Совершенствование технологии и управления процессом очистки оборотных вод в бассейн ах с мо р с кой водой
На правах рукописи
КОЖИН СЕРГЕЙ ВЛАДИМИРОВИЧ
совершенствование технологии и управлениЯ процессом очистки оборотных вод
в бассейнах с морСкой водой
05.23.04 Водоснабжение, канализация, строительные системы
охраны водных ресурсов
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Волгоград – 2012
Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Ростовском государственном строительном университете.
| Научный руководитель: доктор технических наук, профессор | СЕРПОКРЫЛОВ НИКОЛАЙ СЕРГЕЕВИЧ |
| Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор доктор технических наук, профессор | КИМ АРКАДИЙ НИКОЛАЕВИЧ ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет» ФЕСЕНКО ЛЕВ НИКОЛАЕВИЧ ФГБОУ ВПО «Южно-Российский Государственный технический университет» (Новочеркасский политехнический институт) |
| Ведущая организация: | ФГБОУ ВПО «Новочеркасская государственная мелиоративная академия» |
Защита состоится 16 марта 2012 г. в 1100 часов на заседании диссертационного совета ДМ 212.026.05 при ФГБОУ ВПО Волгоградском государственном архитектурно-строительном университете по адресу: 400074, г. Волгоград, ул. Академическая, 1 (корп. Б, ауд. 203).
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет».
Автореферат разослан 15 февраля 2012 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета Юрьев Ю. Ю.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы. Бассейны с морской водой используются во всем мире: в лечебных и оздоровительных целях, для плавания, а также содержания морских животных. В зависимости от назначения объемы воды в чашах могут достигать от единиц до нескольких тысяч кубометров. В связи с отсутствием в России водозаборов с качеством воды, удовлетворяющим потребителей, и постоянным внесением в воду органических загрязнений от пользователей, остро стоит проблема непрерывной очистки воды бассейнов. Рациональным решением является очистка воды в оборотном цикле, что значительно сокращает объемы сбросов.
В то время, как и зарубежная, и отечественная индустрия бассейнов с морской водой увеличивается, развивается и совершенствуется в соответствии с растущими потребностями и возможностями населения, применяемые в соответствии с устаревшими стандартами технологии не обеспечивают требуемого качества очистки и обеззараживания воды.
Применение современных методов позволяет добиться приемлемого качества очистки оборотных вод бассейнов при минимальных количествах вносимых химикатов, однако без автоматического управления процессом имеют место периоды передозировок реагентов или низкой эффективности. Поэтому к решению проблемы необходимо подходить комплексно, производя одновременно внедрение новых технологий и управление процессом очистки оборотных вод бассейнов.
Вышеизложенное определяет актуальность настоящей работы.
Цель работы. Повышение эффективности очистки оборотных вод в бассейнах с морской водой на базе теоретико-экспериментального обоснования принципов технологии и управления процессом водоочистки.
Поставленная цель предопределила постановку следующих задач:
- разработка классификации систем водоподготовки бассейнов с морской водой в замкнутом цикле;
- теоретическое обоснование оптимальной технологии очистки оборотных вод для бассейнов с морской водой;
- обоснование выбора параметров окислительно-восстановительный потенциал (ОВП), рН и rH2, как определяющих при управлении процессом очистки оборотных морских вод;
- экспериментальное определение зависимости ОВП в бассейнах с морской водой при обеззараживании хлорсодержащими реагентами от факторов, влияющих на него, и промышленное апробирование управления обеззараживанием по ОВП;
- разработка регулируемого смесителя для ввода реагентов в оборотную систему очистки морской воды с возможностью автоматического управления;
- разработка и апробирование технологии очистки оборотных вод для бассейна с морской водой при постоянном внесении органических загрязнений без применения хлора;
- разработка технологии очистки оборотных вод в бассейнах с морской водой, рекомендаций по проектированию систем их водоподготовки и применению оборудования автоматического контроля и управления.
Основная идея работы состоит в обосновании и применении параметров ОВП, рН и rH2 для управления в автоматическом режиме процессом очистки оборотных вод бассейнов с морской водой.
Методы исследований включали: аналитическое обобщение известных научных и практических результатов, методы математического планирования эксперимента, моделирование изучаемых процессов на испытательных установках, оснащенных контрольно-измерительными приборами. Оптические и физико-химические методы анализа воды бассейнов с морской водой проводились в лабораторных, полупроизводственных и производственных условиях. Обработку экспериментальных данных вели методами математической статистики и корреляционного анализа.
Достоверность полученных результатов обоснована моделированием изучаемых процессов, планированием необходимого объема экспериментов и подтверждена удовлетворительной сходимостью полученных результатов, выполненных в лабораторных и производственных условиях с расчетными зависимостями в пределах погрешности =±10% при p=0,95.
Научная новизна:
- разработана классификация систем водоподготовки бассейнов с морской водой в замкнутом цикле;
- экспериментально установлены статистически значимые факторы, влияющие на изменение ОВП воды бассейна с морской водой при обеззараживании хлорсодержащими реагентами;
- впервые эмпирически установлена зависимость концентрации свободного хлора, ОВП и рН, позволяющая регулировать обеззараживание воды в бассейне в автоматическом режиме;
- впервые обосновано оптимальное значение показателя rH2 для бассейнов с морской водой.
Практическое значение:
- разработана технология очистки оборотных вод для бассейнов с морской водой при постоянном внесении органических загрязнений без применения хлора и способ контроля её качества по ОВП;
- разработана, защищена патентом РФ и внедрена технология очистки оборотных вод бассейнов с морской водой и управления дозированием химреагентов по ОВП и рН, стабильно обеспечивающая требуемую эффективность;
- предложена и внедрена конструкция регулируемого смесителя для ввода реагентов в оборотную систему очистки морской воды;
Реализация результатов работы. Результаты диссертационной работы:
- использованы в проектах ООО «Аква Инжиниринг» (г. Ростов-на-Дону), ООО «Проектная фирма АВС» (г. Анапа), ООО «Новая РАСА» (г. Ростов-на-Дону);
- внедрены ООО «Аква Инжиниринг» при оборудовании системами очистки воды следующих объектов: бассейн с морской водой сан. «Тихий Дон» в п. Лазаревский (2011 г.), «Дельфинарий-океанариум в г. Анапа» (2009-2010 гг.), «Дельфинарий в п. Небуг» (2010 г.), «Дельфинарий в п. Голубицкая Краснодарского края» (2010-2011 г.);
- внедрены в учебный процесс ФГБОУ ВПО «Ростовский государственный строительный университет».
На защиту выносятся следующие основные положения:
- концентрация остаточного активного хлора и рН воды обусловливают показатели ОВП воды в бассейнах с морской водой при обеззараживании хлорсодержащими реагентами; температура, солесодержание и концентрация связанного хлора оказывают незначительное влияние на изменение ОВП;
- следует вести управление дозированием хлорсодержащего реагента в автоматическом режиме и поддержание минимальной концентрации хлора в бассейне 0,10,3 мг/л по найденной эмпирической зависимости концентрации остаточного хлора от ОВП и рН с использованием программируемых контроллеров;
- следует производить введение коагулянта в систему очистки оборотных морских вод перед напорными зернистыми фильтрами с применением регулируемого смесителя;
- следует производить оперативный контроль за качеством воды по показателю rH2, значения которого для бассейнов с морской водой должны быть в пределах 30,540,6; оптимальное значение 36,6; отклонения свидетельствуют о необходимости изменения показателей воды и управления процессом её очистки;
- смена или ударное обеззараживание морской воды в бассейне для содержания животных без применения хлора требуется при снижении ОВП ниже нуля, В.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы доложены и обсуждены на: Международной научно-практической конференции института инженерно-экологических систем РГСУ (г. Ростов-на-Дону, 2010, 2011 г.), «Техновод-2011» (г. Чебоксары).
Публикации. По результатам исследований опубликованы 8 печатных работ, в том числе - 2 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 1 патент РФ.
Структура и объем диссертации.
Диссертация состоит из введения, пяти глав и выводов. Работа изложена на 164 страницах машинописного текста, включает 47 рисунков, 29 таблиц и 6 приложений. Список литературы представлен 133 источниками.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснованы актуальность темы, сформулированы цель и задачи исследований, сформулированы научная новизна и практическая значимость, представлены основные положения, выносимые на защиту.
В первой главе диссертации проведен анализ научно-технической и патентной литературы, что позволило систематизировать и критически оценить существующие технологические схемы и методы очистки морской воды в бассейнах в зависимости от их назначения.
Проанализированы нормативные требования, предъявляемые к бассейнам с морской водой и сооружениям, где они используются для содержания животных (дельфинарии, океанариумы). Отмечено, что рассмотренные стандарты не регламентируют систему очистки воды в бассейнах.
В результате обобщения опыта очистки морской воды в РФ, установлено, что практически все российские бассейны оборудованы рециркуляционной полузакрытой схемой физико-химической обработки с обеззараживанием гипохлоритом натрия, которая имеет основные недостатки:
- качество очистки и обеззараживания воды в бассейне не отвечает современным техническим и экономическим требованиям (повышенные концентрации хлорреагента в чаше бассейна в связи с отсутствием регулирования рН, необходимость применения дополнительных реагентов);
- использование зернистых фильтров для водоподготовки, не учитывающих рециркуляционную схему очистки маломутных вод, что приводит к значительному увеличению фильтроцикла, вторичному загрязнению, кольматации загрузки;
- высокая остаточная концентрация хлора в чаше, отсутствие дополнительных физических методов обеззараживания;
- отсутствие постоянного автоматического контроля качества воды и управления процессом очистки;
- большие количества сбросных вод (от 10 % от объема чаши в сутки).
При устранении недостатков схему физико-химической обработки воды бассейнов с морской водой в оборотном цикле можно считать наиболее рациональной: она может применяться в оздоровительных плавательных бассейнах при санаториях, SPA-бассейнах, большинстве бассейнов для содержания животных в дельфинариях.
Проведенный литературный анализ показал также, что существует ряд бассейнов с морской водой для содержания животных, в которых отсутствует возможность применения хлорсодержащих реагентов. В этом случае животные содержатся в бассейнах проточного или наливного типа без водоочистки. Такие схемы не отвечают стратегии ресурсосбережения, отрицательно сказываются на здоровье животных и требуют доработки.
Таким образом, необходима разработка двух принципиально различных технологических схем очистки морской воды в оборотном цикле: для традиционных бассейнов с использованием дезинфицирующих веществ и бассейнов с постоянным внесением органических загрязнений без применения хлора.
Во второй главе приводится теоретическое обоснование принципов технологии очистки оборотных вод в бассейнах с морской водой, которые позволяют преодолеть основные недостатки существующих схем водоподготовки. В результате анализа зарубежного опыта и современных патентных решений были сформулированы основные технические и технологические требования:
- в качестве фильтров необходимо использовать современные сверхскоростные напорные зернистые фильтры для плавательных бассейнов, характеризующиеся малой крупностью песка (0,40,8 мм), высокой скоростью фильтрования (2540 м/ч), оптимальными грязеёмкостью и фильтроциклом;
- время полного водообмена в чаше должно устанавливаться в зависимости от назначения бассейна, но не более 6 часов;
- для увеличения обеззараживающей способности хлорсодержащего реагента необходимо поддерживать рН воды в чаше в пределах 7,27,6;
- необходимы дополнительные физические методы обеззараживания воды, обеспечивающие санитарно-гигиенические, токсикологические и эпидемиологические требования при возможности снижения концентрации остаточного свободного хлора в чаше бассейна до 0,10,3 мг/л, а также смесительные устройства для введения реагентов;
- управление процессом очистки морской воды в бассейне с остаточной концентрацией свободного хлора менее 0,3 мг/л должно осуществляться в автоматическом режиме.
Изменение концентрации хлора в чаше бассейна происходит в короткие промежутки времени: при этом без постоянного контроля образуются зоны с отсутствием обеззараживающего вещества и периоды перехлорирования. Особенно остро эта проблема стоит в дельфинариях, где при больших количествах вносимых органических загрязнений (по твердой составляющей 11,5 % от количества потребляемой пищи в сутки) требуется поддержание минимально допустимой концентрации хлора.
Для приборов, которые измеряют свободный и общий хлор в воде, характерны большие погрешности, они не отражают её реальную окислительную способность. В состав свободного хлора входят хлорноватистая кислота и гипохлорит-ион, которые обладают различными окислительными свойствами, поэтому определяющим фактором качества воды должно служить не содержание хлора, а реальные окислительные свойства, которые достаточно полно характеризует ОВП.
ОВП воды бассейнов с морской водой невозможно определить теоретически, т.к. на него влияет огромное количество изменяющихся во времени факторов, поэтому ОВП, рН и температуру необходимо измерять аппаратурным методом. Рекомендации по применению ОВП для управления процессом обеззараживания морской воды в литературе не приводятся, в связи с этим потребовалось проведение экспериментальных исследований с целью установления зависимости ОВП от влияющих на него показателей.
Проведен сравнительный эколого-экономический анализ технологий бесхлорной обработки воды бассейнов для животных. Рассматривались методы озонирования с использованием генератора озона и ультрафиолетового (УФ) излучения, электролитические методы, обработка активным кислородом. Наиболее безопасными, сбалансированными по стоимости и накопленному опыту являются методы обеззараживания УФ облучением и озонированием с использованием УФ. Для очистки воды при снижении её качества может быть использован метод «ударной» химобработки в отсутствии животного в бассейне.
Для создания замкнутой системы водоочистки бассейнов с морской водой необходим комплексный подход, в соответствии с предлагаемой нами классификацией систем водоподготовки в замкнутом цикле (рис. 1).
Рис. 1. Классификация систем водоподготовки бассейнов с морской водой в замкнутом цикле
В третьей главе изложены методики проведения исследований и описание экспериментальных установок.
Исследования проводились в лабораторных, полупроизводственных и опытно-промышленных условиях. Обработку экспериментальных данных выполняли по стандартным методикам статистики и планирования эксперимента с помощью лицензионного программного обеспечения.
Производственной площадкой для испытаний и последующего внедрения полученных результатов на реальных бассейнах являлись дельфинарии в гг. Анапа, Геленджик, а также плавательные бассейны в г. Ростов-на-Дону и пос. Лазаревский Краснодарского края.
На первом этапе определяли факторы, влияющие на ОВП воды в бассейне с морской водой, после чего проводили промышленное апробирование технологии управления обеззараживанием воды по ОВП.
Исследования проводили на экспериментальной установке, моделирующей бассейн в полупроизводственных условиях с использованием воды из бассейна китообразных в дельфинарии-океанариуме г. Анапа*(рис. 2).
Проводился активный эксперимент с использованием матрицы планирования реплики от полного факторного эксперимента типа 25-2 с тремя повторностями. Исследуемыми факторами многофакторного эксперимента являлись: концентрация свободного (Х1) и связанного (Х2) хлора, температура (Х3), рН (Х4), солесодержание (Х5).
Рис. 2. Экспериментальная установка по изучению ОВП. Объем 100 л.
После установления экспериментальной зависимости ОВП была промышленно апробирована технология регулирования качества воды. С этой целью водоочистная установка бассейна для содержания китообразных в дельфинарии г. Анапа была оборудована контроллерами ОВП и рН.
Трехмесячные наблюдения за работой водоочистной установки с контроллерами ОВП и рН позволили сделать вывод о необходимости применения коагулянта для устранения взвесей из воды.
В связи с этим, на втором этапе проводились исследования по изучению коагулирующих свойств реагента «Эквиталл». Данный коагулянт (алюминия полиоксихлорид) разработан специально для плавательных бассейнов и безопасен для пользователей. Исследования по определению оптимальной точки введения реагента в систему (по дозам, времени и степени осветления) проводились на эксплуатируемом плавательном бассейне «Голубая волна» (г. Ростов-на-Дону) с пресной водой в течение 30 дней и на
* Автор искренне благодарит коллектив ЗАО «Чудное море» (г. Анапа) за предоставленную возможность проведения исследований.
каф. ВиВ РГСУ. Режимы смешения коагулянта с водой исследовались с применением регулируемого смесителя. По результатам исследований предложена оптимальная схема подачи и смешения коагулянта, которая была внедрена в бассейне с морской водой сан. «Тихий Дон» в пос. Лазаревский.
На третьем этапе отрабатывалась технология очистки воды в бассейне для содержания животных без применения хлора, и определялось минимально допустимое значение ОВП. Для этой цели на действующем дельфинарии ЗАО «Геленджикский дельфинарий» по нашим рекомендациям была смонтирована опытно-промышленная установка для бассейна с моржом* (рис. 3). В процессе работы установки определяли хлоропоглощаемость, ОВП, прозрачность воды.
 |  |
Рис. 3. Экспериментальная установка по очистке оборотных вод бассейна для содержания моржа.
В четвертой главе приведены и обсуждены результаты экспериментальных исследований.
С использованием критерия Стьюдента установлено, что при контроле процесса обеззараживания по ОВП статистически значимыми факторами являются концентрация свободного хлора и рН воды. Остальные факторы (концентрация связанного хлора, температура, солесодержание) оказывают незначительное влияние на изменение ОВП в бассейне с морской водой.
Для определения характера изменения кривой зависимости ОВП от концентрации хлора и рН в каждом последующем опыте рН повышали на
* Опытно-промышленная установка изготавливалась компанией ООО «Аква Инжиниринг», имеющей лицензию и допуск к выполнению соответствующих видов работ (СРО).
0,1 ед., после чего повторяли эксперимент (табл. 1).
Таблица – 1. Значения ОВП при различных рН и концентрации свободного хлора.
| рН | Концентрация остаточного свободного хлора ССl, мг/л | ||||||||
| 0,2 | 0,3 | 0,4 | 0,5 | 0,6 | 0,7 | 0,8 | 0,9 | 1,0 | |
| Окислительно-восстановительный потенциал Eh, В | |||||||||
| 7,2 | 0,600 | 0,660 | 0,695 | 0,710 | 0,725 | 0,732 | 0,740 | 0,745 | 0,750 |
| 7,3 | 0,580 | 0,640 | 0,670 | 0,700 | 0,710 | 0,720 | 0,730 | 0,740 | 0,750 |
| 7,4 | 0,560 | 0,610 | 0,660 | 0,685 | 0,700 | 0,710 | 0,720 | 0,730 | 0,740 |
| 7,5 | 0,540 | 0,610 | 0,650 | 0,680 | 0,700 | 0,710 | 0,715 | 0,730 | 0,740 |
| 7,6 | 0,530 | 0,590 | 0,640 | 0,675 | 0,697 | 0,703 | 0,710 | 0,720 | 0,730 |
Эмпирическая зависимость (1), найденная по методу наименьших квадратов, позволяет с использованием контроллера ОВП управлять дозированием хлорсодержащего реагента при различном рН воды. При этом измеряемой величиной выступает не концентрация остаточного хлора, а реальные окислительные потенциалы, что является наиболее надежным методом контроля качества воды, поскольку учитывается влияние совокупности всех загрязнений.
, мг/л (1)
где Eh – ОВП воды бассейна для дельфинов, В;
рН – водородный показатель;
ССl – концентрация остаточного свободного хлора, мг/л.
Оптимальными для обеззараживания воды и содержания китообразных согласно требованиям эксплуатации являются: ССl=0,3 мг/л, рН=7,2, Eh=0,66В.
Для периодической оперативной проверки качества воды предложено использовать условный показатель - rH2, вычисляемый по уравнению Нернста. ОВП зависит от концентрации ионов водорода в воде, с его помощью можно характеризовать окислительно-восстановительные условия только при постоянном значении рН, что не всегда соблюдается в процессе эксплуатации. В то же время rH2 зависит только от концентрации восстановителя, т. е. rH2 непосредственно характеризует окислительно-восстановительные условия.
Выявлена устойчивая взаимосвязь rH2 с концентрацией хлора, рН и температурой воды в бассейне с дезинфекцией гипохлоритом натрия (рис. 4,5).
 Рис. 4. Зависимость rH2 от концентрации свободного хлора при различном рН |  Рис. 5. Зависимость rH2 от изменения концентрации хлора при различной температуре воды |
В бассейнах для содержания животных, где допускается большой интервал изменения температуры, rH2 может выступать в качестве показателя степени загрязненности воды. С использованием рекомендаций «Утришского дельфинария» по оптимальным условиям содержания китообразных вычислено оптимальное значение rH2, равное 36,6. Значения rH2 ниже 30.5, а также выше 40.6 свидетельствуют о возникновении аварийной ситуации – один или несколько параметров (температура, рН, концентрация свободного хлора, ОВП) находятся за пределами допустимых значений для содержания животных.
На этапе промышленных исследований отрабатывалась технология контроля качества воды по показателям рН и ОВП с использованием (1) непосредственно в бассейне дельфинария г. Анапа, что позволило вести дозирование гипохлорита натрия с высокой точностью по показателю ОВП. При проведении исследований рН составлял 7.28.0, концентрация свободного хлора 0,10,5 мг/л. ОВП поддерживался в пределах 440660 мВ, rH2 составлял 31,137,2. Качество воды было стабильно высоким. Однако в период интенсивного выпадения осадков наблюдалось снижение прозрачности воды. В таких случаях ошибка измерения концентрации хлора с использованием ОВП и ручным тест-прибором по методу Пейлина составляла 1520 %. Для устранения мутности в чашу бассейна вводили коагулянт «Эквиталл».
Определение оптимальной точки введения коагулянта в систему водоподготовки плавательного бассейна «Голубая волна» показало, что подача реагента непосредственно в чашу бассейна приводит к выпадению белесого «вспушенного» осадка, оптимальная доза коагулянта – 2 мг/л. При подаче реагента непосредственно в технологический трубопровод перед кварцевыми фильтрами выпадения осадка в чаше не наблюдалось. Полное осветление воды в бассейне происходило на 2-3 часа быстрее, оптимальная доза коагулянта - 0,4 мг/л. Это, вероятнее всего, связано с большей эффективностью задержания коллоидных частиц при связывании их на зернистом фильтре, в котором происходит процесс контактной коагуляции.
При коагуляции необходимо обеспечить максимальный контакт частиц примесей воды с промежуточными продуктами гидролиза коагулянта. Для определения оптимальной конструкции смесительного узла в лаборатории каф. ВиВ РГСУ проводились исследования по изучению возможности использования в качестве смесителей регулируемых вставок. Исследования работы регулируемого смесителя в сравнении с шайбовым, при одинаковых условиях (потеря напора в смесителе 0,30,4 м; скорость потока 11,5 м/с) показали, что устройства обеспечивают равную степень гомогенизации потока при введении в него красителя. Причем, учитывая возможность изменения проходного сечения, регулируемая вставка позволяет увеличить меру смешения по сравнению с диафрагмой при скоростях ниже 1 м/с. Во время отсутствия подачи реагента регулируемая вставка может быть полностью открыта, за счет чего потери напора в узле смешения минимальны.
Производственные исследования после установки регулируемых смесителей в бассейне с морской водой сан. «Тихий Дон» показали, что за месяц наблюдений удалось сократить потребление коагулянта на 18 %.
Заключительным этапом исследований была отработка режимов работы бесхлорной системы очистки воды бассейна для содержания ластоногих, не переносящих содержания хлора в воде. Исследования эффективности работы опытно-промышленной установки в дельфинарии г. Геленджика показали, что установка очистки воды позволяет содержать моржа в бассейне до 14 дней (рис. 6). Количество восстановителей в системе в данном случае определяли по показателю хлоропоглощаемость. Максимальной хлоропоглощаемости, установленной ветеринарами, соответствует значение ОВП – ноль, В.
 |  |
 | Режимы работы установки: |
| 1 – без водоочистки; 2 – только механическое фильтрование; 3 – фильтрование + УФО; 4 – фильтрование + УФО + озонирование. | |
| Рис. 6. Показатели качества воды в экспериментальном бассейне с моржом при различных режимах работы установки. | |
Исследования «ударной дезинфекции» загрязненной воды после содержания ластоногого показали возможным произведение очистки сточной воды бассейна с морской водой по исследуемым показателям (прозрачность, ОВП, хлоропоглощаемость). Повторное использование воды при такой схеме составляет около 75 %.
В пятой главе на основе анализа накопленного опыта, теоретического обоснования и результатов экспериментальных исследований приведены рекомендации по управлению процессом очистки оборотных вод бассейнов с морской водой по проектированию и эксплуатации систем водоподготовки с использованием предложенных технологических схем водоочистки (рис. 7, 8).
Промышленные испытания предложенных технологических решений на новом дельфинарии в п. Голубицкая Краснодарского края позволили добиться стабильно высокого качества воды бассейнов без постоянного присутствия оператора. Результаты анализа воды соответствуют требованиям регламента по эксплуатации и составляют после месяца пребывания китообразных в бассейне: ОВП - +0,66 В.; цветность - 5 град.; мутность - 0,9 мг/л; БПК5 - 1,06 мг О2/л; фосфор общий - 0,095 мг/л; азот аммонийный - 0,211 мг/л, rH2 - 36,1.
Условные обозначения трубопроводов:
| В10.1 – Трубопровод забора воды на очистку; В10 - Трубопровод подачи воды на очистку; В11 – Трубопровод отведения очищенной воды; В12 – Трубопровод подачи воды на контроль качества; | В13 – Трубопровод отведения промывной воды; В14 – Трубопровод подачи воды на промывку напорного кварцевого фильтра; В15 – Трубопровод подачи рассола; |
Рис. 7. Технологическая схема очистки морской воды бассейна с обеззараживанием хлорсодержащими реагентами.
Рис. 8. Технологическая схема очистки морской воды бассейна без постоянного применения хлора.
Эколого-экономический расчет эффективности предложенных технологических схем водоочистки на примере дельфинария показал, что экономия эксплуатационных затрат на содержание 1 м3 воды в сравнении со схемой водоподготовки существующего дельфинария в г. Кисловодске составит: для бассейнов китообразных - 21,228,7 %, для бассейнов ластоногих - 64,175,3 % - в зависимости от размера чаши бассейна и количества животных.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В диссертационной работе на основе проведенных исследований дано новое технологическое решение актуальной научно-технической проблемы повышения эффективности очистки оборотных вод в бассейнах с морской водой на базе теоретико-экспериментального обоснования принципов технологии и управления процессом водоочистки, что обеспечивает высокую эколого-экономическую эффективность предлагаемых схем очистки морской воды.
Основные выводы по работе
- Предложена классификация систем водоподготовки бассейнов с морской водой в замкнутом цикле, которые позволяют минимизировать потребление свежей воды, и сократить количество сбрасываемых сточных вод.
- Эмпирически установленная зависимость концентрации свободного хлора, ОВП и рН в бассейне с морской водой позволяет с использованием контроллеров управлять дозированием хлорсодержащего реагента в автоматическом режиме и стабильно поддерживать минимальную концентрацию хлора в бассейне 0,10,3 мг/л.
- Установлено оптимальное значение параметра rH2 для бассейнов с морской водой - 36,6; отклонения свидетельствуют о необходимости изменения показателей воды и управления процессом её очистки.
- Разработана технология очистки оборотных вод традиционных бассейнов с морской водой, которая характеризуется окислением вносимых загрязнений дезинфицирующими веществами и установками УФ-облучения, их связыванием коагулянтами и фильтрованием на сверхскоростных зернистых фильтрах. Введение основных реагентов производится перед фильтрами с использованием регулируемых смесителей. Управление процессом очистки и обеззараживания производится в автоматическом режиме по параметрам ОВП, рН, rH2. Достоинства предложенной технологии: высокое качество очистки, сокращение водопотребления, реагентов, занимаемых оборудованием площадей, персонала, сокращение эксплуатационных затрат до 28 %.
- Разработана технология очистки воды бассейнов для содержания животных без постоянного применения хлора, которая характеризуется окислением вносимых животными загрязнений озоном, установками УФ-облучения и осветлением на напорных зернистых фильтрах. Постоянный контроль качества воды осуществляется по ОВП, значение которого должно быть больше ноля, В. Экономический эффект применения разработанной технологии для содержания одной особи ластоногого составляет 2,3 млн. руб/год.
- Разработаны рекомендации по проектированию и эксплуатации систем водоподготовки бассейнов для китообразных и ластоногих, принятые тремя проектными организациями и реализованные в четырех дельфинариях на Юге России.
Основное содержание работы отражено в следующих публикациях:
Публикации в ведущих рецензируемых научно-технических журналах и изданиях, определенных ВАК РФ по направлению «Строительство»
- Кожин, С.В. Регулирование качества воды в бассейне для содержания китообразных при помощи редокс-потенциала [Текст] / Н.С. Серпокрылов, С.В. Кожин // Вода: химия и экология. – 2011. - № 11. – С. 90-96.
- Кожин, С.В. Очистка сточных вод бассейнов для содержания ластоногих до норм оборотного водоснабжения. [Текст] / Н.С. Серпокрылов, С.В. Кожин, Е.А. Тайвер // Инженерный Вестник Дона. – 2011. - № 1. – Электронный журнал.
Патенты РФ на изобретения и полезные модели
3. Кожин, С.В. Решение о выдаче патента на полезную модель по заявке 2011145823/05(068606) от 10.11.2011 «Установка очистки и обеззараживания воды бассейнов для содержания морских млекопитающих» / Кожин С.В., Серпокрылов Н.С., Титов Г.В.
Отраслевые издания и материалы конференций
4. Кожин, С.В. Технология физико-химической обработки воды бассейнов для содержания китообразных в стационарных дельфинариях [Текст] / Н.С. Серпокрылов, С.В. Кожин, М.И. Коробка // Технология очистки воды «Техновод-2011»: материалы VI Межд. науч.- практ. конф./ Чебоксары, 20-23 сент. 2011 г./ Юж.-Рос. гос. техн. ун-т. (НПИ). - Новочеркасск: «Лик». - 2011. - С. 124-129.
5. Кожин, С.В. Обоснование требований к качеству воды в дельфинариях и бассейнов для морских млекопитающих [Текст] / Н.С. Серпокрылов, С.В. Кожин // Строительство 2011: Материалы Международной научно-практической конференции. – Ростов н/Д: Рост. гос. строит. ун-т. - 2011. – С. 12-15.
6. Кожин, С.В. Водоподготовка бассейнов рециркуляционного типа для содержания морских млекопитающих [Текст] / Н.С. Серпокрылов, С.В. Кожин // Водоснабжение и канализация. – 2011. - №1-2. – С. 48-58.
7. Кожин, С.В. Советы технолога [Текст] / Г.В. Титов, Е.В. Титова, С.В. Кожин // Ассоциация плавательных бассейнов. – 2006. - №28. - М.: Водолей вест. – С. 26-27.
8. Кожин, С.В. Спортивные бассейны – грамотный подход [Текст] / Е.В. Титова, С.В. Кожин // Ассоциация плавательных бассейнов. – 2006. - №30. - М.: Водолей вест. – С. 26-27.
9. Кожин, С.В. Бассейны с минеральной водой в Анапе [Текст] / Е.В. Титова, С.В. Кожин // Ассоциация плавательных бассейнов. – 2005. - №27. - М.: Водолей вест. – С. 34-35.
КОЖИН СЕРГЕЙ ВЛАДИМИРОВИЧ
совершенствование технологии и управлениЯ
процессом очистки оборотных вод
в бассейнах с морСкой водой
05.23.04 Водоснабжение, канализация, строительные системы
охраны водных ресурсов
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Подписано в печать 10.02.12. Формат 60х84 1/16. Бумага писчая. Ризограф.
Уч.-изд. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ 102/12.
Редакционно-издательский центр
Ростовского государственного строительного университета
344022, г. Ростов-на-Дону, ул. Социалистическая, 162
