CC BY
109
УДК 631.3; 628.1: 631.15
В.П. Коваленко, доктор техн. наук, профессор Е.А. Улюкина, канд. хим. наук, доцент
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный агроинженерный университет имени В.П. Горячкина»
В.Б. Бабко, научный сотрудник
ООО Научно-производственная фирма «Водоподготовка и энерготехнологическое оборудование»
Е.Н. Пирогов, канд. техн. наук, доцент Ш.А. Давлетьяров, аспирант
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Российский государственный открытый технический университет путей сообщения»
ОЧИСТКА ВОДЫ ДЛЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ И БЫТОВЫХ ЦЕЛЕЙ НА ПРЕДПРИЯТИЯХ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА
Качество воды из источников водоснабжения в последние годы снижается из-за всё возрастающего загрязнения окружающей среды.
В соответствии с существующими требованиями питьевая вода должна быть безопасна в эпидемическом отношении, безвредна по химическому составу и обладать благоприятными органолептическими свойствами.
При всем многообразии веществ, находящихся в воде (Санитарно-эпидемиологической службой России установлено более 2000 нормативов предельно допустимых концентраций вредных веществ, которые применяют в практике государственного надзора) следует выделить группы загрязнителей, наиболее характерных для источников водоснабжения [1]:
• высокотоксичные элементы (кадмий, свинец, ртуть, никель, алюминий, берилий и др.) — приводят к снижению иммунитета у людей и животных;
• малотоксичные элементы (железо, марганец, медь, цинк) — ухудшают органолептические свойства воды;
• микробы, бактерии, паразиты — вызывают инфекционные заболевания людей и животных;
• органические вещества и нефтепродукты — приводят к отравлениям людей и животных, угнетению сельскохозяйственных растений.
В настоящее время в ряде регионов состояние питьевого водоснабжения отражается на состоянии здоровья населения и отрицательно воздействует на производство животноводческой продукции. Основные причины неудовлетворительного водоснабжения:
• отсутствие зон санитарной охраны источников водоснабжения;
• дефицит мощностей сооружений водоочистки и обеззараживания воды;
• неудовлетворительная работа очистных сооружений;
• неудовлетворительное состояние распределительной сети и нарушение сроков замены износившихся труб.
Обеспечение сельскохозяйственных предприятий питьевой водой соответствующего качества является важной социально-экономической задачей. Особенно актуально снабжение качественной водой социально значимых и экологически важных объектов, к которым относятся детские сады, школы, больницы, а также животноводческие и птицеводческие фермы, небольшие населенные пункты и т. п. На таких объектах обязательно должны быть устройства локальной водоочистки производительностью 1.. .20 м3/ч.
Выбор метода очистки и оборудования для его реализации определяется составом загрязнений, содержащихся в исходной воде. Для большинства регионов характерно содержание в источниках водоснабжения растворенного железа, марганца, антропологических органических загрязнений, сернистых соединений и солей жесткости.
Предлагаемые на рынке устройства очистки воды (в основном импортные) предполагают для очистки каждого из загрязнителей установку отдельной ступени (обезжелезивание, сорбционное извлечение, обеззараживание и т. д.) при обеспечении жестких ограничений, предъявляемых к исходной воде, поступающей на каждую ступень очистки. Актуальной для многих регионов является задача обезжелезивания природных и поверхностных вод. Поставками оборудования, практически полностью импортного, для этих целей занимаются многие предприятия. Очистка от соединений железа и марганца производится с использованием засыпки типа «BIRM» и «Manganese Greensand». Очистка производится в слое засыпки, регенерация которой обеспечивается промывкой раствором перманганата калия. Недостатками такого оборудования являются необходимость использования реагентов,
33
большие объемы сбросной промывочной воды и избирательное воздействие (очистка только от железа и марганца).
Разработаны устройства и системы очистки, которые базируются на предварительном озонировании исходной воды с последующей очисткой на фильтрах. Выбор озоно-сорбционного метода очистки воды определяется его универсальностью. Озон является наиболее сильным окислителем. Его окислительно-восстановительный потенциал (ОВП) 2,07 В (для перманганата калия 1,51 В, для хлора 1,36 В) [2]. Озон генерируется из воздуха. Наряду с ионами железа Fe2+ и марганца Mn2+ происходит окисление сероводорода, органики и обеззараживание воды, а также достигается улучшение вкусовых показателей воды за счет насыщения ее кислородом.
Озон вырабатывается в озонаторах «QUINTA», при работе которых используется явление барьерного разряда. Диапазон производительности озонаторов от 2 до 50 г(О3)/ч. Определяющим при выборе озонаторов этого типа является возможность генерации озона с заданной производительностью без предварительной осушки воздуха.
В зависимости от качества исходной воды и условий эксплуатации оборудования в качестве фильтра для очистки озонированной воды можно использовать комбинированную засыпку, состоящую из гравия и активированного угля и размещенную в контактном аппарате. Схема озоно-сорбци-онной очистки со встроенным фильтром представлена на рис. 1.
Для воды, содержащей кроме указанных выше загрязнителей катионы цветных и тяжелых металлов, фильтрационную очистку озонированной воды рекомендуется производить на выносных фильтрационных модульных установках (УФМ), вы-
полненных в виде отдельных модулей с возможностью наращивания количества модулей до заданной производительности. Производительность фильтрационного модуля 1 м3/ч и 15 м3/ч. В таких установках в качестве фильтрующего материала использованы принципиально новые полимерные фильтроэлементы пористо-глобулярной структуры (ПГС-полимеры), обладающие фильтрационными и абсорбционными свойствами, а также способностью к регенерации после отработки ресурса работы.
Схема озоно-сорбционной очистки с выносным фильтром представлена на рис. 2.
Комплекс работает в автоматическом режиме. При включении контроллера и озонатора 1 открывается электромагнитный клапан 3 и вода подается через эжектор в контактный резервуар. Одновременно в озонаторе вырабатывается озоно-воздуш-ная смесь, которая поступает в эжектор 4 за счет разрежения и смешивается с исходной водой. Растворившийся озон реагирует с примесями, содержащимися в воде, происходит окисление соединений марганца Мп2+ и железа Fe2+, а также сероводорода и органических соединений. Одновременно происходит обеззараживание воды. Управление работой электромагнитного клапана, озонатора и насосного агрегата автоматическое по сигналу, поступающему от блока датчиков уровня. Электромагнитный клапан открывается при достижении водой уровня У2 (рис. 3) и закрывается при достижении уровня У1. Одновременно с открытием электромагнитного клапана включается озонатор. Отключение озонатора происходит при закрытии электромагнитного клапана. Насосный агрегат управляется реле давления при наличии напряжения питания, которое включается, когда вода в контактной емкости поднимется до уровня У3 и выключается, когда вода опускается до уровня У4.
Продукты окисления задерживаются или в слое активированного угля, размещенного в контактном резервуаре, или на выносном фильтре.
По мере накопления осадка активированный уголь требует регенерации, периодичность которой устанавливается опытным путем и зависит от качества исходной воды. Продолжительность процесса регенерации определяется также опытным путем, однако она должна быть не менее 20 мин при обратной промывке и 15 мин при прямой промывке.
Для варианта с выносным фильтром регенерация фильтро-элементов производится обратной
Рис. 1. Схема озоно-сорбционной очистки со встроенным фильтром:
1 — блок управления; 2 — озонатор; 3 — электромагнитный клапан;
4 — эжектор; 5 — контактно-фильтровальный аппарат; 6 — блок датчиков; 7 — деструктор озона; 8 — насосный агрегат
Рис. 2. Схема озоно-сорбционной очистки с выносным фильтром:
I — блок озоновой обработки; II — выносной фильтр; III — источник сжатого воздуха; 1 — озонатор;
2 — пульт управления; 3 — электромагнитный клапан; 4 — эжектор; 5 — контактно-фильтровальный аппарат; 6 — блок датчиков; 7 — деструктор озона; 8 — насосный агрегат; 9-14,17-21 — запорная арматура;
15 — манометр; 16 — смотровое окно
продувкой сжатым воздухом или обратной промывкой водой.
Отключение комплекса производится закрытием вентилей и отключением электрического питания.
Качество очистки воды с использованием озо-но-сорбционной технологии приведено в таблице.
Порядок управления процессом озонирования поясняется принципиальной схемой, представленной на рис. 3.
Параметры и режимы озоно-сорбционной очистки выбирают согласно методическим рекомендациям [3]. Определяющим при выборе параметров установки является выполнение критерия
СТ = const,
где С — концентрация озона в воде; Т — продолжительность контакта озона с водой.
Концентрация С определяется производительностью озонатора и концентрацией озона в озоно-воздушной смеси. Длительность контакта Т определяет размер контактно-фильтровального аппарата.
Приведенные в работе данные показывают эффективность озоно-сорбционной технологии очистки, а разработанные установки обеспечивают хорошие органолептические показатели воды, насыщение ее кислородом, очищение от соединений железа, марганца, органических веществ и микробиологических загрязнений. Успешная эксплуатация установок с низкими эксплуатационными затратами позволяет использовать их для локальной очистки и водоснабжения малых жилых, производственных и социальных объектов, в сфере сельскохозяйственного производства.
Эффективность технологии очистки
Показатель Единица измерения Содержание загрязнений Примечания
до очистки после очистки норма
Железо общее мг/дм3 1,82 0,1 0,3 Артезианская вода
32,8 0,24 0,3 Вода из закрытого колодца
Мутность ед. ЕМФ 53 0,86 4 Вода из закрытого колодца
Цветность град 16 3 20 Артезианская вода
48 5 20 Вода из закрытого колодца
Запах баллы 2, землисто- Отсутствует 2 Артезианская вода
сточный
Коли-индекс кл/л 6 До 3 3 Вода из закрытого колодца
Окисляемость Мг(О2)/дм3 8,8 3,5 5 Вода из закрытого колодца
Растворенный кислород О2 мг/дм3 3,7 (47 % нас.) 7,5 (85 % нас.) Более 50 Вода из закрытого колодца
Рис. 3. Принципиальная схема процесса озонирования воды:
1 — озонатор; 2 — электромагнитный клапан; 3 — эжектор;
4 — блок датчиков; 5 — насос
Список литературы
1. Санитарные нормы СанПиН 2.1.4.559-96 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества». — М., 1996. — 111 с.
2. Кульский, Л.А. Технология очистки природных вод / Л.А. Кульский, П.П. Стро-кач. — Киев, 1986.
3. Методические рекомендации по обеспечению требований санитарных правил и норм СанПиН 2.1.4.559-96 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества» на водопроводных станциях при очистке природных вод. — М., 2000.
УДК 631.31.004.12(624)
Я.П. Лобачевский, доктор техн. наук, профессор А.Х. Эльшейх, аспирант
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный агроинженерный университет имени В.П. Горячкина»
ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ОПТИМАЛЬНОГО РАССТОЯНИЯ МЕЖДУ РЫХЛИТЕЛЬНЫМИ ЛАПАМИ И ДИСКАМИ ОРУДИЯ С КОМБИНИРОВАННЫМИ РАБОЧИМИ ОРГАНАМИ
Вопросы сокращения интенсивной обработки почвы впервые возникли в начале 1940-х годов [1] в связи с началом применения защитных технологий, но особую актуальность они приобрели с переходом страны на рыночные методы хозяйствования в 1980-90 гг.
Широкое распространение почвозащитных технологий, а также необходимость решения проблем энергосбережения и экологической безопасности существенно повлияли на современное состояние и развитие почвообрабатывающей техники.
«Концепция минимальной обработки почвы» — понятие, которое включает в себя почти все виды почвозащитных технологий [2]. В настоящее время минимальная обработка почвы стала доминирующим способом обработки, хотя до недавнего времени во многих странах мира она понималась как оптимальная обработка почвы, в которой совмещены все необходимые операции в один проход.
Минимизация числа операций по обработке почвы достигается за счет исключения лишних, необоснованных операций, выполнения нескольких операций за один проход (совмещение), замены механических операций по уничтожению сорняков химическими [1].
В Великобритании, Германии, Франции и других европейских странах минимальную обработку почвы и прямой посев применяют на 32 % площа-
36
дей, в Северной Америке — на 60 %, в Австралии — на 90 %, а в России — лишь на 2 % [3].
В Республике Судан применяемые технологии крайне упрощены вследствие тяжелого финансового положения хозяйств, их низкой технической оснащенности. По технологии нарезки гребней обрабатывается почти 75 % посевных площадей.
Совмещение технологических операций при возделывании полевых культур за счет применения комбинированных машин и орудий признано одним из перспективных направлений в современном интенсивном земледелии. При совмещении операции, как известно, достигается комплексный эффект, а именно:
• сохраняется естественное плодородие и повышается продуктивность обрабатываемых земель вследствие сокращения числа проходов и снижения уплотняющего воздействия агрегатов на почву;
• улучшается агротехническое качество и уменьшаются сроки проведения работ за счет сокращения разрыва между отдельными операциями;
• снижаются трудовые, энергетические и другие материальные затраты, благодаря сокращению времени и числа проходов.
В последние годы наметилась тенденция использования в составе орудия с комбинированными рабочими органами для поверхностной обработки
