Экономическая эффективность очистки воды при построении схемы водоочистки. Часть 1

Задача построения технологической схемы очистки воды является технологической и экономической. В настоящем, официальных критериев в оценки данных решений не существуют, не смотря на то, что пишутся тенденциозные ТЭО и проводятся официальные тендеры. При всей развитости экономической науки эта зона деятельности еще мало исследована. Наша статья, из – за большой объема материала, попробует дать свою не полную концепцию и  решение данной проблемы, которая, как мы считаем, требует еще дополнение и оценку специалистов и научных деятелей. Таким образом, мы данной статьей приглашаем к научной дискуссии. Эта тема большая и может и должна иметь конечный результат – официальную доктрину Минприроды Украины.

В данной статье мы исследуем две темы, одну технологическую и одну экономическую. Технологическая тема будет касаться лишь процессам седиментации. Экономическая часть будет представлена экономическим показателям на примере проектов автомойки с замкнутым циклом: HDR 555 компании НЕО – KARCHER и нашей авторским.

Критерием оценки работы технологического метода очистки, технологического устройства является эффективность. Эффективность представлена в процентах от соотношения веса примесей воды на выходе устройства к его исходной. При всей простоте этого анализа нет основного критерия – насколько это эффективно. Мы предлагаем внести ясность в этом вопросе: разделить понятие эффективность на три группы: неэффективна, среднетехнологична,  эффективна, согласно табл. 1.

Таблица 1. Классификация эффективности очистки воды

Неэффективна – данный способ очистки не превышает 55% и возможности его увеличения эффективности данным способом технологически не возможны.

Среднетехнологична – при очистки воды эффективность его находится в промежутке  56 – 80 % и ресурсы увеличения эффективности не все использованы, имеет место во времени не устойчивая эффективность как в меньшую от данного диапазона, так и в большую сторону.

Эффективна – имеет место стабильная эффективность очистки воды превышающая 81%. Данная эффективность может быть уменьшена лишь при переходных процессах, форс - мажора: аварий или нарушения технологического режима.

Данная классификация должна получить официальное признание, т.к. не имеет смысл ставить вопрос о эффективности работы очистки воды, если они будут работать ниже эффективности 81%. Однако имеется и другая сторона – каким экономическим способом это возможно получить, поэтому в данной статье вводим критерии экономичности, и этому посвящен один из разделов данной статьи.

1. Разделение дисперсных примесей воды в гравитационном поле

Все дисперсные системы по кинематическим свойствам дисперсной фазы можно разделить на два класса: свободнодисперсные системы, в которых дисперсная фаза подвижна, и связнодисперсные системы (пористые тела) – системы с твердой дисперсионной средой, в которой частицы дисперсной фазы связаны между собой и не могут свободно перемещаться  [1].  Вода в природе и производстве, в аспекте изучаемой темы, несет в себе различные включения органического  и неорганического происхождения, а также растворенные газы. Эти ингредиенты качественно изменяют свойства воды. Поэтому, не рассмотрев взаимодействия воды и примесей в различных физических условиях нельзя понять и решить поставленной конечной цели – очистка сточных вод. Примеси, находящиеся в воде, по своим  физическим размерам разделены на четыре основные группы, табл. 2, предложенной Л. А. Кульским в 1968г.

Выводы Л. А. Кульский формулирует так.

1. Поведение примесей в водной среде и их реагирование на вводимые при обработке сорбентов воды определяются размерами их частиц и еще в большей степени способностью образовывать с водой однородную или неоднородную систему (гомогенную или гетерогенную).

2. Сопоставление практикуемых методов очистки воды от различных загрязнений показало, что каждому фазово-дисперсному состоянию примесей соответствуют определенные технологические приемы и методы их удаления.

Таблица 2 -  Классификация примесей воды и методов их контроля и удаления (по Л.А. Кульскому)

3. Все неисчислимее виды загрязнений природных и промышленных вод могут быть объединены по этим показателям всего в несколько групп. Принадлежность к ним предопределяет технологию очистки.

Рассмотрим первую группу примесей с размерами 100 – 10 мкм и механическим (седиментационным) способом удаления примесей.

Изучение гранулометрического состава взвешенных веществ дождевого поверхностного стока, отводимой с городской территории, проводились с использованием малоуглового фотометра, разработанного учеными Института коллоидной химии и химии воды НАН Украины им. Думанского, по методикам, разработанным для исследования эмульсий и суспензий.  Характеристики системы мало угловой фотометрии: изучаемый объем стока – 200 см³, источник лазерного излучения ЛГ-69; погрешность измерений – не более 3,2 %; минимальный регистрируемый размер частицы – 0,16 мкм; максимальный регистрируемый размер частиц – 2500 мкм. Общая концентрация взвешенных веществ (ВВ) была 1620 мг/л, концентрация по фракциям, см. табл. 3:

Таблица 3 -

Концентрация ВВ по фракциям после 72 ч отстоя, см. табл. 4:

Таблица 4

Степень очистки седиментацией через 72 ч по фракциям, см. табл. 5:

Таблица 5

Результаты проведенных исследований представлены  табл. 6. Изучая данную таблицу, можно проследить за физическими процессами, происходящими под действием гравитационного поля.  Построенные графики из табл. 6 наглядно отражают изменения концентраций В.В. в очищаемой воде. Данные исследования провел к.т.н. Мануйлов М.Б.

Приведенные исследования не совпадают с приведенным фракционным составом поверхностного стока [см. стр.9, 4], однако работа выполнена большая и на современном научном оборудовании. Этим результатам надо доверять.

Анализ приведенных исследований позволяет подвести итоги.

1. Основной примесью в поверхностном стоке являются взвешенные вещества.

2. Гранулометрическая фракция ВВ до 100 мкм в поверхностном дождевом стоке составляет 82,33% и более.

Таблица 6 – Усредненный гранулометрический состав ВВ, содержащихся в поверхностном дождевом стоке

Рис. 1. Гранулометрический состав ВВ в поверхностном дождевом стоке

Таблица 7 - Определение содержание нефтепродукта и мехпримесей в дренажных стоках Запорожской  АЭС

3. Степень очистки седиментацией через 72 ч фракции до 100 мкм составляет 1,86 %.

Нефтепродукты в воде находятся в двух физических состояниях: пленочном и дисперсном.

Мы считаем, что нефтепродукты не могут находиться в стоках в чистом виде, т.к. их окружают ВВ, превышающие по концентрации в десятки раз. Эта мысль подтверждается в [стр. 6, 3]: «Стабилизаторами эмульсии могут быть и механические примеси, находящиеся в подсланевых водах. В этом случае капельки нефтепродуктов обволакиваются механическими примесями, что препятствует укрупнению и всплытию частиц нефти». Нефтепродукты относятся к неполярным жидкостям, с низким поверхностным натяжением порядка (20 – 35) · 10 ^–3 Н/м и смачивают практически все твердые тела. Вода с поверхностным натяжением 72,75 · 10^-3 Н/м, и смачиваемость ею твердых тел значительно ниже. Этот фактор, на наш взгляд, значительно усложняет процесс утилизацию мелкодисперсных нефтепродуктов седиментацией.