерная экология и химия» Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии.
E-mail: [email protected] Дата поступления статьи в редакцию: 29.09.2009 г.
© Носкова С.А., Сизиков А.М.
уДК 628 517 4 А. А. СЕДЫХ
ООО «Проектная фирма "Стройгазпроект"»
ЗАЩИТА ЗДАНИЙ ОТ ВИБРАЦИИ
Статья посвящена проблеме вредного воздействия вибрации от трамвая на здания. Предложены варианты снижения вибрации и дана их краткая качественная оценка.
Ключевые слова: вибрация, здания, трамвай, защита.
Для многих старинных городов со сложившейся застройкой характерно наличие одного довольно опасного техногенного явления, на которое, как ни странно, мы не торопимся обратить внимание. Как правило, эту «роблему по целому ряду причин городские власти в лучшем случае относят к числу «неприоритетных», которые разрешатся сами собой в ближайшем будущем, например, в результате утверждения нового генплана.
Речь здесь пойдет о вредном воздействии вибрации от трамвая на здания.
Что проблема существует, отчетливо видно, а как ее решить, — по возможности экологически чисто и с минимальными затратами, — предлагается автором.
Краткий обзор литературы о вибрации в строительстве показывает, что: согласно п.1.1 и п.2.5 [1], скорость обычного трамвая на прямых участках должна быть менее 24 км/ч , а расстояние от оси пути до жилых и общественных зданий на прямых участках должно составлять не менее 20 м.
В действительности эти важные требования СНиП не выполняются. Вагоны трамвая в российских городах на прямых участках зачастую следуют со скоростью более 8 м/с (29 — 30 км/ч), а как следует из табл.1, здания «имеют тенденцию» располагаться вблизи трамвайных путей, на расстоянии 6—10 м.
Согласно п. 1.10, п. 1.11, «Устройство трамвайных путей должно предусматривать мероприятия по ограничению вибрации... следует выделить работы, выполняемые после обкатки. устройство бесстыкового пути».
По п. 2.46 «Трамвайный путь .должен быть бесстыковым .рельсы надлежит сваривать в плети. Длина рельсовой плети не лимитируется.» [1].
«Фундаменты машин. должны быть отделены от фундаментов здания. а также от пола», п. 1.5 [2].
Согласно [3], звуки, издаваемые «шумной улицей, гудком автомобиля», соответствуют уровню шума в 90 дб. Согласно [4] (п. 6.3, табл. 3, примеч. 3), «норми-
руемые уровни звука в жилых квартирах приняты для ночного времени 25 децибел». Таким образом, ограждающие и несущие конструкции рассматриваемых помещений должны соответствовать защите от уровня шума приблизительно в 65 дб.
Если из текста убрать выражения «децибелы» и «гудки автомобиля», то это будет означать, что пластиковые окна — не панацея от всех звуко-шумовых бед, и поэтому пора привыкнуть к мысли, что скрежет проносящегося где-то рядом в ночи трамвая и дребезжащие кастрюли на кухне — это неприятная, но зато объективная реальность, которая ещё долго будет присутствовать в наших снах.
«Виброизоляцией называется способ уменьшения колебаний. механической системы, основанный на значительном ослаблении ее связей с другими систе-мами...Наиболее распространёнными устройствами для гашения колебаний. в строительстве...являются динамические и ударные гасители...демпферы и ограничители. Действие ограничителей колебаний основано на изменении упругих свойств системы, в результате чего уменьшаются амплитуды колебаний и изменяется частота . колебаний системы» [5].
«Колебания фундамента. могут оказать вредное воздействие на людей. способны также нарушать структуру некоторых грунтов (например, вызвать ти-ксотропные превращения в глинистых грунтах)» [6].
«При длительном действии вибрации, осадки фундаментов (если основание сложено мелкозернистыми, особенно пылеватыми водонасыщенными песками, илами, мягкопластичными, близкими к текучему состоянию глинами и суглинками.) могут происходить и независимо от уплотнения грунта основания, что объясняется тиксотропными свойствами таких грунтов. Во время вибрации связи между частицами в грунте разрушаются, и он приходит в состояние, напоминающее по своему характеру тяжёлую вязкую жидкость; фундамент начинает в таком грунте тонуть» [7].
«ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК» № 1 (84), 2009 ЭКОЛОГИЯ
