Урванцева, Марина Игоревна. Обработка промывных вод и осадков водопроводных станций, расположенных на источниках малой и средней мутности и цветности

brief description

Урванцева, Марина Игоревна. Обработка промывных вод и осадков водопроводных станций, расположенных на источниках малой и средней мутности и цветности : диссертация ... кандидата технических наук : 05.23.04 / Урванцева Марина Игоревна; [Место защиты: Новосиб. гос. архитектур.-строит. ун-т].- Новосибирск, 2011.- 201 с.: ил. РГБ ОД, 61 11-5/3369

На правах рукописи
Урванцева Марина Игоревна
04201103701
ОБРАБОТКА ПРОМЫВНЫХ ВОД И ОСАДКОВ ВОДОПРОВОДНЫХ СТАНЦИЙ, РАСПОЛОЖЕННЫХ НА ИСТОЧНИКАХ МАЛОЙ И СРЕДНЕЙ МУТНОСТИ И ЦВЕТНОСТИ В ЗАПАДНОЙ СИБИРИ
Специальность: 05.23.04 - «Водоснабжение, канализация, строительные системы
охраны водных ресурсов»
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук
Научный руководитель- доктор технических наук, профессор
Н. Д. Артеменок
Новосибирск 2011
Содержание
Введение 5
1 Состояние вопроса и задачи исследований 9
1.1 Основные методы и технологии очистки промывных вод 9
1.2 Основные технологии обработки осадков водопроводных станций 21
Выводы 31
2. Особенности качественного и количественного состава природных вод и промывных вод водопроводных станций 33
2.1 Краткая гидрологическая характеристика рек западной Сибири 33
2.2 Определение концентраций взвешенных веществ в промывных водах на объектах исследования 38
2.3 Исследование процессов осаждения в статических условиях 44
2.4 Комплексная оценка процессов осаждения природных и промывных вод водопроводных станций 57
Выводы 70
3 Исследования процессов осаждения и осветления промывных вод в динамических условиях 72
3.1 Оценка влияния величины вертикальных пульсаций на процесс седиментации взвеси промывных вод 72
3.2 Моделирование процессов осаждения и осветления фильтрованием в динамических условиях 76
3.2.1 Основные критерии подобия по моделированию процессов осаждения. Гидравлический расчет установки для моделирования 76
3.2.2 Исследование процессов осаждения и осветления промывных вод в динамических условиях на модели 83
3.3 Обоснование технологической схемы очистки промывных вод на реках малой и средней мутности и цветности 95
Выводы 97
4. Экспериментальные исследования по обработке осадка промывных вод 99
4.1 Условия образования осадка на водопроводных станциях, расположенных на источниках малой и средней мутности и цветности 99
4.2 Исследование физико-механических, химических свойств осадков, полученных при обработке промывных вод скорых фильтров 100
4.3 Выбор способа обезвоживания водопроводного осадка промывных вод в лабораторных условиях 108
4.3.1 Сгущение (уплотнение) осадка промывных вод 108
4.3.2 Определение водоотдающей способности водопроводного осадка (на установке для определения удельного сопротивления осадка) 117
4.3.3 Обезвоживание осадка на лабораторном фильтр-прессе 121
Выводы 127
5. Технико-экономическая оценка схем очистки промывных вод и осадков водопроводных станций, расположенных на источниках малой средней мутности и цветности в Западной Сибири 129
5.1 Определение необходимых капитальных вложений 129
5.2 Расчет эксплуатационных затрат 135
5.3 Оценка эффективности инвестиционных проектных решений 147
Выводы 150
Основные выводы 152
Список литературы 154
Приложение А 170
Приложение Б 177
*
Приложение В 180
Приложение Г 181
Приложение Д 183
Приложение Ж 188
Приложение И 191
Приложение К 193
Приложение JI 194
Приложение М 195
Приложение Н 198
Введение
Актуальность работы. Подготовка питьевой воды из поверхностных источников для крупных городов Западной Сибири в основном, осуществляется по двухступенчатой схеме с отстаиванием и фильтрованием. При этом объем промывных вод составляет 7-10 % от среднесуточного водопотребления, что приводит к их загрязнению продуктами реагентной обработки и нарушению процессов самоочищения водоема. Анализ работы водопроводных станций, расположенных в Западной Сибири, показал, что вопросы обработки промывных вод и образующихся осадков изучены недостаточно полно и нуждаются в более детальной проработке Уменьшение расходов питьевой воды, связанное с ростом культуры водопотребления и заменой водорасходных промышленных технологий позволяет использовать существующие сооружения водоподготовки для очистки промывных вод. Проблема поиска ресурсосберегающих и экономически эффективных технологий очистки промывных вод и осадков водопроводных станций является актуальной.
Цель работы. Разработка эффективной ресурсосберегающей технологической схемы обработки промывных вод и осадков водопроводных станций, расположенных на источниках малой и средней мутности и цветности в Западной Сибири.
Задачи исследования:
- анализ литературных данных по проблемам обработки промывных вод и обезвоживанию осадков;
- изучение особенностей качественного и количественного состава промывных вод;
- исследование закономерности и особенностей реагентной обработки промывных вод;
- изучение и теоретическое обоснование возможности использования существующих водопроводных сооружений для очистки промывных вод;
- исследование методов обезвоживания водопроводных осадков и разработка эффективную технологии их обработки;
- на основании проведенных исследований разработать схему технологии очистки и повторного использования промывных вод и обезвоживания* осадков в комплексе с основными сооружениями водоподготовки;
- дать технико-экономическую оценку предлагаемой технологии.
Методы* исследования. Для решения поставленных задач в работе
использовались современные физико-химические методы исследования" спектрофотометрия, спектрометрия с индуктивно-связанной плазмой, жидкостная и газовая хромотография, потенциометрия, стандартные методики кинетических измерений, статистические методы обработки результатов на ПЭВМ с использованием пакетов прикладных программ Execel 2003.
Научная новизна защищаемых в диссертации положений заключается в следующем:
- определены и изучены основные качественные и количественные характеристики промывных вод и осадков, установлены закономерности и особенности реагентной обработки на водопроводных станциях впервые в Западной Сибири;
- впервые теоретически обоснована и экспериментально подтверждена возможность использования существующих сооружений* (горизонтальных отстойников и скорых фильтров) для очистки промывных вод до требований, предъявляемых к качеству питьевой воды;
- решена задача по определению влияния величины вертикальных пульсаций на эффект осаждения взвеси промывных вод в горизонтальных отстойниках;
- разработана технологическая схема очистки и повторного использования промывных вод и обезвоживания осадков с возможностью использования основных сооружений станции водоподготовки (Патент РФ №2320541 С1).
Достоверность полученных результатов подтверждается большим объемом аналитических и экспериментальных исследований, проведенных в лабораторных и производственных условиях. Принятые технические решения по результатам исследований защищены патентом. Анализ качества очищенных вод проводился с применением стандартных методик исследования и приборов, позволяющих провести эксперимент с допустимой погрешностью.
Практическая значимость работы. По результатам исследований, проведенных на насосно-фильтровальных станциях г.г. Новосибирска и Кемерово, разработана технологическая схема очистки промывных вод на существующих сооружениях основной схемы водоподготовки: По заказу МУП г. Новосибирска «Горводоканал» разработан рабочий проект сооружений, по обработке промывных вод на станции НФС-1 г. Новосибирска (общая производительность 350 тыс. м /сут), который выполнен проектным институтом ОАО «Сибгипрокоммунводоканал». Принято решение о строительстве сооружений по обработке промывных вод и осадков по предлагаемой технологии1 на НФС-5 г. Новосибирска (общая производительность 550 тыс. м /сут).
На защиту выносятся:
- результаты по изучению основных качественных и количественных характеристик промывных вод и их реагентной обработке;
-результаты по определению влияния величины, вертикальных пульсаций на расчетную длину горизонтальных отстойников при осаждении взвеси промывных вод;
- результаты экспериментальных исследований по обезвоживанию осадков водопроводных станции;
-технология очистки и повторного использования промывных вод на существующих сооружениях основной схемы водоподготовки.
Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на международных, всероссийских и региональных конференциях: 63-я, 65-ая, 66-ая, 67-ая научно-техническая конференция ППС (Новосибирск НГАСУ, 2006, 2008, 2009); TV международная научно-производственная конференция «Обеспечение экологической безопасности систем водоснабжения и водоотведения Новосибирска и городов Сибирского региона» (Новосибирск, 2008); V международная научно¬производственная конференция «Решение проблем экологической безопасности в водной отрасли» (Новосибирск, 2009);. 8-ой международный конгресс «Вода: экология и технология» Экватек-2008 (Москва, 2008г.); Конференция Международной водной ассоциации (IWA) «Водоподготовка и очистка сточных вод населенных мест в XXI веке: Технологии, Проектные решения, Эксплуатация станций» Экватек-2010 (Москва, 2010 г.); VI международная научно-производственная конференция «Решение проблем экологической безопасности в водохозяйственной отрасли» (Новосибирск, 2010 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 печатных работ, включая 1 патент на изобретение РФ и 2 работы в рецензируемых журналах, включенных в перечень ВАК РФ.
Структура и объем. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов и списка литературы из 152 наименований. Общий объем работы 200 страниц, включая 33 таблицы и 49 рисунков.

bibliography

Выводы
1. Технико-экономическое сравнение вариантов проводилось по современным методикам определяющим капитальные и эксплуатационные
затраты, а так же срок окупаемости и интегральный эффект от внедрения инвестиционного проекта.
2. Осуществление предлагаемого направления (вариант 3), очистка промывных вод на выделенных из основного состава сооружениях, является самым экономически выгодным. Его реализация позволит снизить эксплуатационные затраты на 15770,26 тыс. руб./год и уменьшить величину капитальных вложений при строительстве сооружений по отстаиванию и фильтрованию промывных вод.
3. Оценка, проведенная по определению эффективности инвестиционных проектов, показала, что осуществление любого из рассмотренных вариантов 2,3 и 4 экономически эффективно. Из всех рассмотренных вариантов, наиболее выгодным является осуществление третьего варианта, поскольку имеет наибольший интегральный эффект и индекс доходности, самую низкую себестоимость очистки промывной воды 1,54 руб/м и наименьший срок окупаемости проекта - 4 года.
1. Разработана технологическая схема очистки и многократного использования промывных вод водопроводных станций, расположенных на источниках малой и средней мутности и цветности в Западной Сибири, позволяющая использовать существующие сооружения станции очистки и исключить строительство дополнительных, сократить забор воды из источника, полностью исключить сброс промывных вод в водоем.
2. Определены, описаны и подтверждены экспериментально отличия в качественном и количественном составах речных и промывных вод. Установлены закономерности и особенности процесса осаждения взвеси промывных вод в горизонтальных отстойниках.
3. Теоретически получена формула для определения величины пульсаций при равномерном движении воды в горизонтальных отстойниках, что позволило уточнить необходимую длину горизонтальных отстойников для очистки в них промывных вод. Расчетами подтверждена достаточность длины производственных горизонтальных отстойников для отстаивания промывных вод.
4. Проведены, комплексные исследования по отстаиванию и фильтрованию промывных вод. Установлены вид и дозы реагентов для обработки промывных вод.
5. Изучены основные свойства и принципиальные отличия осадков речных и промывных вод для рассматриваемого региона, установлены закономерности осаждения обработки и обезвоживания водопроводных осадков.
6. Технико-экономическое сравнение вариантов, показало, что внедрение предлагаемой схемы очистки промывных вод является эффективным по капитальным и эксплуатационным затратам, экономическая эффективность составит 15,7 млн. руб/год.
7. Полученные результаты явились основанием для разработки рабочего проекта для сооружений по обработке промывных вод на станции НФС-1
л
г. Новосибирска (общая производительность 350 тыс. м /сут), который выполнен проектным институтом ОАО «Сибгипрокоммун-водоканал» по заказу МУП «Горводоканал» г. Новосибирска в 2010 г. В настоящее время ведется проектирование сооружений по указанной технологии для обработки промывных вод и осадков для НФС-5 г. Новосибирска (общая
о
производительность 550 тыс. м /сут).
Список литературы
Г. Михеев И.Н. Водные ресурсы как база питьевого водоснабжения / И Н. Михеев // Водоснабжение и санитарнаятехника. - 1998. №Ф. - С. 7-8.
2. Скитер Н.А. Природные и модифицированные сорбенты' для деманганации и обезжелезивания подземных вод. Диссер. к. т. н. - Новосибирск. 2004. -176 с.
3. Новиков М.Г. Утилизация^ промывных вод фильтровальных сооружений на водоочистных станциях /М.Г Новиков, Н.Г. Иванова, Л.П. Дмитриева // Вода и экология, проблемы и решения. - 2000, №1. - С. Г2-13.
4. СНиП 2.04.02.84*. Водоснабжение. Наружные сети и сооружения^ - М., Госстрой,СССР, 1988. - 128с.
5. Грачева Ф.В. Когда же петрозаводчане будут пить чистую воду? /Ф.В. Грачева // Зеленый лист. Карельская экологическая* газета. - 1999, №5 (34).-С. 1-3.
6. Драгинский B.JL, Алексеева Л.П. Обработка1 промывных вод фильтров' водоочистных станций России: Материалы П Междунар. науч.- практ. конф., посвященной 1000-летию Казани. Казань, 2005.- С. 31*.
7. Храменков С.В. Система водоснабжения Москвы: современное состояние и перспективы развития / С.В. Храменков, В.Н. Поршнев, Е.М. Привен // Водоснабжение и санитарная техника. - 2007, №7, ч.* Г. - С. 29-34.
8. Коверга А.В. Качество питьевой воды: барьерная роль станций водоподготовки / А.В. Коверга, Ю:В. Стрихар // Водоснабжение и санитарная техника. - 2007, №9, ч. 1. - С. 16-21.
9. Драгинский В.Л., Алексеева Л.П. Обработка промывных^ вод фильтров водоочистных станций / В.Л. Драгинский, Л.П. Алексеева // Водоснабжение и санитарная техника. - 2005, №8. - С. 25-3 Г.
10. Алексеева Л.П. Очистка и повторное использование промывных вод фильтрована водопроводных станциях / Л.П. Алексеева // Материалы 8-го
Международно го конгресса «Вода: экология'и технология» ЭКВАТЕК-2008 [электронный ресурс]. - М.: ЗАО «Фирма СИБИКО Интернэшнл», 2008, «Водоснабжение».
11. Бутко Д.А. Реагентное осветление промывных вод скорых фильтров / Д.А. Бутко, В.А. Лысов, А.Б. Родионова // Водоснабжение и санитарная техника. - 2009, №9. - С. 53-56.