Главная  Материалы 

 

Очистка сточных вод озонированием

 

При испытании бетона на сжатие применяют гидравлические прессы. При выборе пресса учитывают, что разрушающая нагрузка должна составлять не менее 0,2 и не более 0,8 от максимального усилия Гтйх для пресса (при выбранной шкале измерения).

 

При испытании бетона на сжатие (ГОСТ 10180-9 образцы изготовляют в виде кубов и цилиндров размерами: длина ребра куба или диаметр цилиндра 70, 100, 150, 200 или 300 мм, высота цилиндра должна быть в два раза больше диаметра. Для цилиндрических образцов, выпиленных из готовых изделий, допускается отношение высоты к диаметру от 1 до 2 (для ячеистого бетона и бетонов низкой прочности).

 

При нестандартных испытаниях, проводимых параллельно с исследованием деформационных характеристик бетона, применяют образцы-призмы квадратного сечения 100 100, 150 150 или 200 200 см и высотой, равной четырехкратному размеру сечения.

 

Образцы для испытаний изготовляют из проб бетонной смеси, применяемой при изготовлении контролируемого изделия. Пробы берут из одного замеса или из кузова автомобиля, перевозящего бетонную смесь. Объем пробы должен быть больше объема изготовляемых из нее образцов. Из пробы изготовляют несколько серий, каждая по три образца. Количество серий определяется задачами испытаний. В некоторых случаях образцы бетонируют в формах, заложенных в конструкцию (при исследовании массивных сооружений со слабым армированием).

 

Формы для образцов ( 11. изготовляют из стали или других плотных материалов с низким водопоглощением, малой деформативностью, низким температурным коэффициентом линейного расширения, а также стойких к воздействию щелочной среды. Отклонения внутренних линейных размеров форм не должны превышать ±1%, а размеров свыше 200 мм — более 2 мм. Отклонение от взаимной перпендикулярности рабочих поверхностей форм не должно превышать 0,5 мм на 100 мм длины, а уклоны внутренних искривлений поверхности допускаются до 0,03 мм на 100 мм длины.

 

Перед бетонированием внутренние поверхности формы смазывают минеральным маслом, эмульсиями или другими составами, которые предохраняют стенки форм от прилипания бетона и от коррозии. Бетон укладывают не позже чем через 15 мин после отбора пробы или приготовления замеса.

 

Очень подвижные бетонные смеси (осадка конуса более 12 см) укладывают в один-два слоя штыкованием, уплотняя с помощью гладкого стального стержня 10 20 раз от краев к середине. При уплотнении первого слоя стержень опускают до дна, а второго так, чтобы он входил на 20 30 мм в первый слой. Более жесткие бетонные смеси уплотняют на лабораторной виброплощадке. Во всех случаях смесь уплотняют до появления на ее поверхности цементного молока, но не больше, так как затем начинается расслоение смеси. По окончании уплотнения поверхность выравнивают кельмой, срезая избыток смеси.

 

Затем формы, накрыв влажной тканью, хранят 24 ч в помещении с температурой (20±2) °С. Образцы в цилиндрических формах закрывают крышкой и хранят в горизонтальном положении. Через 24 30ч образцы распалубливают и помещают в камеру нормального твердения при влажности 95% или хранят во влажных опилках. Образцы, предназначенные для контроля за твердением бетона в конструкции, хранят при температурно-влажностных условиях, аналогичных условиям твердения бетона в конструкции, и распалубливают одновременно с конструкцией.

 

При отборе образцов из бетонной конструкции их выпиливают или высверливают в местах, где это практически не снижает прочности конструкции. К моменту отбора образцов бетон должен набрать не менее половины проектной прочности. Если нет возможности определить прочность бетона косвенным путем, то время твердения до достижения половины проектной прочности принимают в зависимости от применяемого цемента: для глиноземистого цемента — 1 сут, для быстротвердеющих портландцемента и шлакопортландцемента — 3 сут, для портландцемента марок 400, 500 — 7 сут, для цементов марки 300 — 14 сут.

 

Для пиления и сверления бетона при отборе образцов применяют дисковые пилы и сверла с алмазными или победитовыми резцами. Кубы и призмы обычно выпиливают, а цилиндры -высверливают, а затем опиливают с внутреннего торца. Образец маркируют на наружном торце масляной краской. Если в изделии нельзя выбрать участок без арматуры, то образцы с арматурой можно испытывать на сжатие поперек арматуры.

 

Образцы, отформанные из бетонной смеси, испытывают через 28сут после изготовления. В особых случаях (контроль прочности в процессе твердения, контроль времени набора проектной прочности бетона в конструкции и др.) — в сроки, указанные в специальной программе испытаний. Перед испытанием образцы осматривают, проверяя ровность поверхностей и отсутствие трещин и раковин. Небольшие неровности глубиной до 2 мм выравнивают быстротвердеющим цементно-песчаным раствором. Образцы обмеряют с погрешностью не более ±1 мм и взвешивают с погрешностью не более 0,1%. Для одной серии испытаний средняя плотность образцов должна отличаться от среднего значения по серии не более чем на 3%.

 

Перед установкой образца в пресс тщательно очищают и протирают сухой тканью рабочие поверхности плит пресса и образца. Образец устанавливают так, чтобы направление нагрузки было параллельно слоям укладки бетонной смеси (т. е. цилиндры и призмы устанавливают вертикально, а кубы обычно вверх боковой гранью). На плите пресса должна быть заранее сделана строго центрированная разметка. Если же это условие не выполнено, то при установке используют специальный центрирующий шаблон.

 

Включив пресс, образец нагружают непрерывно и равномерно со скоростью (0,6±0, МПа в секунду до разрушения образца. Разрушающая нагрузка Рр фиксируется на силоизмери-тельной шкале пресса по показанию пассивной стрелки, которая после начала снижения разрушающего усилия Fp остается на месте.

 

Разрушающую нагрузку определяют как произведение показания пассивной стрелки шкалы на тарировочный коэффициент, указанный в паспорте пресса или специально найденный по показаниям образцового динамометра. Площадь сечения образца определяют как полусумму площадей опорных граней.

 

Если серия состоит из двух образцов, прочность бетона определяют как полусумму двух полученных значений /?сЖ. При трех образцах в серии получают три значения ЯсЖ: меньшее, большее и промежуточное. Если и меньшее, и большее значения отличаются от промежуточного не более чем на 15%, то прочность бетона принимают как среднее арифметическое из трех значений Ясж. При большей разнице пределом прочности при сжатии будет промежуточное значение Ясж.

 

Кроме предела прочности бетона для образцов данных размеров надо вычислить «эталонную» прочность, которую показал бы образец среднего стандартного размера (куб с ребром размером 150 мм).

 

Бетон материал неоднородный: его прочность колеблется от замеса к замесу, и даже образцы, взятые из одного замеса, могут отличаться по прочности. Это объясняется изменчивостью в качестве сырья, неточностью его дозировки, неоднородности Перемешивания и уплотнения, различием в режиме твердения. Поэтому средняя кубиковая прочность бетона и определяемая на ее основе марка бетона не дает гарантии получения именно этой прочности бетона (прочность может оказаться как больше, так и меньше).

 

Поэтому было введено понятие класс бетона по прочности (В) — прочность бетона с гарантированной обеспеченностью 0,9 Это значит, что установленная классом прочность обеспечивается не менее чем в 95 случаях из 100.

 

При нормальных температурах и давлении озон представляет собой газ бледно-фиолетового цвета. Молекула озона включает три атома кислорода, которые структурно образуют равнобедренный треугольник с углом в вершине, равным 116°49 .

 

По сравнению с другими окислителями, например хлором, озон имеет ряд преимуществ. Благодаря высокой окислительной способности, он применяется как для обеззараживания, так и для деструкции трудно-окисляемых органических загрязнений. Этот тип загрязнений представлен в сточных водах многочисленными классами красителей, поверхностно-активных веществ, пестицидов и др. Кроме этого озонирование эффективно для окисления многих неорганических соединений, таких как цианиды, хроматы и др. Дополнительным эффектом озонирования воды является ее обогащение растворенным кислородом.

 

Озонирование является универсальным методом, позволяющим эффективно очищать сточные воды от самых разных видов загрязнений.

 

Перспективность применения озонирования как деструктивного метода обусловлена также тем, что оно не приводит к увеличению солевого состава очищаемых сточных вод, мало загрязняет воду продуктами реакции, а сам процесс легко поддается полной автоматизации.

 

При разложении озона высвобождается значительное количество тепла, что может явиться причиной взрыва (нижний предел взрываемости озоно-воздушной смеси в объемных единицах равен 5%).

 

Первоначально взаимодействие озона с водной средой обусловлено процессами диффузионной и турбулентной массопередачи на границе раздела фаз газ-жидкость , образованной всплывающими газовыми пузырьками. В результате этого одна часть молекул газа оказывается адсорбированной на внешней поверхности пузырьков, другая растворенной в воде.

 

Озон можно получать непосредственно на очистных установках, причем сырьем служит технический кислород или атмосферный воздух.

 

Реакции прямого окисления веществ озоном описываются окислительно-восстановительными уравнениями, результатом которых с учетом полноты завершения процесса могут быть вещества с большей положительной валентностью или окислы веществ.

 

В процессе обработки сточных вод озон, подаваемый в камеру реакции в виде озоно-кислородной или озоно-воздушной смеси, вступает в сложный многостадийный процесс физико-химических взаимодействий с водой и содержащимися в ней загрязнениями.

 

Непрямое окисление осуществляется большим числом активных радикалов, например ОН , образующихся в результате саморазложения озона в воде. Скорость непрямого окисления прямо пропорциональна количеству разложившегося озона и обратно пропорциональна концентрации присутствующих в воде загрязнителей. Некоторые вещества подвергаются лишь прямому окислению, другие, как органические кислоты с малой молекулярной массой, — окислению радикалами. Окисление может осуществляться также совместным или последовательным воздействием прямого окисления и окисления радикалами.

 

В дальнейшем действие озона сопровождается химическими взаимодействиями с загрязнениями, которые условно можно представить четырьмя основными типами: прямое окисление, окисление радикалами, озо-нолиз, озонокатализ.

 

Каталитическое действие озона (озонокатализ) заключается в усилении им окисляющей способности кислорода, который присутствует в озонируемом воздухе.

 

Окисление смеси органических веществ озоном в соответствии со скоростью реакций происходит в следующей последовательности: олефины — амины —»фенолы —» полициклические ароматические углеводороды — спирты -» альдегиды —» парафины.

 

Для интенсификации процессов озонирования применяют гомогенные и гетерогенные катализаторы, которые увеличивают скорости реакций окисления озоном. Существенная интенсификация очистки сточных вод достигается при совместном применении озона и ультразвука или озона и ультрафиолетового излучения.

 

Озонолиз представляет собой процесс закрепления озона на двойной или тройной углеводородной связи с последующим ее разрывом и образованием озонидов, которые так же, как озон, являются нестойкими соединениями и быстро разлагаются.

 

В процессах очистки воды от веществ, реагирующих с озоном медленно, для достижения требуемой глубины удаления загрязнений и повышения коэффициента использования озона рекомендуется применять двухступенчатые противоточ-ные схемы. В реакторе первой ступени производится предварительное озонирование частично отработанной озоно-воздушной смесью, с концентрацией озона до 5 мг/л. Во второй ступени происходит окончательное окисление примесей свежей озоно-воздушной смесью.

 

Расход озона на разрушение загрязняющих сточные воды веществ зависит от многих факторов: рН водной среды, температуры, концентрации загрязнений, способа смешения и продолжительности контакта озоно-воздушной смеси с водой.

 

Оборудование для озонирования сточных вод. Принципиальная технологическая схема озонирования сточных вод состоит из двух основных блоков получения озона и очистки сточных вод.

 

Технологические схемы применения озона. Выбор технологической схемы озонирования зависит от многих факторов: состава и количества обрабатываемой сточной воды, дозы озона, скорости взаимодействия озона с окисляемыми примесями и др. Принимая во внимание высокую стоимость получения озона, его токсичность и пожароопасность, важным показателем эффективности работы установок озонирования воды является коэффициент использования озона. Поэтому при разработке технологии применения озона, наряду с его высокой реакционной способностью, следует учитывать и необходимость максимально полного использования непосредственно в контакте со сточной водой.

 

Двухступенчатая схема с делением потока предусматривает устройство двух реакторов. В первый реактор подается 80% общего количества сточных вод, а остальная часть во второй. Озоно-воздушная смесь последовательно проходит через первый, а затем через второй реакторы. Двухступенчатые схемы позволяют практически полностью использовать подаваемый озон, а его концентрация в отходящих газах не превышает 0,01% по массе.

 

1 компрессор; 2 ресивер; 3 охладитель воздуха; 4 сушилка; 5 генератор озона; 6 трансформатор; 7 электрический щит; 8 подача озоно-воздушной смеси; 9, 10- подача и отведение охлаждающей воды

 

Блок получения озона ( 13. включает четыре ступени: забор и охлаждение воздуха; осушка воздуха; фильтрование воздуха; генерация озона.

 

Осушенный воздух поступает в автоматические блоки фильтров, в которых осуществляется тонкая очистка воздуха от пыли. Из фильтров осушенный и очищенный воздух подается в генераторы озона.

 

1 Схема установки получения озона:

 

В промышленных условиях озон получают пропусканием потока воздуха или кислорода между двумя электродами, к которым приложена разность потенциалов 5-25 кВ. Чтобы избежать образования электрической дуги, один (а иногда оба) электрода покрывают слоем диэлектрика одинаковой толщины (диэлектрическим барьером), образующим эквипотенциальную поверхность. В такой разрядной системе образуется тлеющий коронный разряд. Этот способ получения озона является наиболее выгодным с энергетической точки зрения. Затраты электроэнергии на получение 1 кг озона из кислорода составляют 14-20 кВт-ч и из воздуха 27-35 кВт-ч.

 

Атмосферный воздух через воздухозаборную шахту подается на фильтр, где очищается от пыли, после чего воздуходувками подается на водоотделитель капельной влаги, а затем на автоматические установки для сушки воздуха, загруженные активным глиноземом.

 

Производительность озонатора и расход электроэнергии на получение озона в значительной степени зависят от влагосодержания поступающего в него воздуха, температуры, концентрации кислорода, а также от его конструкции и давления озоно-воздушной смеси, подаваемой в контактную камеру.

 

Озон может быть получен различными методами: с помощью химических реакций, в результате воздействия ионизирующего облучения, высокочастотного электрического поля или коронного (тихого) электрического разряда на атомы кислорода.

 

Выбор типа контактного аппарата определяется расходами обрабатываемой воды и озоно-воздушной смеси, достаточным периодом контакта воды с озоном и скоростью химических реакций.

 

В конструкциях озонаторов используют трубчатые электроды из стекла, внутренняя поверхность которых покрыта металлической амальгамой. Ее слой является электродом высокого напряжения, а само стекло диэлектрическим барьером. Обычно озонаторы выполняют в виде цилиндрических сосудов, в которых располагается несколько десятков параллельно работающих трубчатых озонирующих элементов, состоящих из двух концентрически расположенных стеклянных трубчатых электродов. Воздух движется вдоль оси озонирующих элементов в кольцевом пространстве.

 

Движение обрабатываемой сточной воды и озоно-воздушной смеси в контактной камере по встречным направлениям обеспечивает большую эффективность озонирования. Барботажные контактные камеры могут быть одно- и многоступенчатыми.

 

В обрабатываемую сточную воду озон вводят различными способами: барботированием содержащего озон воздуха через слой воды; проти-воточной абсорбцией озона водой в абсорберах с различными насадками (кольца Рашига, хордовая насадка и др.); смешиванием воды с озоно-воздушной смесью в эжекторах или в специальных роторных механических смесителях.

 

Основные типы контактных аппаратов для обработки воды показаны на 13.1 Двухсекционная барботажная контактная камера ( 13.10, а) наиболее распространена и применяется как для обеззараживания сточных вод, так и для их глубокой очистки. Озоно-воздушная смесь распыляется фильтросными элементами, которые изготавливаются в виде плоских пластин, труб и разных типов диффузоров, из пористых материалов на основе керамики, металлокерамики и пластмасс. Обычно применяют материалы с размером пор от 50 до 100 мкм, так как более мелкие обладают значительным динамическим сопротивлением и быстро забиваются, а более крупные не обеспечивают достаточную дисперсность газовой фазы.

 

а двухсекционная барботажная; б камера, оборудованная инжектором; в камера, оборудованная импеллером; 1,3- подача сточных вод и отведение очищенной воды; 2 подача озоно-воздушной смеси; 4 выпуск отработанной озоно-воздушной смеси; 5 инжектор; 6 импеллерное устройство

 

На 13.10, б дан пример контактной камеры с инжекцией озоно-воздушной смеси сточной водой, подаваемой под давлением. Водо-газовая эмульсия вводится инжектором у дна контактного аппарата, откуда поднимается вместе с обрабатываемой водой. Такие установки применяются, как правило, для обработки сточных вод, содержащих легко окисляемые примеси, при малом времени контакта воды с озоном, и для утилизации не полностью прореагировавшего озона в отработанном газе.

 

Количество не использованного в процессе обработки воды озона может составлять 2-8%. С целью предотвращения выбросов в атмосферу не прореагировавшего в контактных аппаратах озона, в системе выпуска отработанной озоно-воздушной смеси предусматривают установку деструкторов остаточного озона. Наибольшее применение нашли термические и термокаталитические деструкторы. Термический метод основан на способности озона быстро разлагаться при высоких температурах. В аппаратах термической деструкции озона обрабатываемый газ нагревают до температуры 340-350 °С и выдерживают в течение 3 с. Существуют конструкции термодеструкторов с рекуперацией тепла.

 

13.1 Контактные камеры:

 

Расчет и проектирование сооружений озонирования. Расчет сооружений и оборудования для осуществления метода озонирования включает два основных этапа: определение требуемого количества озона, расчет системы диспергирования его в воду и подбор озонаторного и вспомогательного оборудования; определение геометрических размеров и гидравлических показа-л 1 г телей контактных камер.

 

Контактные камеры, оборудованные механическим смесителем-импеллером ( 13.10, в), применяются, для небольших расходов воды. Обрабатываемая вода подается в зону всасывания импеллера, который смешивает ее с озонсодержащим газом, эжектируемым под импеллер. Очень тонкая водо-газовая эмульсия проходит в верхнюю часть колонны и снова захватывается импеллером. Этим обеспечиваются многократная рециркуляция потока воды и равномерное распределение газовой фазы по объему реактора. Инжекционные и импеллерные контактные аппараты удобно применять в многоступенчатых схемах озонирования для повторного использования частично отработанной озоно-воздушной смеси.

 

Расход электроэнергии на получение 1 кг озона из хорошо осушенного воздуха для озонаторов различных типов составляет 13-26 кВт-ч, из технического кислорода 6-12 кВт-ч, а из неосушенного воздуха — 43-57 кВт-ч. Расход электроэнергии на осушение Воздуха и его компрессию для получения 1 кг озона 6-10 кВт-ч.

 

Термокаталитический метод деструкции основан на быстром разложении озона на кислород и атомарный кислород при температуре 60-120 °С в присутствии катализаторов.

 

Озон и его водные растворы чрезвычайно коррозионны они разрушают сталь, чугун, медь, резину, некоторые виды пластмасс. Поэтому все элементы озонаторных установок и трубопроводы, контактирующие с озоном или с его водными растворами, должны изготовляться из коррозионно-стойких материалов.

 

В связи с токсичностью озона, поражающего органы дыхания и центральную нервную систему, особое внимание при проектировании озонаторных установок уделяется вопросу вентиляции помещений и герметизации реакторов (предельно допустимое содержание озона в воздухе помещений, где находятся люди, составляет 0,0001 мг/л).

 



Песколовки. Санитарно-химические показатели загрязнения сточных вод. "шлягер" каркаса. Систематизация факторов. Системы водоотведения на подтапливаемых территориях. Склады арматурной стали. Скользящая опалубка.

 

Главная  Материалы 



0.0024