Внутриводоемные процессы трансформации веществ

Трансформация при зарегули­ровании стока.Известно [1, 2, 12], что в результате создания водохранилищ происходит до- полнителное осаждение (седи­ментация) взвешенных веществ, связанное с резким снижением скорости течений и приводящее к увеличению прозрачности во­ды. Увеличение прозрачности акватории водоема приводит к значительному увеличению эв- фотического слоя (см. рис. 1). Это обстоятельство, а также за­мена реофильного режима на оптимальный для развития фи­топланктона (в первую очередь сине-зеленых водорослей) стаг- нофильный режим, устранение межвидовой конкуренции вслед­ствие отмирания реофильной флоры и возрастания концентра­ции БВ, поступающих в резуль­тате этого отмирания и в основ­ном из затопленных слоев почв и растительности [20], приводит к эвтрофированию водоемов и "цветению" воды. Особенно это явление характерно в первые 3 —* 4 года после наполнения (до 80 % созданных водохранилищ) [5, 2, 8].

Можно выделить два периода формирования качества воды в водохранилищах [1, 5]:

• период наименьшей ста­бильности качества воды в пер­вые годы их существования, что в общем связано с трансформа­ций речного стока, влиянием атопленных растительности и почв, перестройки водной эко­системы и т.д.;

Экология и промышленность России

• период относительной ста­бильности качества воды (если не сильно меняется антропоген- ный фактор и нет резких колеба- ний водности лет), когда закан­чивается перестройка водной экосистемы и устанавливается скорость и направленность внут- риводоемных процессов [1].

В течение этих периодов про­исходит формирование донных отложений, с которыми связаны заиление и вторичное загрязне­ние. В работе [9] говорится, что "водохранилища представляют отстойную накопительную сис­тему, аккумулирующую вещества и энергию".

Круговорот веществ,или био- геохимические циклы.Содержа­ние в биосфере биофильных [5] элементов (С, О,N, Р и др.) имеет достаточно четко выра­женную цикличность, которую принято называть круговоротом вещества, или биогеохимичес- ким циклом. Например, азот и фосфор непрерывно переходят из одной минеральной или орга­нической формы в другую в ре­зультате биохимических и других реакций, идущих как с поглоще­нием, так и с выделением энер­гии. Причем скорость оборачи­ваемости биофильного вещества нередко оказывается более важ­ной характеристикой, чем его "мгновенная концентрация" (из­меренная в конкретное время в конкретной точке водоема) в той или иной форме [8], поэтому оп­ределяемая концентрация БВ яв­ляется результатом непрерывно­го обмена между водой и орга­низмами [5].

Известно, что скорость обо­рачиваемости фосфора в водоеме составляет в среднем несколько суток [8, 9]. Азот имеет сущест­венно меньшую скорость обора­чиваемости, так как закрепляет­ся в органическом веществе с момента образования до разру­шения [12]. С другой стороны,

октябрь 2014 г.

минеральные формы азота могут находиться в природе в девяти окислительно-восстановитель­ных состояниях (валентность азота изменяется от +5 до -3), тогда как в гидрохимических ис­следованиях измеряются только три иона (+5 — N0₃, 4-3 —NO*», -3 -NH₄).

Термический и кислородный ре­жим в водохранилищах-охладите­лях.Температурные условия вод­ных объектов оказывают разнос­тороннее влияние на качество воды. Особенно важное значе­ние имеет термический режим для водоемов-охладителей, пос­кольку с повышением темпера­туры воды и общим накоплени­ем тепла меняется скорость про­текания физико-химических и биохимических процессов [10,

Н].

Натурные исследования, про­веденные под руководством и при непосредственном участии автора этих строк на Верхне- Деснинском водохранилище-ох­ладителе Смоленской АЭС в пе­риод до и после пуска станции, позволили выявить следующие тенденции [10]:

1. Зимой в зоне подогрева от­сутствует ледяной покров и наб­людается обратная стратифика­ция (0,5 — 2 °С у поверхности и около 4 °С у дна), вне зоны по­догрева эти температуры состав­ляют 0 °С и 1 —* -2 °С соответ­ственно, а толщина льда к концу зимы равна 30 — 60 см.

2. Весеннее потепление воз­духа приводит к быстрому (на протяжении нескольких дней, максимум 1 — 2 недель) пере­ходу от обратной к прямой стратификации, т.е. искус­ственный подогрев сокращает период гомотермии и ускоряет формирование прямой страти­фикации. В теплое время года в зоне подогрева прямая стра­тификация наступает раньше, более устойчива к ветровому

59

1МГНХД***** ЙЙЙГТИйЕШл

ИИРЙР pH

*1М9МЫМ11#«!1ДОТ 3 мнит. • : у **а

. >

|

И*1

ucf»

ttytd

му I

vtcPI

гИ

4L- $1(МФМ1ММ

СХ-рЙ ^?^фй!^йиНЯ ДС- f*n* Ш ШМ Ш"ХУС€П ВСННОГО ЦО- дотрем прмкш1т V дефициту ъжАоршм I фи|мт участш (юшке своя TewicpaTypHoro скач- кв) -~- содержание кислорода у див шиш до 2 шОг/д я меньше ||#| З-рр может привести к воз- Мгновению шэро^ш кж я во ш и к молен ню опасности с^ю- шородшо ягряшения^ w® помимо жологичесш) ущерба помечет за собой ущерб техни­ческий - интенсификацию кор­розии системы тс х во д ос н а б же - ннп электростанции

Процессы самоочищения. Какправило* концентрация за!ряз- нядоших (в первую очередь* ант­ропогенных) веществпводоемах уменьшается по мерс их пребы­вания в воде |9, 2]. что обуслов­лено целым комплексом взам- мос нм зан н ы х процессов,If рот е кающих в водных объектах. Ре­зультат лействийэтих процессов принято называть самоочищсни- см воды * а в отношении конк­ретного объекта — самоочишаю- шей способноеп>ю водоема. 1а ким обратом, под самоочищени­ем воды следует понимать сово­купность физических, химичес­ких и биологических процессов, направленных на безвозвратное снижение содержания в воде то­го или иного вещества (рис. 4), Из определения вытекает, что процессы разбавления м процес­сы потребления веществ ВНР, фитопланктоном и другими гнд- робнонтами не являются, строго говоря, составляющими процес­са самоочищения, так как только перераспределяют веществаш пространстве и во времени,практически не уменьшая ихоб­щее содержание в водоеме 110|.

Наибольшее значение в е*ш0- очищении воды имеет биохими­ческое аэробноеокисление, доля которого обычно превышает 90 % |9, 5|. Процесс самоочище­ния щвесьма сложныймногос­тупенчатыйкомплекс более

*шми отжвженйчхм и др)

kctiqxmmmiio юшию, что контакт с илистыми отложе­ниями приводит К )ШЯШВПО скорости самоочищении ваш от такого ОВ, как фенол. В то же времясверхбольшая концентр*- 1Шя фенола (1 мг/д, иди 1000 ПДК| приводит к угнетению гидробеюнтож и биохимическое самоочищение воды практичес­ки отсутствует (10],

Важную роль в аэробном окислении играет микробиоло­гическоеокисление (до 80 9F об­шейубыли вещества) (9, 5), ки­нетикакоторого часто достаточ­но адекватноописывается мо- номолекудярнойреакцией I по­рядка.В случаях. когдаадекват­ность этойреакции ставится под сомнение(например, ста­дия азотногоокисления ОВ. оцениваемая, по БПК„ —пол­ному биохимическомупотреб­лению кислорода),количествен­ной оценкой микробиологичес­кого окисления могутслужить уравнения М нхаэлиса- Мснтси н Моно. Эксперименты автора, проведенные в полевых натур­ных условиях с использованием полиэтиленового "микрокосма* |10), показали правомочность применения реакции I порядкадля БПК и аммонийного азота<10!

П роиесс ы фотохи м и чес кого окисления количественно оцене­ны в |9). Процессы седимента­ции веществ в основном описы­ваются законом Стокса. Количе­ственные оценки захоронения БВ в донных отложениях приво­дятся в работе [6\, Остальные составляющие процесса само­очищения надежных количест­венных оценок, апробированных на практике исследований дина­мики и трансформации качества воды в различных водохранили­щах, автору не известны.

С повышением температуры воды до определенного предела (в умеренном климате — это приблизительно 30 *С летом), так жекак и при увеличениискорости течения (например.

количественно* оценки пщ факторов и процессов быт вве­ден показатель ^коэффициент водообновлення к самоочвяйй* ння* |10|*

Гомехктал илпкяпг

И нтенснвнос антротмгев нос воздействие нередко ухудшает способность водоемов к само­очищению, что снизано с шш- ным свойством экологических систем реагировать на внешние воздействия как единое целое — гомеостазом. Гомеостаз (от гре­ческих слов "гомео* — тог же. "стасис* — состояние) означает способность экосистемы проти­востоять внешним воздействиям и сохранять состояние равнове­сия (8|, которое сохраняется по принципу отрицательной обрат ной связи, уменьшающей откло­нения, вызванные внешними иг меиенинми. Эта связь осущес­твляется гак называемыми томе осгагическими организмами.

Во »растающее антропогенное воздействие может принести к выходу экосистемы за область отрицательной обратной сия ж* или гомеостатическому плато,т пределами которого во шикает положительная обратная сня я»,усиливающая отклонения, выз­ванные внешним воздействиемЭта положительная обращаясвязь превращает процессыоб­мена веществами и энергиив экосистеме из цикличных в ли­нейные или необратимые, что приводитк разрушению экосис­темы икачественной ее перест­ройке наболее низком уровне организации (8, 10, 12).

Для приобретения новой эко­системой стабильности, связан­ной с установлением гомеоста­тического плато, например при зарегулировании стока, требует­ся некоторый период эволюци­онного приспособления (10).

Установлено, что чем слож­нее экосистема* тем лете она справляется с антропогенными загрязнениями, лак как rOMeoCf

АНАЛИЗ. МСТОДИЛИ ПИЗГМОЭМ

Лммретура

ШТ**чесжог гш№в у нее шире (9.

Это &0а&енп& актуально яям ссисрмых |кшш« |*1рсагя Гяри- шзишрные области, тундре#, гас индекс RMJtOHoiT) разисюбра зия низкий

Помимо прямых и резких антропогенных воздействий (например, аварийный сброс токсичных химических веществ или .радионуклидов) имеют серь­езное значение и косвенные. Так, искусственный подогрев во­лы в 1юлохранилишах-охладите­лях на 5 — 10 *С выше естествен­ной летней температуры может нарушить гомеостаз экосистем 1111. Санитарными правилами и нормами установлено, что вода в водохранилише-охладитслс и ре­зультате сброса подогретых вол не должна превышать 3 Ч¹ мак симальную естественную темпе­ратуру поды и самый жаркий ме­сяц.

Важно понимать, что после нарушения гомеостаза никакими мероприятиями прежнюю слож­ную и многообразную экосисте­му не восстановить, по крайней мере в ближайшие годы и деся­тилетия |8, I2J.

1. Допсом А. И- 4Нх>мнр(шннс гидрохимического р* «пм» *ц>- лохранюиш Днепр* в методы сп> «рогнозиромнкч Кн©з.Huy «ходдумка, 1979.

2. Лдгмв С.М. в лф. Антропогенные факторы фН'мнромннч чн ммческого состава и содержатся биогенных элементов в водохрини лишдх Волги //Сб- трудов 2-й Конференции по ничеиню водоемов бассейна Волги Борок, 1974.

3- ЗымасиЛ П.А. Гндроюгнческне процессы н их роль в фор­мировании качества волы. Л.: Гндрошеопеш,1981.

4Лаикова Н.Н. Рекреационное водопользование кик фактор формирования качества вод/7Вода: химия и экология.2099Нч2,

5.Леонов А.В., АХмрлхн Т.А. Кинетика и механизм трансформдпии бмофильных элементов (С. О,N. Р,S) в водных экологическихсистемах //Итоги науки и техники ВИНИТИ АНСССР "Обтайбиология. Биоценология Гидробиология". Т, 4. М., 1977.

6 Мартынова М.В. Донные отложения как источник поступде имя азота и фосфора в водную массу // Водные ресурсы. \Hl. Nfe \ Моисеенко Т.И. Водная токсикология', теоретические и прик­ладные аспекты. М.: Наука, 2009.

8. Одум Ю. Основы экологии. М, Мир, 1975.

9. ( инелкшнков В.К. Механизм самоочищении водоемов М Стройиздат, 1980.

10. Соколов С А. Г идролог о* гидрохимические- факторы формиро­вания качества воды «юдосмои-охлади гелей АЭС, Дис каидтечи наук. М., 1985.

11 Столбуиов А.К. Влияние иолшретых вод ТЭС на нродукцион ные процессы и микрофлору водохранилищ охладителей различных юн СССР Фонды ИЬВВ АН СССР. Борок, 1983.

I*. (Гыиарин 1 .В., Дебелее Ю.1У1. Оиьн пропилы качества воды в водохранилищах питьевого недоиспользовании I. Основные принципы построения расчетной модели и оценки величины пос­тупления веществ в водохранилище // I идрохимичсскис материа­лы. 1974. 59- ■

СОБЫТИЯ. ФАКТЫ

V Международный форум

«ИЗМЕНЕНИЕ КЛИМАТА И ЭКОЛОГИЯ ПРОМЫШЛЕННОГО ГОРОДА»

й

12-14„

ноября

с

nmrtil

(Arnm.arolonv ¹

Н.М. Самохвалов

Иркутский государственный технический университет

печить непрерывную фильтрацию и расширяют возможности для эффективной регенерации отра­ботанного фильтрующего слоя. К таким аппаратам относятся зер­нистый фильтр с движущейся (рециркулируемой) насадкой и барабанные зернистые фильтры с вращающейся насадкой [1, 2]. В этих фильтрах реализован способ очистки запыленных газов, поз­воляющий обеспечить непрерыв­ную работу фильтров с высокой эффективностью улавливания пыли [3]. Сущность его сводится к тому, что поток запыленного га­за фильтруется через зернистый слой в течение времени | со ско­ростью, определяемой с учетом времени пребывания запыленно­го потока в этом слое:

Хщ, = Не/Ж,,

где Н — толщина зернистого слоя, м; I — доля свободного объ­ема зернистого материала; Щ — скорость фильтрования, м/с.

При этом время пребывания т„р должно быть больше опреде­ленной величины, а длительность цикла фильтрования т рассчиты­вается из соотношения Тпр/т, кото­рое тоже должно быть не меньше определенного значения. Напри­мер, при улавливании порошко­образной смолы поливинилхло­рида т„р/т должно быть не меньше 0,0002, а т„_р составлять величину не менее 0,3 с. Для других пылей эти значения можно рассчитать с помощью специальных эмпири­ческих зависимостей.

Способ обеспечивает очистку запыленных газов в стационар­ном периоде фильтрования, что предотвращает проникновение частиц пыли в зернистом слое на большую глубину и исключает интенсивный вторичный унос

|ногие технологические процессы сопровожда- Иотся образованием пы­ли, что приводит к интенсивному загрязнению окружающей среды мелкодисперсными частицами. Несмотря на многообразие пыле­очистной техники, эффективная очистка выбросов от промышлен­ной пыли является сложной зада­чей. Используемые пылеуловите­ли далеко не всегда способны обеспечить экономически выгод­ные условия эксплуатации и эко­логическую безопасность.

Одним из способов очистки запыленных газов является фильтрование через зернистую среду, которое имеет ряд досто­инств и преимуществ перед дру­гими способами пылеочистки. С помощью зернистых фильтров можно улавливать твердые части­цы практически всех размеров. Их преимущество заключается в сравнительной простоте конст­рукций, невысокой стоимости и доступности зернистых фильтро­вальных материалов, устойчивос­ти работы при изменении режим­ных параметров. Фильтровальные слои, например, из песка или гра­вия способны выдерживать зна­чительные механические нагруз­ки и перепады давления, надежно работать в горячих и агрессивных средах. Однако сегодня зернистые фильтры применяются сравни­тельно редко из-за конструктив­ных недостатков — периодичнос­ти действия, громоздкости, малой производительности и несовер­шенства устройств регенерации фильтрующего слоя.

В настоящее время все боль­ший интерес проявляется к аппа­ратам с подвижной зернистой на­садкой, которые позволяют обес­

пыли. Использование этого спо­соба для непрерывной фильтра­ции позволяет стабилизировать во времени остаточную запылен­ность и гидравлическое сопротив­ление, а также достичь стабиль­ной и высокой эффективности очистки.

При использовании опытных фильтров с движущейся насадкой для очистки пылевых выбросов в производстве гипохлорита каль­ция и барабанного зернистого фильтра с вращающейся насадкой для улавливания металлического кремния после помола в произво­дстве кремний органических сое­динений на ООО "Усольехим- пром" получены хорошие показа­тели их работы (см. таблицу).

Для улавливания костной муки (входная запыленность 10 — 15 г/м³, давление газового потока повышенное) после сушки на Усольском клеевом заводе был использован зернис­тый фильтр с движущейся на­садкой (рис. 1, о).

Фильтр состоял из корпуса I с коническим днищем, сепарато­ра2,цилиндрических сеток3и4,распределителя воздуха 1 просеивающей камеры | эжек­тора12и пневмотранспортной трубы13.Сетки3и4закрепле­ны на трубчатых каркасах. Уст­ройство для распределения воз­духа 5 состоит из обечайки, пе­реходящей в конус6.К обечайке приварены опорные косынки | а к конусу6внутренний трубча­тый каркас. Междуфланцами сепаратора и корпуса фильтра размещено опорное кольцоЩ на которое опираетсякосынками 7 устройство 5, а снизу приварен внешний трубчатый каркасШ сетки3.

Просеивающая камера 8 имеет наклонную сетку9, люк10 для загрузки зернистого материала и поворотную заслонку //. Просеи­вающая камера соединяется с эжектором12,а сопло эжектора с нагнетательной линией вен­тилятора, подающего запылен­ный воздух.

В просеивающую камеру 8 че­рез люк 10 засыпается зернистый материал, который потоком воз­духа через эжектор транспортиру­ется в сепаратор 2 и заполняет кольцевой зазор между сетками 3 и 4. Вход трубы 13 в сепаратор выполнен тангенциально для луч­шего распределения зернистой загрузки. Уровень загрузки на 100 — 150 мм ниже верхнего конца распределителя 5 и контролирует­ся через патрубок 15.

Запыленный газ подается че­рез эжектор 12 и вместе с зернис­тым материалом, ссыпающимся из камеры 8, транспортируется в сепаратор 2. В сепараторе зерна оседают в фильтрующем слое, а запыленный поток через распре­делительное устройство 5 посту­пает на очистку в непрерывно движущийся сверху вниз зернис­тый слой.

Очищенный газ отводится че­рез патрубок 16. Конус 6 позволяет равномерно распределить воздух по всей фильтрующей поверхнос­ти и одновременно способствует дополнительному выводу пыли из потока за счет седиментации, инерции и осевого эффекта. Отра­ботанный зернистый материал са­мотеком ссыпается на сетку 9, просеивается от пыли и поступает в эжектор 12. Уловленная пыль выводится через патрубок 17.

Существенным недостатком фильтров с движущейся насадкой является истирание элементов ап­парата и зернистого материала.

Зернистый фильтр с плоски­ми фильтрующими слоями (рис. 1, б) лишен отмеченных недос­татков. Это вертикальный аппа­рат с корпусом 2 прямоугольно­го сечения. Внутри, между нак­лонными жалюзийными пласти­нами 3, располагается зернистый материал, который поступает из бункера-сепаратора 7. Запылен­ный поток подается в нижнюю часть аппарата через патрубок 9 между фильтрующими слоями и фильтруется на две стороны че­рез патрубок 8. В нижней части фильтр снабжен соплом 1, через

Результаты испытаний зернистых фильтров (зернистый материал - частицы полипропилена размером 3-4 мм) с подвижной насадкой

Параметры	Насадка
	движущаяся	вращающаяся
Производительность (с учетом	4800	345
продувочного воздуха), м^3/ч
Средняя поверхность фильтрации, м?	11,2	0,275
Толщина зернистого слоя, м	0,15	0,15
Запыленность воздуха, г/м^3	2,8	1-5 Р
Средняя скорость фильтрации, м/с	0,12	0,025
Частота вращения барабана, мин '	-	2
Продолжительность цикла фильтрования, с	3600	60
Гидравлическое сопротивление, Па	170	490
Расход газа на продувку, м^3/ч	300	40
Остаточная запыленность, г/м^3	0,140	0,065 - 0,035
Эффективность очистки, %	95,0	98,7199,3
Давление продувочного воздуха, кПа	1,17	50

Рис. 1. Зернистый фильтр с движущейся насадкой (а) и плоскими фильт­рующими слоями (б)

которое подается сжатый воздух для транспортировки отработан­ной насадки в бункер-сепаратор 7 по центральной подъемной трубе 10. Для предохранения от выбрасывания из жалюзей зер­нистого материала выход из них закрыт сетками 11. Конус 6 предназначен для разрушения струи продувочного воздуха при выходе из подъемной трубы. Заг­рузка зернистого материала про­водится через люк 4. Регенера­ция фильтрующих слоев осущес­твляется в результате интенсив­ной продувки при вертикальном пневмотранспорте зернистого материала. Отдутая пыль из се­паратора отводится через патру­

бок 5 на очистку в небольшой рукавный фильтр.

Такой фильтр производитель­ностью 3000 м³/ч можно приме­нять для улавливания цемента после пневмотранспорта на заво­де ЖБИ. В качестве зернистой загрузки в нем используется гра­вийный песок с зернами разме­ром 3 — 5 мм. Эффективность очистки составила 96 — 98 %.

В барабанном зернистом фильтре обеспечивается быстрая и непрерывная регенерация фильт­рующего слоя, что в соответствии с описанным способом очистки позволяет достичь высокой эф­фективности улавливания. Такой фильтр (рис. 2) состоит из корпуса

уменьшения гидравлического сопротивления (в связи с увели­чением скорости газа по радиусу) загружается материалом с боль­шей порозностью, чем в наруж­ном. Для повышения эффектив­ности очистки толщина внутрен­него слоя делается больше внеш­него.

К корпусу 1 присоединена га­зоотводная камера 7, через кото­рую проходит трубопровод 8 для подачи продувочного воздуха в ре­генерирующее устройство, состоя­щее из двух соосных цилиндров — внутреннего 9 и внешнего 10. Ци­линдр 9 неподвижен по отноше­нию к трубопроводу 8 и камере 7. Цилиндр 10 кинематически связан с фильтрующим элементом 3 и вращается вместе с ним. На пове­рхности цилиндра 9 по всей его длине выполнено щелевидное продувочное сопло 14, которое расположено так, что его ось нап­равлена по нормали к плоскостям естественного откоса зернистого материала в зонах 13 и 14. На по­верхности цилиндра 10 по всей его длине выполнена винтовая щель 11 с шагом, равным длине фильт­рующего барабана.

Фильтр работает следующим образом. Запыленный газ через патрубок подается в корпус 1, в котором непрерывно вращается фильтрующий барабан 3 со ско­ростью 0,5 — 2 мин¹. Газ фильт­руется через внешний зернистый слой 5. В свободном кольцевом пространстве 6, за счет резкого уменьшения скорости потока при выходе из каналов зернистого слоя 5, происходит частичная се­диментация пылевых частиц, прошедших через фильтрующий слой. Радиальные газонепроница­

/. н котором на налу 2размещен ф|< ТЬфУЮЩИЙ шсмснт3,выпол­ненный п виде горизонтального барабана н I двух пар коаксиально расЛа пшенных перфорированныхKf№m.i\) цилиндров. Между ни­ми размещены внутренний4и внешний5 слои зернистого мате! риала, которые разделены свобод­ным копленым пространством6. )ТО пространство секционировано га зонойрон и цаем ы м и перегород­ками12.Бункер16используется дня сбора ныли.

Б фильтрующих слоях 4 и 5 имеются свободные от зернистого материала зоны13и14,образо­ванные за счет недогрузки слоев. При вращении барабана в этих зонах происходит свободная пе­ресыпка зерен под углом естест­венного откоса зернистого мате­риала. Экспериментально найде­но. что высота свободных зонК по радиусу должна составлять 1/5 — 1/6 толщины зернистого слоя. Объем недогруженного в слой зернистого материала при этом рассчитывается из уравнения

К | (4/3)йде - (R - W^s, где / — длина фильтрующего ба­рабана;R —внешний радиус слоя.

Толщина внешнего слоя мень­ше толщины внутреннего в 2 — 3 раза и обычно составляет, в зави­симости от условий фильтрации, 50 — 100 мм с зернами размером 1 — 3 мм. Толщина внутреннего слоя 100 — 300 мм с зернами3 —

5 мм. Такое исполнение обуслов­лено тем, что основная задержка пыли происходит в лобовом слое, поэтому он должен иметь мень­шую породность, а для облегче­ния регенерации небольшую тол­щину. Внутренний слой для

емые перегородку* 12прс.-млцм- пшют пересыпаниепыли и ггом пространстве иограничивают зо­ну продувки при регенерации. Далее газ фильтруется черезвнут­ренний зернистыйслой 4 и очи­щенный удаляетсяпо внутренней полости барабана через камеру 7.

Одновременно с фильтрацией происходит процесс регенерации зернистых слоев. При регенера­ции сжатый воздух по трубопро­воду8поступает во внутренний цилиндр 9 и через щелевое сопло15в том месте, где винтовая щель11совпадает с соплом15,выходит струей перпендикулярно к пове­рхности естественного откоса зер­нистого материала в месте его пе­ресыпания в слоях4и 5. За счет свободного пространства в зонах13и14зернистый материал под действием продувочной струи псевдоожижается и из него выду­вается уловленная пыль в местах продувки фильтрующих слоев4и5 и из кольцевого пространства6 между ними. По мере вращения барабана продувочная струя пере­мещается вдоль всей поверхности зернистого слоя.

Сопло-щель 15регенерирую­щего устройства располагают та­ким образом, чтобы плоскость продувки при вращении барабана была направлена перпендикуляр­но к середине плоскости пере­сыпки зернистого материала. Продувочный воздух смешивается в корпусе1с очищаемым пото­ком и фильтруется вместе с ним через слои. Отдутая при регенера­ции пыль собирается в бункере16.За счет непрерывной регене­рации фильтр имеет стабильные во времени показатели гидравли­ческого сопротивления и эффек­тивности очистки.

Литература

1. Зернистый фильтр для очистки газа / Н.М. Самохвалов, А.А. Быст­рицкий, Б.А. Ульянов: А.с. 1433480 СССР, В 01D 46/36. № 4079615/31-26; заявл. 24.06.86; опубл. 30.10.88. Бюл. № 40.

2. Барабанный зернистый фильтр / Н.М. Самохвалов, Д.В. Саторник; за­явитель и патентообладатель Ангарс­кий технолог, ин-т: Пат. 2060793 Рос­сийская Федерация, 6 В 01 D 46/36.Ц 94023280/26; заявл. 07.06.94; опубл. 27.05.96. Бюл. № 15.

3. Способ улавливанияпыли в зер­нистых фильтрах /Н.М.Самохвалов, Б.А. Ульянов, А.А.Быстрицкий. Ас. 1430072 СССР, В 01D 46/30- № 4103662/31-26,заявл. 04.08.86; опубл. 15.10.88. Бюл. № 38. ■

6

Экология и промышленность Р<

;и, апрель 2009 г.

БЕЗРЕАГЕНТНЫЙ

УМЯГЧЕНИЯ ВОДЫ

В.В. Мараков,

А.В. Мараков

Березниковский филиал Пермского государственного технического университета

ОВдна из основных количе- I ственных характеристик I качества воды — жест­кость, определяемая содержа­нием растворенных солей каль­ция и магния. Вывести из воды соли жесткости, т.е. умягчить ее, можно термическим, хими­ческим и ионитным способами. Два последних основаны на ио­нообменном процессе, когда катионы растворенных солей кальция и магния замещаются катионами химического реаген­та. При использовании терми­ческого способа соли магния из воды не выводятся, а половина растворенных в воде солей кальция образует нераствори­мые соединения. Химический и ионитный способы способству­ют вторичному химическому загрязнению воды. С целью исключения химического заг­рязнения и обеспечения мини­мальных энергетических затрат на переработку единицы объема воды разработан способ, вклю­чающий обработку воды им­пульсным электрическим полем (Пат. 2217384 РФ).

Экспериментально установ­лено, что в результате обработки произвольного объема воды зна­копеременным электрическим полем, изменяющимся с часто­той от 1 до 5 Гц, соли жесткости коагулируют между собой и об­разуют нерастворимые соедине­ния, которые выпадают в осадок. Выпавшие в осадок соли жест­кости содержат в среднем 75 % солей кальция и 25 солей маг­ния. При воздействии внешнего

электрического поля напряжен­ностью в зоне обработки 2 2,5 кВ/м в течение 10 — 15 с об­щая жесткость воды снижается в 2 раза. После второй стадии об­работки за тот же интервал вре­мени при неизменных парамет­рах внешнего электрического поля содержание солей кальция и магния уменьшается в среднем еще на 25 % (относительно ис­ходного состава).

В результате многократной обработки количество солей жесткости доводится до необхо­димого уровня. Выбор парамет­ров внешнего электрического поля определяется эффектив­ностью способа. При обработке с частотой менее 0,5 Гц и более 1 Гц жесткость воды снижается в среднем на 10 % и отмечается химическое загрязнение воды в результате электролиза. Способ также малоэффективен при воз­действии на воду с частотой бо­лее 5 Гц.

Для снижения энергетичес­ких затрат обработка потока ве­дется в двух проточных электро­литических ячейках, соединен­ных последовательно по потоку. В каждой ячейке расположены чередующиеся заземляющие и питательные электроды. Их чис­ло определяется расходом воды при средней скорости потока в межэлектродном пространстве <0,1 мс¹. Такая скорость потока обеспечивает необходимое умяг­чение. На питательные электро­ды каждой из ячеек, соединен­ных электрически последова­тельно, в противофазе наклады­

вается переменное электричес­кое поле от одного источника, изменяющееся с частотой 1 — 5 Гц. Наложенные на потоки во­ды в ячейках электрические поля приводят к образованию элект­рических токов в ячейках проти­воположных направлений, кото­рые компенсируют друг друга.

Эти результаты согласуются с результатами физического и ма­тематического моделирования электромагнитных процессов во­ды [1].

Например, при обработке природной воды в ячейке объе­мом 13,5 см⁵переменным электрическим полем, изменя­ющимся с частотой 1 Гц, при напряжении гальванического источника ЗВ, получена диаг­рамма напряжений на резисто­ре 5,86 Ом (1-й ряд), служащем для измерения силы тока в це­пи обработки и подключенным последовательно с ячейкой (см. рисунок,а).Напряжение изме­рялось с использованием систе­мы сбора данных и управленияReal Lab, имеющей восемь ка­налов аналогового сбора с пе­риодом опроса каналов 2 мс. Падение напряжения на резис­торе регистрировалось одним из каналов измерительной систе­мы.

Анализ результатов показал, что напряжение на резисторе в любой момент времени обра­ботки есть результат наложе­ния поля источника питания и поля, индуцированного дипо­лями недиссоциированных на ионы солей, которые соверша-

АНАЛИЗ. МЕТОДИКИ. ПРОГНОЗЫ

рый последовательно соединен с ячейкой и служит для измерения тока в цепи, в процессе отработ­ки практически не изменяется.

ют колебания в воде с перио дом 12 с.

Для оценки влияния pad во ренных солей на электрические свойства воды использовали дистиллированную воду. На рисунке, б представлена диаг­рамма напряжений на резисторе при воздействии на дистиллиро­ванную воду объемом 13,5 см’ с частотой 1 Гц при напряжении источника питания 4,6 В. Анализ результатов показал, что в дис­тиллированной воде падение напряжения на резисторе, кото-

Разработанный способ

позволяет умягчать воду как в замкнутом объеме, так и в потоке, не вызывает ее химичес­кого загрязнения и обеспечивает минимальные энергетические затраты.

Литература

1. В.В. Мараков. Исследование и разработка физико-химических основ

Время, с

электромагнитных воздействий на водные системы // Тез. докл. IV Меж­дународного конгресса "Слабые и сверхслабые поля и излучения в био­логии и медицине", С.-Пб, 2006. ■

Диаграммы напряжений на резисторе при обработке природной (а) и дистиллированной(б)воды

ЭКОЛОГО-ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ

* Водоочистные сооружения

• очистка ливнестоков АЗС и автомоек

I очистка ливнестоков территорий предприятий

• очистка оборотных вод

• очистка хозбытовых стоков (коттеджных поселков, городов, промпредприятий)

КОМПАНИЯ

• Полнокомплектная автомойка

с очистными сооружениями и моечным оборудованием

* Противонакипная магнитная обработка воды ""попят типа МПНУ на постоянных магнитах

105120, Моею Костомаровский пер. Тел./факс: [phone]-6287,621-76 E-mail: mail@ekmon

экмоь

54 Экология и промышленность России, февраль 2013 г.