Методы борьбы с биологическими обрастаниями технологического оборудования систем оборотного водоснабжения

product. In this regard, farmers face many challenges: the decline of manufacturing and product quality, higher cost of labor in food production, reduce animal productivity, reducing profitability.

Despite the wide distribution of hammer crushers with a pneumatic loading of material, their workflow is poorly understood, which leads to the need for research in this direction.

In the first stage, we conducted an analysis of scientific publications on the definition of a para-meters crushers, impact on their workflow.

Based on the analysis of works will come to the conclusion that the main strategic factors in the development of machine technology feed grinding is to further the study of physical-mechanical and technological properties of the processed material, development of new methods and working bodies hammer crushers, providing shredding and separation of the product, due to the rational organization of air pressure in the crushing chamber, increasing the capacity and uniformity of grinding, as well as reducing energy and materials consumption.

Keywords: aerodynamic characteristics, grain, hammer crusher, productivity, workflow, grinding, technological, mechanical and structural parameters, energy efficiency.

УДК 628.196

МЕТОДЫ БОРЬБЫ С БИОЛОГИЧЕСКИМИ ОБРАСТАНИЯМИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ СИСТЕМ ОБОРОТНОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ

© 2015

В. А. Селезнев, доктор технических наук, профессор кафедры «Теплогазоснабжение, вентиляция, водоснабжение и водоотведение» А. А. Гусева, магистрант

Тольяттинский государственный университет, Тольятти

Аннотация. Проблема микробиологического загрязнения воды чрезвычайно актуальна в наше время. Обеззараживание необходимо для хозяйственно-питьевого и технологического водоснабжения, поскольку источники водоснабжения не отвечают необходимым требованиям по данному параметру. По оценкам состояния оборудования различных предприятий и качества используемой ими природной воды, нужно отметить ухудшение качества воды поверхностных водоемов, связанное главным образом с такими причинами, как сокращение годового стока рек, неудовлетворительным состоянием зон санитарной охраны и интенсивным загрязнением открытых водоемов неочищенными сточными водами. С целью уничтожения в воде вирусов и бактерий, устранения запахов и привкусов, предотвращения роста моллюсков и водорослей ее обрабатывают, используя преимущественно химические (например, окисление) и физические (ультрафиолетовое облучение) методы или их комбинации. В некоторых случаях при индивидуальном приготовлении питьевой воды применяется олигодинамиче-ский метод (воздействие ионов благородных металлов), а для борьбы с биообрастаниями в циркуляционных системах охлаждения - биоцидные препараты, в том числе на основе полигексаметиленгуанидина или изотиазоли-на. В связи с этим важно сделать выбор в пользу наиболее оптимального метода обеззараживания исходя из параметров, особенностей системы и питательной воды определенного качества.

Ключевые слова: биологическое загрязнение, биоотложения, биологическая коррозия, биоцидная обработка, дезинфекция, оборотная система, обеззараживание, пероксид водорода, теплопередача.

Постановка проблемы в общем виде и ее связь с важными научными и практическими задачами.

Предприятия, использующие системы охлаждения, сталкиваются с тремя основными проблемами, которые мешают работе градирен и теплообменников:

- засорение и биологическое обрастание;

- отложение накипи;

- коррозия.

Высокое содержание загрязнений биологического характера в воде оборотных циклов способствует интенсивному росту скорости, ухудшению теплоотдачи теплообменного оборудования, а следовательно, приводит к снижению производительности и эффективности работы системы в целом. Для борьбы с

биологическими обрастаниями оборудования применяются различные физические и химические методы, но они не всегда эффективны в тех или иных условиях. Необходимо определиться с наиболее оптимальным: выгодным и действенным методом, исходя из параметров исходной воды и оборотной системы.

Анализ последних исследований и публикаций, в которых рассматривались аспекты этой проблемы и на которых обосновывается автор; выделение неразрешенных раньше частей общей проблемы.

В целях повышения эффективности работы систем охлаждения и снижения стоимости их эксплуатации необходимо проводить мероприятия по их защите от засорений и биологического обрастания [1].

Коллоидные вещества оказывают очень сильное негативное воздействие на работу системы охлаждения, поскольку они коагулируются на горячих поверхностях, образуя изолирующую пленку, которая служит питательной основой для биологических обрастаний. Биоотложения толщиной 0,5 мм на поверхности нагрева снижают коэффициент теплопередачи на 50 %. Кроме того, коллоидные вещества способствуют образованию отложений на всех участках контура охлаждения, где скорость циркуляции воды невелика [1].

Помимо снижения теплопередачи, биологические отложения вызывают коррозию теплообменного оборудования и трубопроводов. Биологическая коррозия бывает двух видов: активная (при прямом химическом взаимодействии микроорганизмов с материалами, в результате которого образуются новые химические вещества, вызывающие коррозию); пассивная (коррозионные разрушения являются косвенным последствием действия биологической массы или побочных продуктов биологической активности).

Формирование целей статьи (постановка задания). Повышение эффективности работы системы оборотного водоснабжения посредством борьбы с биообрастанием оборудования цикла, выявление наиболее действенного метода предотвращения зарастания системы.

Изложение основного материала исследования с полным обоснованием полученных научных результатов.

Нами был проведен анализ существующих химических методов обработки воды для борьбы с микробиологией. Данные методы рассмотрены с точки зрения возможности их применения в условиях оборотных систем.

На сегодняшний день существуют следующие методы по борьбе с микробиологией:

1. Физические:

- термическая обработка;

- УФ-облучение;

- обработка ионизирующей радиацией;

- обработка ультразвуком.

2. Химические:

- окисление (хлором, бромом, озоном, перекисью водорода);

- без окисления (за счет разрушения клеточных оболочек микроорганизмов);

- с применением тяжелых металлов (медь, серебро).

У каждого из этих способов есть свои преимущества и недостатки.

Один из простых способов - кипячение воды. Как правило, кипячение воды в течение нескольких минут позволяет избавиться от вегетативных форм

микроорганизмов, грибков и вирусов. Но данный метод не получил распространения для обеззараживания технологических вод, поскольку это энергозатратный и дорогостоящий способ, особенно в крупных производственных масштабах. Помимо этого, после кипячения воду придется дополнительно охлаждать для использования в оборотной системе, что потребует дополнительное оборудование (например, баки очищенной воды). И не исключена вероятность, что кипяченая охлажденная вода вновь загрязнится при последующем использовании.

Еще один физический метод - облучение ультрафиолетовым светом. Очень эффективный способ, но только при условии, что обрабатываемая вода имеет высокую степень прозрачности. Наличие взвесей должно обязательно учитываться при выборе режима работы, поскольку они экранируют загрязнения и поглощают часть излучения. Наибольшую эффективность такой установки можно получить при обработке небольшой оборотной системы, поскольку очищенная вода может вновь загрязниться на последующих этапах [2].

Фотохимические процессы практически не зависят от рН и температуры воды, незначительно зависят от химического состава. Обеззараживающим эффектом обладает только часть спектра УФ-излучения в диапазоне 205-315 нм. Этот эффект обусловлен происходящими под его воздействием фотохимическими реакциями в структуре молекул ДНК и РНК, приводящими к их необратимым повреждениям [2].

Важнейшим качеством УФ-обработки является отсутствие изменения ее физических и химических характеристик даже при дозах, значительно превышающих практически необходимые.

Еще одним физическим методом является дезинфекция ионизирующей радиацией. Такая обработка применяется в основном для обработки сточных вод. В качестве источника, как правило, используют Со60, изготовленный в форме прута. Обрабатываемая вода протекает через футляр с источником радиации, имеющий изоляцию, препятствующую распространению радиоактивного загрязнения. Эффективность установки в среднем составляет 70-90 % [2].

Следующий метод - обработка ультразвуком. Особенностью УЗК является большая интенсивность колебаний, что обуславливает его физико-химическое и биологическое действие. В настоящее время единой теории, объясняющей бактерицидное действие ультразвуковых колебаний в воде, не существует. Одни считают, что причина в механических колебаниях, другие, помимо механического воздействия, подчеркивают важность химических реакций, вызванных воздействием ультразвука.

УЗК оказывают губительное действие на самые разнообразные микроорганизмы - патогенные и непатогенные, анаэробные и аэробные, вегетативные и споровые, а также разрушают продукты и их жизнедеятельности.

Эффективность бактерицидного действия УЗК зависит от целого ряда обстоятельств: параметров УЗК (интенсивности, частоты колебаний, экспозиции); некоторых физических особенностей озвучиваемой среды (температура, вязкость); морфологических особенностей возбудителя (размеров и формы бактериальной клетки, наличия капсулы, химического состава мембраны, возраста культуры).

Мутность до 50 мг/л и цветность воды, а также содержание в ней различных химических элементов (железо, марганец), обычно снижающих бактерицидное действие ультрафиолетовых лучей, заметного влияния на бактерицидный эффект ультразвуковых колебаний не оказывает.

Недостатком данного вида обработки является его высокая стоимость (дороже в 2-4 раза стоимости обработки УФ-излучением), сложность установки.

Теперь более подробно рассмотрим современные химические методы обработки воды.

К примеру, окисление хлором. Хлорирование воды является надежным средством, предотвращающим распространение эпидемий, различные вирусы весьма нестойки по отношению к хлору [3]. Хлор обладает высокой дезинфицирующей способностью, относительно стоек и длительное время сохраняет активность. Он легко дозируется и контролируется. Но при реакциях с органическими веществами происходит образование тригалометанов и хлорфенолов, придающих воде запах. Кроме того, хлор не уничтожает спорообразующие бактерии, к тому же это взрывоопасный и ядовитый газ, что создает большие трудности при его производстве, транспортировке и хранении.

На смену опасному хлору пришел гипохлорит натрия. Считается, что это наиболее универсальное средство по борьбе с биологическим загрязнением, поскольку постоянное значение остаточного хлора, равное 0,3-0,5 мг/л в оборотной воде, позволяет избавиться практически от всех видов микроорганизмов [3]. Причем гипохлорит не вызывает привыкания микроорганизмов, т. е. его можно дозировать регулярно, не беспокоясь о снижении эффективности обработки. Кроме этого, обеззараживание гипохлоритом натрия -это один из наиболее дешевых методов, поскольку это побочный продукт другого производства. Но проблема в том, что помимо окисления микроорганизмов гипохлорит также вступает в реакции с органическими и некоторыми минеральными примесями. А такие ре-

акции могут приводить к образованию токсичных соединений.

Также может применяться гипохлорит кальция. Это стойкое вещество в виде порошка белого цвета. Содержание активного хлора в гипохлорите кальция может достигать 72 % в зависимости от способа его получения. Этот способ несильно распространен, так как перед использованием гипохлорита кальция необходимо его приготовить для дозирования, что усложняет процесс обработки.

Также в качестве окислителя на основе хлора используют диоксид хлора. Диоксид хлора сильнее хлора и как дезинфектант, и как окислитель, прекрасно уничтожает привкусы и запахи, не взаимодействует с аммиаком и эффективен в широком диапазоне pH [4]. Однако он взрывоопасен и не может сжижаться, храниться и перевозиться, поэтому производство диоксида хлора должно быть в непосредственной близости от места дозирования.

Другим способом обеззараживания воды является окисление при помощи перманганата калия. Пер-манганат калия (KMnO4) более сильный окислитель, чем хлор. Он удобен тем, что не образует веществ с неприятным запахом, не дает побочных эффектов. Его растворы допускают длительное хранение. Главным недостатком перманганата калия является его высокая стоимость, дефицитность и опасность передозировки.

При применении KMnO4 необходимо исключить опасность попадания в очищенную воду остаточного марганца, сверх предельно допустимой концентрации 0,1 мг/дм3 [4].

Еще один окислитель - озон. Он является наиболее сильным из всех известных в настоящее время окислителей. И в отличие от хлора и гипохло-рита натрия озон не образует токсичных и канцерогенных соединений. Правда, стоит помнить, что озон -сам по себе очень токсичный газ. Его содержание в воздухе промышленных помещений не должно превышать 0,1 г/м3. Помимо этого озонирование -достаточно дорогостоящий процесс. Хотя последние 25-30 лет озон стал применяться более активно в связи с разработкой озонаторов, резко упростивших и удешевивших его производство [2, 4].

Еще один метод обеззараживания - при помощи пероксида водорода. Его применение в технологии обеззараживания воды стало возможным только после освоения удобных и дешевых методов его получения. В то же время пероксид водорода токсичен, и его содержание в воде ограничивается по санитарно-токсикологическому признаку вредности уровнем 0,1 мг/л, в то время как дезинфицирующее действие пероксид водорода проявляет на уровне единиц и сотен мг/л [4].

Известно, что для обеззараживания воды могут применяться соли тяжелых металлов (меди и серебра). Еще не так давно на большинстве ТЭЦ нашей страны для обеззараживания воды применяли медный купорос. Действительно очень эффективный способ обеззараживания, но ионы меди вместе с ионами железа (стальные трубопроводы) способны образовывать гальваническую пару. Как результат - сильнейшая гальваническая коррозия трубопроводов, которую практически невозможно остановить. Что касается применения ионов серебра, то это экономически не обоснованный, дорогостоящий вид обработки. Также необходимо отметить, что ПДК тяжелых металлов в воде достаточно жесткие [2].

Помимо вышеперечисленных химических методов борьбы с микроорганизмами, еще существует метод борьбы при помощи биоцидных препаратов. Микробиологическое действие большинства биоцидов проявляется за счет разрушения клеточных оболочек микроорганизмов и взаимодействия с анионными группами клеточных мембранных систем с нарушением их проницаемости и механизмов переноса [2]. Биоциды могут изготавливаться на основе различных действующих веществ, но одно их объединяет: они по-разному эффективны по отношению к различным микроорганизмам. Это значит, что мы не можем говорить об универсальности данного метода. По собственному опыту применения данных средств можно добавить, что они вызывают постепенное привыкание.

Это означает, что обработку нужно проводить поочередно несколькими видами биоцидов с различным действующим веществом.

Выводы. По результатам проведенного анализа, по нашему мнению, наиболее подходящими методами являются:

- гипохлорит натрия (в связи с невысокой стоимостью, удобством применения и эффективностью);

- неокисляющие биоциды (благодаря высокой эффективности против различных видов микроорганизмов при небольших дозировках).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Технический справочник по обработке воды: в 2 т. Т.2: пер. с фр. СПб. : Новый журнал, 2007.

2. Копылов А. С., Очков В. Ф., Чудова Ю. В. Процессы и аппараты передовых технологий водопод-готовки и их программированные расчеты : учеб. пособие для вузов. М. : Издательский дом МЭИ, 2009. 222 с.: ил.

3. Стрелков К. Е., Лушкин И. А., Филенков В. М. Причины и последствия цветения водоисточников, используемых для целей хозяйственно-питьевого водоснабжения. Вестник НГИЭИ. 2014. № 12 (43). С.79-84.

4. Рябчиков Б. Е. Современные методы подготовки для промышленного и бытового использования М. : Дели принт, 2004. 328 с.

METHODS OF DEALING WITH BIOLOGICAL FOULING OF PROCESS EQUIPMENT SYSTEMS

RECYCLED WATER SUPPLY

© 2015

V. A. Seleznev, doctor of technical sciences, professor of the chair «Heat, ventilation, water supply and sanitation»

A. A. Guseva, master

Togliatti State University, Togliatti

Annotation. The Problem of microbiological contamination of water is extremely relevant in our time. Disinfection is required for drinking and technological water supply because the water supply sources do not meet the necessary requirements for this parameter. According to the condition of the equipment of different companies and the quality of their natural water, it should be noted deterioration of water quality of surface water, associated mainly with such factors as the reduction in annual flow of rivers, the poor state of sanitary protection zones and intensive pollution of open water bodies of untreated sewage. For the purpose of destruction in the water of viruses and bacteria, eliminate odors and flavors, prevent the growth of shellfish and algae it is treated using mainly chemical (e.g. oxidation) and physical (UV irradiation) methods, or combinations thereof. In some cases, when an individual cooking drinking water is used oligodynamic method (the impact of noble metal ions), and to combat biofouling in recirculating cooling systems - biocides, including on the basis of polyhexamethylenguanidine or isothiazoline. In this regard, it is important to make a choice in favor of the optimal method of decontamination based on the parameters, characteristics of the system and the feed water of a certain quality.

Keywords: biological pollution, recycling system, biatlone, biological corrosion, heat transfer, biocidal treatment, disinfection, disinfection, hydrogen peroxide.