Помощь студентам в учебе
Сравнительный анализ методов умягчения воды
|
ВВЕДЕНИЕ 9
1 АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ ДАННЫХ В ОБЛАСТИ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО
УМЯГЧЕНИЮ ВОДЫ 10
1.1 Определения и классификации 10
1.2 Реагентное умягчение воды 11
1.2.1 Основные характеристики 11
1.2.2 Известковый метод 12
1.2.3 Содовый метод 13
1.2.4 Особенности практического применения реагентного метода умягчения 14
1.3 Умягчение воды методами ионного обмена 15
1.3.1 Натрий-катионитовый метод 16
1.3.1 Водород-натрий катионитовый метод 23
1.4 Умягчение сорбционным методом с применением бентонитовых глин ....28
1.5 Выводы по разделу 38
2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 40
2.1 Исследование реагентных методов умягчения 40
2.1.1 Известковый метод 42
2.1.1.1 Методика проведения эксперимента 42
2.1.1.2 Результаты эксперимента 45
2.1.2 Содовый метод 48
2.1.2.1 Методика проведения эксперимента 48
2.1.2.2 Результаты эксперимента 49
2.2 Исследование умягчения методом ионного обмена 51
2.2.1 Методика проведения эксперимента №1 51
2.2.2 Результаты эксперимента №1 56
2.2.3 Методика проведения эксперимента №2 59
2.2.3 Результаты эксперимента №2 61
2.3 Выводы по разделу 63
3 СРАВНИТЕЛЬНАЯ ЧАСТЬ 64
3.1 Сравнение технических характеристик методов умягчения 64
3.1.1 Механизмы действия 64
3.1.2 Возможность повторного использования материала для умягчения 65
3.1.3 Утилизация побочных продуктов умягчения 66
3.1.4 Технологические схемы 67
3.1.5 Эффективность умягчения 68
3.1.6 Вывод по сравнению технических характеристик методов умягчения ....70
3.2 Сравнение экономических характеристик методов умягчения 71
3.2.1 Стоимость материалов для умягчения 72
3.2.2 Стоимость оборудования для умягчения 74
3.2.3 Суммарная стоимость оборудования и материалов для умягчения 77
3.2.3 Вывод по сравнению экономических характеристик методов умягчения 78
3.3 Выводы по разделу 79
4 РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРИМЕНЕНИЮ РАССМОТРЕННЫХ МЕТОДОВ УМЯГЧЕНИЯ .80
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 81
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 83
1 АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ ДАННЫХ В ОБЛАСТИ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО
УМЯГЧЕНИЮ ВОДЫ 10
1.1 Определения и классификации 10
1.2 Реагентное умягчение воды 11
1.2.1 Основные характеристики 11
1.2.2 Известковый метод 12
1.2.3 Содовый метод 13
1.2.4 Особенности практического применения реагентного метода умягчения 14
1.3 Умягчение воды методами ионного обмена 15
1.3.1 Натрий-катионитовый метод 16
1.3.1 Водород-натрий катионитовый метод 23
1.4 Умягчение сорбционным методом с применением бентонитовых глин ....28
1.5 Выводы по разделу 38
2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 40
2.1 Исследование реагентных методов умягчения 40
2.1.1 Известковый метод 42
2.1.1.1 Методика проведения эксперимента 42
2.1.1.2 Результаты эксперимента 45
2.1.2 Содовый метод 48
2.1.2.1 Методика проведения эксперимента 48
2.1.2.2 Результаты эксперимента 49
2.2 Исследование умягчения методом ионного обмена 51
2.2.1 Методика проведения эксперимента №1 51
2.2.2 Результаты эксперимента №1 56
2.2.3 Методика проведения эксперимента №2 59
2.2.3 Результаты эксперимента №2 61
2.3 Выводы по разделу 63
3 СРАВНИТЕЛЬНАЯ ЧАСТЬ 64
3.1 Сравнение технических характеристик методов умягчения 64
3.1.1 Механизмы действия 64
3.1.2 Возможность повторного использования материала для умягчения 65
3.1.3 Утилизация побочных продуктов умягчения 66
3.1.4 Технологические схемы 67
3.1.5 Эффективность умягчения 68
3.1.6 Вывод по сравнению технических характеристик методов умягчения ....70
3.2 Сравнение экономических характеристик методов умягчения 71
3.2.1 Стоимость материалов для умягчения 72
3.2.2 Стоимость оборудования для умягчения 74
3.2.3 Суммарная стоимость оборудования и материалов для умягчения 77
3.2.3 Вывод по сравнению экономических характеристик методов умягчения 78
3.3 Выводы по разделу 79
4 РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРИМЕНЕНИЮ РАССМОТРЕННЫХ МЕТОДОВ УМЯГЧЕНИЯ .80
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 81
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 83
Жесткость является строго регламентированным показателем качества питьевой воды и обуславливается наличием ионов щелочноземельных металлов, преимущественно кальция и магния. Присутствие данных ионов характерно для всех природных вод с поверхностных и подземных источников. Превышение показателя жесткости сверх установленного предела является причиной образования накипи, увеличения расхода моющих средств, времени приготовления пищи, преждевременного выхода из строя и порчи товарного вида оборудования и материалов. Чтобы не допустить приведенных негативных эффектов, производится умягчение подземных вод различными методами. Наибольший интерес вызывают методы, основанные на умягчении воды химическим путем, поскольку они являются наименее затратными, а значит, доступными для населения.
Каждый метод умягчения имеет свои особенности применения, выявление которых позволит определись наиболее эффективные из них для конкретных условий.
Актуальность работы заключается в необходимости определения оптимальных методов эффективного умягчения воды с различным соотношением видов жесткости.
Целью работы является изучение эффективности методов умягчения воды, выявление причин, по которым умягчение производится не в полном объеме, а также оценка технической и экономической целесообразности применения данных методов.
Задачи исследования:
1. Изучить причины возникновения жесткости природной воды, особенности химического умягчения воды, выполнить анализ существующих методов умягчения, определить их преимущества, недостатки и область применения.
2. Изучить химические методы снижения жесткости природной воды, условий их проведения и факторов, влияющих на их эффективность.
3. Сравнить технические и экономические характеристики изученных методов снижения жесткости природной воды.
4. Разработать рекомендации по выбору метода умягчения природной воды.
Каждый метод умягчения имеет свои особенности применения, выявление которых позволит определись наиболее эффективные из них для конкретных условий.
Актуальность работы заключается в необходимости определения оптимальных методов эффективного умягчения воды с различным соотношением видов жесткости.
Целью работы является изучение эффективности методов умягчения воды, выявление причин, по которым умягчение производится не в полном объеме, а также оценка технической и экономической целесообразности применения данных методов.
Задачи исследования:
1. Изучить причины возникновения жесткости природной воды, особенности химического умягчения воды, выполнить анализ существующих методов умягчения, определить их преимущества, недостатки и область применения.
2. Изучить химические методы снижения жесткости природной воды, условий их проведения и факторов, влияющих на их эффективность.
3. Сравнить технические и экономические характеристики изученных методов снижения жесткости природной воды.
4. Разработать рекомендации по выбору метода умягчения природной воды.
В выпускной квалификационной работе исследованы и проанализированы методы химического умягчения воды для питьевого водоснабжения.
Определены причины возникновения жесткости природной воды, проанализированы существующие методы умягчения, определены их преимущества и недостатки.
Исследованы процессы умягчения при статической и динамической фильтрации, определена эффективность материалов для умягчения. Изучены факторы, препятствующие снижению магниевой жесткости воды. Исследовано влияние температурного параметра на эффективность умягчения.
По результатам технического и экономического сравнения определены наиболее оптимальные методы умягчения для конкретных условий.
Сформулированы рекомендации по применению рассмотренных методов умягчения воды.
Научная новизна работы заключается в выявлении зависимости температуры воды от эффективности умягчения при использовании реагентных методов. В рамках проведенных исследований, данная зависимость наблюдалась только при использовании известкового метода. Также эмпирическим путем выявлено правило, согласно которому, точность определения характеристик фильтрата возрастает при увеличении объема исследуемой загрузки.
Практическая значимость заключается в определении оптимальных методов умягчения по техническим и экономическим параметрам природных вод с различными видами жесткости.
Основные результаты работы были опубликованы:
1. А.В. Ковалев Е.В. Николаенко Сравнение фильтрующих загрузок для умягчения подземных вод // Северный морской путь, водные и сухопутные транспортные коридоры как основа развития Сибири и Арктики в XXI веке: Сборник докладов XXI Международной научно-практической конференции. Том I. - Тюмень: ТИУ, 2019. - 325 с. (РИНЦ)
2. А.В. Ковалев Е.В. Николаенко Исследование эффективности натрий- катионитовых загрузок для умягчения подземных вод // Водоснабжение, водоотведение и системы защиты окружающей среды: VII Международная научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых: Статьи и тезисы / Уфимский государственный нефтяной технический университет. - Уфа: ЦИТО+, 2019. - 257 с.
Также основные результаты работы были представлены на конференциях:
1. XXI Международная научно-практическая конференция "Водные ресурсы - основа устойчивого развития поселений Сибири и Арктики в XXI веке, 22 марта 2019 г., Тюменский Индустриальный Университет, г. Тюмень.
2. VII Международная научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых "Водоснабжение, водоотведение и системы защиты окружающей среды", 15-17 апреля 2019 г., Уфимский Государственный Нефтяной Технический Университет, г. Уфа.
Определены причины возникновения жесткости природной воды, проанализированы существующие методы умягчения, определены их преимущества и недостатки.
Исследованы процессы умягчения при статической и динамической фильтрации, определена эффективность материалов для умягчения. Изучены факторы, препятствующие снижению магниевой жесткости воды. Исследовано влияние температурного параметра на эффективность умягчения.
По результатам технического и экономического сравнения определены наиболее оптимальные методы умягчения для конкретных условий.
Сформулированы рекомендации по применению рассмотренных методов умягчения воды.
Научная новизна работы заключается в выявлении зависимости температуры воды от эффективности умягчения при использовании реагентных методов. В рамках проведенных исследований, данная зависимость наблюдалась только при использовании известкового метода. Также эмпирическим путем выявлено правило, согласно которому, точность определения характеристик фильтрата возрастает при увеличении объема исследуемой загрузки.
Практическая значимость заключается в определении оптимальных методов умягчения по техническим и экономическим параметрам природных вод с различными видами жесткости.
Основные результаты работы были опубликованы:
1. А.В. Ковалев Е.В. Николаенко Сравнение фильтрующих загрузок для умягчения подземных вод // Северный морской путь, водные и сухопутные транспортные коридоры как основа развития Сибири и Арктики в XXI веке: Сборник докладов XXI Международной научно-практической конференции. Том I. - Тюмень: ТИУ, 2019. - 325 с. (РИНЦ)
2. А.В. Ковалев Е.В. Николаенко Исследование эффективности натрий- катионитовых загрузок для умягчения подземных вод // Водоснабжение, водоотведение и системы защиты окружающей среды: VII Международная научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых: Статьи и тезисы / Уфимский государственный нефтяной технический университет. - Уфа: ЦИТО+, 2019. - 257 с.
Также основные результаты работы были представлены на конференциях:
1. XXI Международная научно-практическая конференция "Водные ресурсы - основа устойчивого развития поселений Сибири и Арктики в XXI веке, 22 марта 2019 г., Тюменский Индустриальный Университет, г. Тюмень.
2. VII Международная научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых "Водоснабжение, водоотведение и системы защиты окружающей среды", 15-17 апреля 2019 г., Уфимский Государственный Нефтяной Технический Университет, г. Уфа.