ОТЧЕТ
ПО производственной практике.
Научно-исследовательская работа
(получение первичных навыков научно-исследовательской работы)
| Направление | 08.04.01 Строительство | ||||||||||
| (Код и наименование направления подготовки) | |||||||||||
| Магистрант (ка) | курса | М-ЭЭвЗ-19 | группы | ||||||||
| Форма обучения | очная | ||||||||||
| (очная/ заочная) | |||||||||||
| Егорова Ньургуйаана Михайловна | |||||||||||
| (Фамилия, имя, отчество) | |||||||||||
| Сроки прохождения практики с | «11 » _ июня _ 2020 г. по «05 » _ июля _ 2020 г. | ||||||||||
Руководители практики
| От университета | к.т.н.,доцент, и.о.зав.каф. ТГВ | Иванов В.Н. | |||
| должность | подпись | ФИО |
Дата защиты отчета ___________________________
Итоговая оценка по практике ____________________
Якутск 2020 г.
Содержание
| Введение | ||||
| Обзор и анализ очистки природной воды загрузочными материалами | ||||
| 1.1 | Выбор местных загрузочных материалов | |||
| 1.1.1. | Кварцевый песок | |||
| 1.1.2. | Цеолит | |||
| 1.1.3. | Шунгит | |||
| 1.1.4. | Активированный уголь | |||
| Список использованной литературы |
Введение.
В настоящее время всё большую остроту приобретает проблема чистой воды-как результат увеличения антропогенных воздействий на природу. О чистой воде приходится говорить и как о стратегическом источнике. Россия обладает почти четвертью всех мировых запасов пресной воды, однако безопасная питьевая вода доступна далеко не всегда. Такая ситуация сложилась не сегодня, и у нее много причин, формировавшихся десятилетиями. Основные источниками загрязнения водных ресурсов принесла цивилизация. Поверхностные воды России в наибольшей степени загрязнены нефтепродуктами, фенолами, легко окисляемыми органическими веществами, соединениями металлов, аммонийным и нитритным азотом, а также специфическими загрязняющими веществами, к которым относятся лигнин, ксантогенаты, формальдегид и другие, приносимые в водоемы сточными водами предприятий сельского и коммунального хозяйства. Это и загрязнение водоёмов, и изношенные коммунальные сети, в результате чего вода приходит в жилые дома в небезопасном виде. Есть много методов очистки воды. Одним из них является очистка природной воды с загрузочными материалами.
Объект исследования: минеральное сырье для очистки воды.
Предмет исследования: загрузочные материалы для очистки воды.
Актуальность работы: В связи с техногенными загрязнениями поверхностных вод Вилюйской группы улусов в последние годы подготовка питьевой воды встала актуальной проблемой. Решение этой проблемы возможно, используя эффективные местные загрузочные материалы.
Цель данного исследования подготовка воды для хозяйственно-питьевого водоснабжения, используя местные загрузочные материалы.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1) обзор и анализ очистки природной воды загрузочными материалами;
2) выбор местных загрузочных материалов;
3) установки для очистки воды;
4) разработка собственной установки;
5) очистка воды местными загрузочными материалами;
6) экспериментальные работы очистки воды;
7) выбор эффективного метода очистки воды.
Обзор и анализ очистки природной воды загрузочными материалами.
Выбор местных загрузочных материалов.
В последние годы, в связи с освоением Арктических районов, увеличилось потребность питьевой воды. В данное время чистая вода является актуальной проблемой из-за увеличения антропогенных воздействий на природу [1]. При этом повышается загрязнение поверхностных водоемов различного рода химическими отходами: нефтепродукты, фенолы, синтетические поверхностно-активные вещества, медь, цинк и др. Для очистки питьевой воды жилищно-коммунальных хозяйств экономически выгодным являются природные загрузочные материалы: кварцевый песок, цеолит, шунгит, активированный уголь и т.д.
Основные фильтрующие материалы, которые применяются на практике, можно разделить на природные и искусственные [1]. К природным фильтрующим материалам относятся кварцевый песок, цеолит, шунгит, горелые породы с загрузками керамзита и т.д. К искусственным зернистым материалам – керамзит, алгопорит, активированный уголь и т.д.
В таблице приведены характеристики основных зернистых фильтрующих материалов, применяемых на практике водоподготовки. Анализ данной таблицы позволяет сделать вывод, что фильтрующие материалы в зависимости от крупности зерна обладают различной и резко отличающейся друг от друга пористостью, плотностью, истираемостью, измельчаемостью и т.д.
Таблица
Физико-механические свойства загрузочных природных материалов по требованиям [1]
| Фильтрую-щий материал | Круп-ность зерен, мм | Насыпная объ. масса, кг/м3 | Плотность, г/см3 | Пористость, % | Механическая прочность, % | Коэфф. формы зерен | |
| Истираемость | Измельчаемость | ||||||
| Кварцевый песок | 0,6-1,8 | - | 2,6-2,65 | 40-42 | 0,5 | 1,17 | |
| Цеолит | 1,9-1,2 | 1,7-2,1 | 0,27-0,46 | ||||
| Шунгит | 1,5-2,4 | ||||||
| Горелые породы | 1,00 | 2,4 | 0,46 | 3,12 | 2,1 |
В качестве исходных местных загрузочных материалов использованы кварцевый песок проявления Едейское и цеолит месторождения Хонгуруу (Якутия, Россия), а также шунгит (Карелия, Россия).
Кварцевый песок.
Таким образом, песок в месте своего конечного осаждения становится почти однородным и содержит только самые устойчивые компоненты материнской породы каковыми, в первую очередь, как известно, является кварц. Вот почему в природе кварцевые пески получили наиболее широкое развитие [3-4].
Гранулометрический состав (для каждой фракции допускаются колебания в пределах 10%):
размер зерен, в мм количество зерен в %
от 0,3 до 0,8 79,0
0,8 2,5 10,5
2,5 5,0 10,5
1. Химический состав:
Содержание SiO2 не менее 96%
CaO+MqO не более 3%
Песок, предназначаемый для фильтров водопроводных станций, должен отвечать примерно следующим требованиям:
1. Крупность песка 0,6-1,0 мм;
2. Содержание частиц размером менее 0,25 мм не более 1%;
3. Коэффициент неоднородности песка не более – 2;
4. Измельчаемость песка после 24-часового взбалтывания не более 4%;
5. Истираемость песка после 24-часового взбалтывания не более 0,5%;
6. Химическая стойкость песка в отношении фильтрующейся воды должна отвечать нормам.
Кварц – один из наиболее популярных материалов, используемых для водоподготовки. Это обусловлено его уникальными свойствами: способностью удалять из воды хлор, железо, алюминий, марганец, пестициды, диоксины, нитраты, грибок, водоросли, паразитов и др. Он сокращает количество радионуклидов в жидкости, борется с вирусами и бактериями, поглощает ионы тяжелых металлов и т.п. Зерна кварца обладают однородным составом, твердостью, химической инертностью, низкой истираемостью и высокой грязеемкостью, но при этом незначительным количество глинистых примесей. Поэтому материал широко используется в качестве загрузки механических фильтров при очистке стоков в промышленных и бытовых масштабах, а также подготовке питьевой воды [3].
Традиционным видом фильтрующего материала для фильтров станций водоподготовки хозяйственно-питьевого водоснабжения является кварцевый песок, который должен обладать соответствующими физико-механическими и эксплуатационными показателями (чистота, грязеемкость, задерживающая способность, высокая твердость, износостойкость и кислотостойкость дробленный частиц кварцевого песка).
Рис.1. Разрез карьера Намского кварцевого песка с. Едей.
В данном работе будут использованы кварцевые пески Намского района с. Едейское РС(Я) [4]. Участок имеет выгодное расположение в 40 км от г. Якутска. Карьер для добычи песка на территории проявления имеет длину 200 м, ширину 80 м. выходы песков относятся к палеоген-неогеновым отложениям намской свиты, сложенной светло-серыми, серыми, иногда желтоватыми и белесоватыми, часто косослоистыми, разнозернистыми песками с примесью гравия и гальки. Верхняя часть карьера состоит из аллювиальных, неогеновых отложений табагинской свиты, представленной серыми, темно-серыми, желтовато-бурыми разнозернистыми песками. Общая вскрытая часть борта карьера на этом пересечении составляет от 7 до 10 м.
Данные физико-механических и химических свойств кварцевого песка проявлений Едейское составляют: гранулометрический состав (фракция, 0,5-3,0 мм) – 40-45%; плотность - 2,6 г/см3; истираемость - 0,4-0,5 %; измельчаемость - 4,5 % и среднее содержание: SiO2 - не менее 80,8 %; CaO+MqO - не более 0,5 % [2].
Цеолит
Во всех современных технологиях водоочистки внимание акцентировано на фильтрующих процессах и, соответственно, на фильтрующих материалах [5, 6]. Цеолиты относятся к новому поколению фильтрующих материалов. Это очень перспективное природное сырьё, для которого характерны высокие технологические параметры и отсутствие негативных последствий даже при применении в широких масштабах. Цеолиты не набухают в воде, легко обрабатываются и фракционируются, обладают абсорбционными и молекулярно-ситовыми свойствами, абсолютно безопасны для живых организмов, поэтому представляют интерес для применения во всех процессах водоочистки. И зарубежные, и отечественные исследования дают примерно одинаковые цифры по оптимальной дозировке цеолита для водоёмов: если вносить его россыпью, то это 200-300 кг на 1 гектар. То есть на водоём размером 100 на 100 м достаточно 4-6 пятидесятикилограммовых мешков. Доказано на практике, что цеолит очень эффективен при очистке воды в колодцах: он очищает её от солей тяжёлых металлов, взвешенных веществ, обеззараживает и смягчает воду.
Природный цеолит успешно используется вместо кварцевого песка и иных фильтрующих материалов при проектировании новых очистных сооружений и при реконструкции существующих. Решения о конструкции фильтров принимаются с учетом местных условий, производительности сооружений и качества воды источника.
Свойства природного цеолита
1. Его используют без регенерации фракциями от 1 до 3 мм, если нужно:
a) очистить сбросные воды атомных электростанций от радиоактивных ионов;
б) очистить бытовые сточные воды от аммонийного азота;
в) очистить сбросные воды от цветных металлов;
г) очистить бытовые и производственные стоки от органических и неорганических веществ.
2. Используются цеолитовые туфы как фильтрующий материал при водоподготовке питьевой воды (цеолит с саморегенерацией фракциями от 1 до 3 мм).
3. Цеолит с регенерацией растворами противоионов (фракциями от 1 до 3 мм) используется при концентрировании и разделении щелочных металлов из технологических растворов и природных вод.
4. Цеолит фракциями от 0,08 до 0,14 мм входит в состав коагулирующей смеси с раствором сернокислого алюминия - 1: 0.5. Это помогает повысить уровень глубины очистки на 40-50 %. При этом на частичках цеолита адсорбируются радиоизотопы и улучшаются микробиологические показатели воды.
Уже сегодня природный цеолит успешно используется в бытовых фильтрах. Он не только выполняет функции механического фильтра, но и смягчает воду, повышает рН воды. Потребителями отмечен ряд положительных моментов: цеолит хорошо сорбирует бактерии и вирусы, деликатно действует на необходимые человеку микроэлементы. Цеолит входит в биологическую добавку «Литовит» как медицинский сорбент, поэтому вымывание из фильтра его мелкой фракции не только не опасно, а даже полезно для здоровья [9].
В данной работе используются цеолиты месторождение Хонгуруу, поселок Кемпендяйское. Месторождение Хонгуруу открыто в 1978 г. К.Е. Колодезниковым и Г.В. Ивенсен [7]. Оно расположено в 22 км к востоку от поселка Кемпендяй в отрогах одноименного небольшого хребта, приурочено к юго-восточному крылу Таас-Туусской антиклинали, сводовая часть которой сложена красноцветными соленосными отложениями кыгылтусской свиты верхнего девона. На соленосных отложениях залегают породы намдырской свиты верхнего девона (мощность 174-179м), содержание два пласта цеолитовых пород. Породы намдырской свиты нижнего карбона (мощность 116-136м). В составе последней свиты имеются еще два пласта цеолитовых пород. Все четыре пласта прослежены на расстоянии не менее 6-8 км.
Физико-химические свойства цеолитовых пород в зависимости от месторождений меняются по типам сырья: содержание цеолитов клиноптилолит-гейландитового и гейландитового состава – 70-98 %; ионообменная емкость - 0,16-1,91 мг-экв/г; адсорбционные свойства по воде (при Р/Рs=1,0) - 10,34-12,03 %; термостабильность, – 700 °С; оптимальная температура дегидратации - 300-550 °С [3].
Усредненный химический состав цеолитов по двум типам сырья (%): SiO2 - 66,43; TiO2 - 0,18; Al2O3 - 12,03; Fe2O3 - 0,92; FeO - 0,26; MnO - 0,03; MgO - 1,47; CaO - 2,50; Na2О - 1,75; K2O - 1,35; P2O5 - 0,14; п.п.п. - 6,2.
Физико-механические характеристики цеолита месторождений Хонгуруу: плотность - 2,2 г/см3; истираемость - 0,27-0,49 %; измельчаемость - 2,1-3 %; пористость - 52-57 % [3].
Шунгит
Шунгит - это природный минерал с организованной определенным образом кристаллической решеткой, в основе которой – углерод [8, 9].
Основные свойства шунгита:
· Шунгит, при наличии в них фуллеренов, обладают полезными для человека свойствами.
· Цвет в зависимости от химического состава может быть черный, сероватый, пепельный, а также других оттенков.
· Плотность 1,5 - 2,4 г/м3
· Пористость до 10%
· Адсорбционно активен
· Обладает бактерицидными свойствами, высоко - реакционными и другими, еще до конца не изученными полезными свойствами.
Шунгит обладает способностью очищать воду практически от всех органических веществ (в том числе от нефтепродуктов и пестицидов), от бактерий и микроорганизмов. Фуллерены в растворе воды приобретают свойства катализаторов, помогают окислению активных химических соединений.
Чистая и мягкая вода Онежского озера, которая соответствует всем строгим требованиям гигиены, которую можно пить без всякой очистки, - следствие тысячелетнего взаимодействия этой воды с шунгитом.
Позднее Военно-Медицинская Академия. В течение нескольких лет исследовала воздействие этой воды на больных людей и отнесла ей к водам, обладающим лечебно-профилактическим действием. Было доказано, что эту воду можно пить без кипячения, тем более что при кипячении в обычной воде только увеличивается содержание вредных хлорорганических соединений.
Исследуя воду, прошедшую через шунгитовые породы, ученые доказали наличие у нее бактерицидных свойств. Эксперимент сводился к тому, что в воду помещали либо шунгитовую пыль, либо крупные куски породы. Одновременно воду заражали микробами стрептококка группы А (он является возбудителем ангины, скарлатины, ревматизма) и стрептококка группы Д (энтерококками), это один из микробов, который характеризует пригодность воды для питья. Эксперимент показал, что вода, настоянная на шунгите в течении трех дней, обладает ярко выраженными бактерицидными свойствами в отношении этих микроорганизмов. Уже через полчаса после погружения в воду шунгитовых пород концентрация стрептококка группы Д снижалась в 10 - 100 раз, а группы А в 900 раз, по сравнению с начальными показателями.
Рис. 2. Шунгит
Шунгит очищает воду от различных примесей (хлорорганических соединений, нитратов, нитритов и избытка меди, марганца, железа), полностью от яиц гельминтов, убирает из нее мутность, привкусы, запахи. Он насыщает воду солями кальция и магния, а также микроэлементами до оптимальной для человеческого организма концентрации, обеззараживает воду без применения хлорирования или ультрафиолетового облучения. Кроме того, эта порода придает воде уникальные целебные свойства.
Ученые доказали факт выхода из шунгита в воду углерода с растворимыми фуллеренами в гомеопатических дозах. Природа, как выяснилось, уже на протяжении столетий, «производит» растворы фуллеренов, над созданием которых пока безуспешно бьется современная наука [2].
Физико-механические и химические свойства шунгита из Карелии: размер зерен - 0,25 мм; объем пор - 0,039-0,135 см3 /г; плотность -1180-2010 кг/м3; пористость -1,6-43,3 % и содержание углерода – 93-98 %.
Активированный уголь
Активированные угли – пористые углеродные тела, зернистые и порошкообразные, развивающие при контакте с газообразной или жидкой фазами значительную площадь поверхности для протекания сорбционных явлений. По своим структурным характеристикам активные угли относятся к группе микрокристаллических разновидностей углерода - это графитовые кристаллиты, состоящие из плоскостей протяженностью 2-3 нм, которые в свою очередь образованы гексагональными кольцами [10-11].
Пористая структура активных углей характеризуется наличием развитой системы пор, которые классифицируют по размерам на микропоры, мезопоры и макропоры.
Поры размер, нм
Микропоры менее 1.6
Мезопоры 1.6-200
Макропоры более 200.
Микропоры – наиболее мелкая разновидность пор, соизмеримая с размерами адсорбируемых молекул. Удельная поверхность микропор достигает 800-1000 м2/г.
Для оценки качества зерненных активных углей, используемых в качестве фильтрующе-сорбирующей загрузки в адсорберах различной конструкции, важное значение приобретают их физико-механические характеристики - зернение, насыпная плотность, механическая прочность.
Активные угли выгодно зарекомендовали себя на конечной стадии водоподготовки для поглощения различного рода хлор-органических соединении как содержащихся в исходной воде, так и образующихся в ней в больших количествах на предшествующих стадиях водоподготовки.
Кроме того, они активно поглощают из воды фенолы, пестициды, нефтепродукты, соединения тяжелых металлов и вещества, обусловливающие неприятные привкусы и запахи воды.
Велика роль активных углей в повышении барьерной функции водоочистных станций, т.к. на практике всегда существует опасность присутствия в воде соединений, нетипичных для данною водоисточника, что часто происходит во время аварий на промышленных предприятиях.
Полезные свойства применяли еще наши далекие предки. В древности уголь помогал очищать воду, чуть позднее – винные напитки и пиво, и даже применялся в медицине. Сейчас активированный уголь для фильтров занимает лидирующие позиции в среде очищающих материалов. Ему принадлежит пальма первенства как лучшему фильтрующему элементу, но сфера применения угля очень обширна и постоянно развивается [11].
Список используемой литературы.
1. Аюкаев Р. И., Мельцер В.З. Производство и применение фильтрующих материалов для очистки воды: Справочное пособие. – Л.: Стройиздат Ленинградское отделение, 1985. – 120 с.
2. Лужков Ю.М., Храенков С.В. Чистая вода. Жизнь и богатство мира. – М.: ОАО «Московские учебники и картолитография», 2009. - 272 с.
3. Рамзес Б.Я., Зубарев Н.Н. Песок кварцевый: Справочник для геологов. – Л.: Госгеолтехиздат, Москва, 1959. – 79 с.
4. Новгородов П.Г., Александров А.Р., Ефимов С.Е. Статья: Кварцевые пески как потенциальный фильтрующий материал в питьевой водоподготовке в Якутии // Водоочистка. Водоподготовка. Водоснабжение, 2010, № 9. С. 52-56.
5. Хорунжина С.И., Поздняковский В.М. Природные цеолиты в производстве напитков. – Кемерово: АО Кузбассвузиздат, 1994. – 240 с.
6. Колодезников К.Е., Новгородов П.Г. Кемпендяйский цеолитоносный район. – Якутск, 1992.- 195 с.
7. Каримов И.А., Кибека А.И. Шунгит чудо камень. – Л.: Стройиздат, Москва, 2010. – 56 с.
8. Калинин Ю.К., Скоробогатов Г.А. Шунгиты Карелии. – Л.: Стройиздат, Санк-Петербург, 2008. -365 с.
9. Угли активные и коагулянты. ОАО «Сорбент», Перьм, 2002. – 45 с.
10. Уголь для фильтров [Электронный ресурс] https://biokit.ru/video-instructions/ugol-dlya-filtrov/
11. Природный цеолит для очистки воды [Электронный ресурс] https://aqua-agent.ru/ochistka-vody-ceolitom