автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.05, диссертация на тему:Обезвоживание торфяных систем при электроосмотическом массопереносе

РГб од

АКАДЕМИЯ НАУК БЕЖУСИ' " "" ^И-йУту^'^ооле« использования природных ресурсов и экология

• Ка правах рукописи ... ХРУСГМЕЗ Юрий Еадериааовач

. ОБЕЗВОЖИВАНИЕ ТОИЯНД СИСТЕМ ПРИ ЭЛЕКГРСООТОТИЧЕСКОМ МАССОПЕРШОСЕ .

Специальность 05.15.05 - технология и комплексная ь'еханизация торфяного производства .

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ыинек -1993

Работа выполнена' в Институте проблем использования природ* ^ресурсов к экологии Академии наук Беларуси, Вологодском полите? ническом институте.

. Научный руководитель "' - заслуженный деятель науки и техю

..........Беларуси, доктор технических нау]

профессор, .академик АН Беларуси "ЛШВАН ИХ

Научный консультант кандидат технических наук,

старший научный сотрудник •АБРАКЕЦА.М. .

Официальные оппоненты доктор химических наук,профессор

УСЬЯРОВ О.Г.

кандидат..технических наук, ; • старший научный сотрудник 'ЛИС Л.С.

г. Ведущая организация - НПО " Белорусский научно-исследо

тельский институт мелиорации и л водства" Государственного концер " Водстрой". • .

Защита-состоится 1993года в 14 час

на заседании специализированного совета Д 006.17.01 в Институт проблем использования природных ресурсов и экологии Академии * Беларуси ('220114, г. Минск, Старобарисовский тракт, 10, конфе зал }: -

; С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института проблем использования природных ресурсов и экологии АН Беларус

. Автореферат разослан -¿^¿у «з-^-г 1993 года.

Ученый секретарь' специализированного совета

' БРАТИШКО р.ф.

© Институт проблем испсл вания природных ресурс ■ -и экологии АН Беларуси 1993.

ОШЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Устойчивый рост социально-экономической азн общества невозможен без внедрения научно-технических дости-01шй, а в области торфяного производства - без исследований по .омплекокой дерерзботке торфа с использованием новых моторов а -азработки эффэктизнкх энергосберегающих процессов обезвсгтагт орфяного онгья. При Э'^ом повкаюние эффективности торфяного одсгва дояано базироваться на принципах экологической безопасно, и, рационального использования природних раоурзсз. Средц нэябол-"-юсурсоемких направлений потребления торфяного онрья использование •ор^а в осзд&ои хоая2сш> йшш&сз одно кз заяетг «ссх 2 ггг^гс; ¡оо бог о внимания.

Расширение применения органических удобрений, 2х>.'.л/осгов, полугенных с использованием торфа , и отходов яиеоиюяодтсокях комплек-юв, требует разработки новых процессов подготовки сырья, обеспсчи-зающих его обезвоживание и утилизация агрономически ценных ко?шо-гантов. Особенно актуальны подобзуо гсааслогетеокие лрсязсси з сс-зеряых регионах, где шииуатоидя жшожоводчсснзх комилекеся вяза зае? серьезное узудаензе зкетог^с?^ сйг.-~ггсж?, япзовнз условия Севера явгг получение йоядашгоиясг у~х'р?ни

55-за высокой Блаяноохя онрья, яе,тестатсшой солнечня-д актаэнооти, лгзкях температур. В этой овязи рзумботгл аффеюу&с-: лросзо-сг, гекусствеяного ойвсаакввашя: торфа для производства гатос-сов предъявляет актуальна яярштояозяйс ^ -2с;муы звгзчу.

Одним я в методов искусственного обеавоетваная гсрфи^ оистег.: является электрооеиотячзокиЯ, обеонечявящай вобмсгяоот*. г,а-деняого изменения нроцеооое переноса зодц а еоесз в обрабатииаклцх материалах, йссэдованив процессов элекгроосмосо в торфе посвщепи немало работ таких авторов 1Ш Д.С.Акарян. ЕЛ.Бавин, Н.Ф.Бонда-ренко, М.П.Бащюшч» Г.Я.Ворснж®, Н.Й.Гамашов, А.С.Королев, И.И.Лиштван, А.М.лнч, К.С.Пантелвй и другие. Тем не менее, рекомендации относительно оитймальвах условий применения яа практике ' элекгроосмотических способов обезвоиивашг торфяник систем отсутствуют, а потенциальные возможности влектроосмотичоохсих явлений полностью не реализовали. Это поввояяет совершенствовать их практическое применение с разработкой поз:;:: более интенсивных процессов снижения глагоеодержакия ?ср$а а других материалов органического проиохоадения. К' такоэкм относятся процессы электро-

осмотического обезвоживания путем воздействия на природные 'органогенные материалы однополярных импульсов тока высокой частоты. Изучение процессов электроосмотического масооперенооа в I ,пульсноу поле позволило обосновать условия для интенсификации обезвоживания торфяных систем.

Исследования диссертационной работы выполнены в ооответотв! с общесоюзной научно-технической программой "Человек и окружающая среда. Проблемы охраны природы",

. Цель работц. Целью настоящей работы является исследование закономерностей механизма электроосмотического масоопереноса в иипульаяых электрических полях и обоснование эффективности его использования для обезвоживания торфяных сиотем.

Основное задачи исследований

1. Исследование процесса електрооомотичеокого маооопереноо< в модельных и природных органогешшх диспероных оиотемах в импульсном электрическом поле,

2. Создание лабораторных установок для исследования электрс осмотического масооперенооа в торфяных системах при воздействие импульсного поля.

3. Разработка технологических принципов электроосмотическш обезвоживания торфяных систем в импульсном электрическом поле.

4. Соосноваше возможности применения електрооомотичеокого обезвоживания торфа при приготовлении компостов.

Методы исследования. При решении задач, поставленных в раб< те, использованы методы и установки для исследования процессов алектроосыотического масооперенооа в дисперсных системах, разрг ботана и изготовлена аппаратура для изучения явления масооперенооа в импульсном электрическом поле, применены методы моделирс вания, планирования эксперимента, физико-химического анализа дисперсных материалов.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Закономерности злектроосмотического масооперенооа в модельных и природных средах в импульсном электрическом поле, заключающиеся в установлении явления интенсификации скорости ш реноса влаги в диапазоне частот, отвечающих резонансному состой нлю реологических составляющих дисперсного материала.

2. Технологические принципы процесса электроосмотического обезвоживания торфа в импульсном электрическом поле, основании!

:а обосновании условий направленного изменения скорости процесса >безвоживания путем регулирования параметров электрического поля I зависимости от свойств материала.

3. Конструкция оборудования для электроосмотического сбезво-¡ивания торфяных систем в импульсном электрическом паче, базирую-шяся на использовании технических решений, обеспечиващи~ его шоокую производительность при низких энергозатратах.

4. Технико-экономическое обоснование эффективности примене-шя электроосмстического способа обеавоаивания торфа в технологии фиготовления торфонавозных кош остов.

Научная нови зна.Гст аковлено явление интенсификации »лектросю-лотического перенооа влаги в гетерогенных реологических средах в толе токов высокой частота, заключающееся в повышении скорости лаоооперенооа в диапазоне резонансных частот катера ела; впервые обоснованы закономерности механизма процессов электроосмотичеокого обезвоживания торфа о иопользованием элекгрического поля высокой частоты, оущность которого состоит в увеличении потока влаги под воздействием высокочастотных оспилирущих пульсаций фрагментов отдельных ассоцаатов гуминовых соединений торфа, выполняющих роль вибрационного насоса в поровом пространстве упругого каркаса неразложившхся растительных остатков материала; предложены методы регулирования процессов электроосмотического массопереноса путем избирательного изменения направления деформации эластичных ассоциатов геля в дисперсном материале, посредством наложения на него одновременно постоянного и переменного электрических полей; разработаны методики и установки для исследования процессов ыассо-переноса в диоперсных материалах в импульсном электрическом поле.

Практическая значимооть. Разработаны способы и устройства для электроосмотического обезвоживания торфа. Рекомендации по обезвоживанию торфа внедрены в проектном институте "Вояогдагипровод-хоз", а также приняты к внедрению институтом "Вояогдаагропроект" и межотраслевым центром НТО для разработки проектов по утилизации отходов животноводческих комплексов Вологодской области. Новизна технических решений зшцшцена пятьи авторскими свидетельствами СССР.

Апробация работы. Основные результаты исследований доложены на Всесоюзной, научно-практической конференции "Комплексные проблемы охраны и рационального использования водных ресурсов малых

рек бассейна "Северной Двины", Архангельск; межвузовской конференции "Актуальные вопросы исследований и преподавания современных проблем аналогии в высшей школе", ¿.Севастополь.

Публикации. По теме, диссертации опубликовано 13 работ, Нови; на технических решений защищена пятью авторскими свидетельствам! 'на изобретение,

■ Объем работы. Диссертапля состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы, приложений. Работа содержит 177 стр« ниц текста, 28 иллюстраций, 5 таблиц, список литературы ив 182 названий, два приложения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

. Во введении обоснованы актуальность работы, «ель и задачи исследований, сформулированы основные положения, выносимые на 3£ щиту. Определены направления повышения эффективности електроосмс тических методов обезвоживания дисперсных материалов.

Первая глава "Электроповерхностные явления в дисперсных сиса мах (литературный обзор) " посвящена анализу научно-технической и патентной литературы, рассмотрены основные теоретические положения процессов электроосмотичеокого маосопереноса, влектрокинети-ческих явлений в набухающих матери'алах-ионообменниках.

Исследованием алектрощнетических явлений в торфах, процессе конного обмена, алекгроосмотрической фильтраидей занимались Л.С. Амарян, Е.Т.Разин, Н.Ф.Бондаренко, М.П.Воларович, Г.Я.Воронков, Н.И.Гамашов, А.В.Думанский, И.И.Лиштван, А.М.Лыч, К.С.Нантелей, Н.В.Чураев и многие другие.

В дисперсных системах органического происхождения алектрокнн тические явления определяются природой твердой фазы, спецификой функциональных групп,' зарядом структурных составляющих. Заряд ча тиц (агрегатов) зависит от содержания ионогенных групп во внешне сфере и в объеме ассоциатов компонентов твердой фазы. В торфе пе ренос води иод воздействием электрических полей зависит от повер восгнцх .калений и :.оллоидао-)имцческих процессов в объеме ассош адов. Кроме того, наалектроог чотпческий перенос впах-и оказывают влияние такие факгоры г>зк ионный.состав дисперсионной среда, алеггроироаодность агрегатов оргшго-минерш'ьной составляющей, оо держание влаги, температура, структура материала. Для шшктроос-моса в природных иснообмецниках характерен также неравномерный перенос жидкости на различных э-шшх обезвоживания материала из-зв удаления из дисперсионной среды носителей зарядов, локального

изменения содержания влаги, в электродных: зонах, развития электрохимических реакций. Интенсификация процессов электроосмотического масоопреноса в торфе может быть достигнута введением химических добавок, совместной электрообработкой и преосованием материала, а также подачей воды в анодную зону материала..

Электропроводность в торфе обусловлена переносом зарЯдов не только в межассошатном проотранотве, но и через набухшие органические асооциаты материала и зависит от их плотности, Ьреме- 1 ни протекания процесса и т.п. Не исключена также возможность эстафетного переноса протона вдоль цепочки функциональных групп ионообменника. Величина же электропроводности торфа в определяющей мере зависит от содержания в нем влаги, ионоз и, как правило» не зависит от напряженности электрического поля. При постоянной напряженности поля перемещение зарядов вызывает ток сквозной проводимости, а. поляризация зарядов обменного комплекса - ток диэлектрического смещения, на величину которого влияет частота, электрического поля. Направленное воздействие на процессе переноса зарядов позволяет регулировать интенсивность электроосмотического перенооа влаги, ионов в природных дисперсных материалах.

Во второй главе "Характеристика объектов исследования .методика проведения экспериментов" дана характеристика торфяного сырья о учетом его физических свойств, а также реальных условий цобычи и основных требований, предъявляемых к торфу при использовании его в оальском хозяйстве (ботанический состав, степень разложения, зольность - в соответствии с РСТ 733-85). Испсдьзо-зани также модельные материалы в качестве сред с различной струк-гурой и физико-химическими свойствами твердой фазы (кварцевый 1еоок и керамика - материалы о жестким неподвижным каркасом твердой фазы; целлюлоза - материал о ограниченно набухающим карка-зом твердой фазы; гель крахмала - реологический материал, неограниченно набухавдий).

Для изучения электроосмотических характеристик дисперсных зиотем созданы многофункциональные лабораторные устанозги. Рсзрз-Зотан и изготовлен импульсный источник одноцолярного вноокочас-готного напряжения для обеспечения требуемых режимов электрических сигналов. Преобразователь позволяет получать сигнал в виде трямоуголышх го.шульоов положительной полярности с регулируемой

амплитудой выходного напряжения в пределах от 0 до 1200 В, с- плавным изменением частоты в диапазоне 0,25 + 20 кГц, о возможностью изменения постоянной, составляющей сигнала. В состав преобразователя входят: стабилизированный источник питания, оистема управления (задающий генератор), предварительный усилитель, усилитель мощности, выпрямитель напряжения, согласующие трансформаторы. Прин цип работы устройства основан на использовании метода предваритель ного сложения постоянного напряжения и напряжения прямоугольной формы на выходе усилителя мощности. Применение предложенной схемы позволяет отказаться от необходимости выпрямления мощного высокочастотного сигнала и обеспечивает раздельную регулировку постоянной и переменной составляющих выходного напряжения, а также возможность формировать периодические неоинусоидальные сигналы (описываемые гармоническими рядами Зурье).

Анализ экспериментальных результатов выполнен методом сопоставления. эффектов воздействия импульсного электрического псля и поля постоянного тока. Исследование процесса электрооомотического массоперенооа в модельных и торфяных системах произведено путем получения характеристик массоперенооа на образцах материала .размещенных в менэлекгродном пространстве установки.

В третьей главе "Экспериментальные исследования процессов электроосмотического массопереноса в торфяных системах" приведены результаты экспериментальных исследований воздействия постоянного и импульсного электричеоких полей на процессы электрооомотического массопереноса в природных (торфе), модельных капиллярно-пористых и коллоидных средах.

Установлено, что наложение влектричеокого поля однополярных импульсов трка высокой частоты вызывает увеличение электроосмотического потока дисперсионной среды в торфяных системах по сравнению с воздействием на них постоянного электрического поля (при одинаковых действующих значениях тока). Результаты опытов при сравниваемом возд йотвии электрических полей: плотнооть тока А/см^, частота импульсов однополярного прямоугольного оиг-налп 10 кГц, напряжение 90 В, приведены не рис Л.

Рост электрооомотического потока воды при воздействии импульсного поля на торф составляет от 14 до 124$ (в зависимости от ис- . ходниго содержания влаги в торфе и параметров электрических характеристик) .

Выполнено планирование и проведан полный факторный эксперимент для определения оптимальных условий, обеопечивавдих ин- . теноифякацию процесса олектроосмотического масоопереноса в торфяных системах под воздействием электрического поля высокой частоты. Влияние частоты импульсного электрического поля опре-

Рис.1. Влияние электричеокого поля . на плотность влектроосмотичеокого потока воды в торфе: 1,3 - поле высокочастотного сигнала; 2,4 - поле постоянного, тока; I, П - номера опытов

делено в совокупности с факторами, изменяющими данный процесс. Уровнявд факторов выбраны граничные значения следующих параметров: X! - плотность твердой ооотавлящей материала; Х^ - частоач, однополярных прямоугольных импуяьоов аяэятрячеокого поля -О * 10 кГц; Х3 - оостаз даопороионной среда (перовая пода торфа и 0,01 Н раствор хлористого калия); Хд - плотность тока 0,05 * 0,15 А/да2. „Расчеты коэффициентов уравнения ^бгреэош, проверка пх значимости по критерии Стыздеята и адекватности по критерию Фишера выполнены на ЭВМ.

Полученное уравнение регрессии кнэет вид:

У * 28,4 4- 5,0 + 13,1 Ц «• 6,0 Ц + 11,6 Х4 ( I )

Уравнение ( I ) свидетельствует о более выоокой значимости импульоного электрического поля по сравнению с другими фактораАи; плотноотью твердой составляющей торфа, составом дисперсионной орзды, плотностью электрического тока - для процеоса злектрооо-мотичеокого массоперенооа.

Установлено, что скорость влектроосмотичеокого касеоперено-са в торфяных системах в импульсном электрическом поле является функцией чаототы чередования импульсов. Изменение скорости потока диопероионной среды при этом зависит от типа торфа (Рио. 2а) и отепевд его разложения (Рйо',26), примем неодинаково на разных

" 7

*)

я.

Я

* я

1

■ •

я

сГ

Ю

ю

& Я -

^ П 1%

1 И ь.

/ г

1 4

о «? . 4 б г ю #

Рис. 2. Изменение окорооти шгектрооомотичеокого маоооперенооа в торфе в завиоимооти от чаототы импульсного влектрического оигнала: и ~ 40 В; 25 В} плотность тока - 0,14 А/да2. . а) I - верховой (пушицево-офагновый) ; 2 - ейвинный (оооково-гипновый), б) торф верховой (пушицево-офагновнй), степень разложения: I - 105?} 2 -25$

частотах. Наибольшее увеличение окорооти маоооперенооа отмечено на частотах 1-2 кГц для верхового (пушщево-сйагнового торфа) , а для низинного (сюоково-гшгаового) торфа - на частотах 8-12 кГц.

Степепь разложения верхового торфа в меньшей степени влияет на эл ектроосмотический массопереноо, что свидетельствует о большом вкладе в процесс ионной составляющей среда. С этим следует связать и значительное увеличение маосоперенооа в низинном торфе при высоких чвототах импульсов алектричеокого сигнале, когда гаыетно перемещение иммобилизованной водно повышенным содержа-' кием ионов. Изменение кислотности торфй невывнвает смещения диапазона частот и оопровоэдаетоя лишь, иаменением окорооти потопа влаги в материале. При исммежду иголбтностью торфе я величиной окорооти потока влаги обверчена обратная свявь. •

В импульсном электрическом поле на скорость переноса дес-сиснной среды значительное влияние оказывает уровень постояп-составляющей электрического сигнала. Оптимизация форма поля-ационного импульса позволяет рекомендовать для практаческого ользования однопсяярный прямоугольный сигнал, постоянная со-вляющая которого равняется 3/2 удвоенной амплитуды неокгу-даяьного напряжения. Гармонический ряд <Еурье,соответстзуэдий ме данного сигнала имеет вид:

• ¿ifé) W/ -

(J6 - 3(Jm ; (4 - постоянная составляющая электрического ряжения; Z(/„■,- атлшштуда несинусоядального сигнала. При равной напряженности электрического поля коэффициенты ктроосмоса, алектроосмотической активности, фильтрационный ■ект в торфе возрастают при воздействия импульсного воля. В л. I приведены основные характеристики электроосмотического сопереноса в торфе. Массообменнне характеристики рассчитали следующим формулам: ^

Коэффициент электроосмоса - - , ' 2 )

tí.) - электроосмотический расход; £ - напряженность ■ j - площадь сечения образна тора®.

Коэффициент злектроосмояическсй агт2:г..лй - h - г—

л р

Игр - коэффициент фильтрами

nf i-i '

/ - постоянное значение напора; (Iф - расход фдлырата. Коэффициент фильтрационного эффекта

■ Влияние состава дисперсионной среди на олсктрсосмотнческяй >енос представлено на рис.3. Из анагаза зависимости изменен:;; ¡ктроосмотического потока дисперсионной среды во времени вставляется возмозным (по тангенсу угла наклона кривой )

Таблица I

Здектроосмотические характеристики массопереноса в верховок торфе в итяпукьсшх V» элеятр1чес1впс полях

Частота им- ^Напряжен- ■ 'Электроосмоти- . Коэффициент 7 Коэффициент Коэффициент Эквива-

пульсов нссть поля, ческяй расход, . ;электроосмсеа,фигьтрацион-•электроос- лентный

элэктряпес- "" . ного эффекта,готической яапор,

кого сигнала. е. - ■. ^ • . - Р акшвнос.ти, К ~ А,

- • кП* - .МО2 В/у 1- Ю-10 м3/с- - ~ 10~7нг/в.с- -У I-10~2 м/В 1:10"2м

постоянный ТОЬ. I- ■ 1,2 ' 4,7 2,0. : 2,0 16,4 '

- 3 • ' - - .3,6 . 4,8- . ■ 4,0 \ 2,0 : . 48,2

г ■'- 5,9'- ■ 4,4" 5,9 2,0 -78,4'

X 2,6 '9,8- ' :: 4;з " - 34,7 : .

2 3 : - .. 8Д . ; • . 10,0- •-4,4 106,1 .

5 12,0. ■ >,1- ' II,0 4,0 : . 160,8

I - г.2 . " 3,4 • - 2,8 . 3,7 • 29,5

10 3 6,7 . 8,5 - .6,6' ' . 3,7 */ 69,5

5 II.3 8,6 . - 10,4 3,8 151,2 '

Площадь образца 26,4'Ю-4?/^ ; длина-образца - 0,08 л; при градиенте напора - 2, расход фильтрата 1,2'10~10 м3/с ; коэффициент фильтрации 2,27*10-5 кг/с-м2 ■--

а)

/ — 3

у / /

У

е 0 #0 % ■ &) ■ < '

Ряо.з. Влияние .состава•жсперсйся-ной среда на электроосмотйчеокий ее перенос в торфа:

а) X - 0,01 Н р-р ШГ{ 2 г торфяная а ода; 3 даотиллированная вода; / а 10 кГц.

б) торфяная вода: I -/■= 2 кГц; 2-4 кГц; 3 - 10 кГц.

в) раствор КС1: 1-0,06 Н; 2 -0,02 II; 3 - 0,01 Н; /= 2 кГц

судить об интенсивности переноса вода в материале. Как видно из дэнннх рисунке, на процесс влектроосмотического переноса воды в торфшяс оистгмах влияет состав их поровых растворов. Экспериментально показано, чт.о о увеличением электропроводности дисперсионной среды злокгрооскотичсский поток влага в торфе растет. В существенной мера это обусловлено интенсификацией переноса ионов в материале. В этом случае возможность регулирования потока вода может базироваться как на изменении содержания хлористого калия в материале, так и вариации частоты импульсного поля.

Чаототные вариации импульсного электрического поля в модельных средах: керамика (фильтр Шотта), целлюлоза (фильтровальная бумага), гель природного полимера (крахмал) практически не вл'е-кут изменения скорости переноса в них влаги. Это позволяет оде-лать вывод, что даоперсионная среда пористых тел, имеюцах гест-кий (керамика), дгбо структурно-несвязанный каркас (гель крахмала) не чувствительна к воздействию импульсного электрического поля. Однако при заполнении порового пространства керамики гелем крахмала возможно существенное увеличение окорости электрооомоти-ческого.переноса влаги. Величина потока влаги при атом превышает

II '

сумму индивидуальных потоков влаги в геле крахмала и керамике, что свидетельствует о своеобразной аномальности данного процесса.

Анализ рассмотренных закономерностей позволил предложить рабочую гипотезу механизма процесса переноса влаги в торфяных системах под воздействием импульсного электрического поля. Схематично элементарный акт процесса переноса дисперсионной среды в торфе можно представить в соответствии со схемой, приведенной на рис. 4.

На этой схеме позиция I характеризует неразложившиеся остатки растений торфообразователей, формирующих упругий каркас торфяных систем, пористое пространство которых ( 4 ) заполнено влагой и эластичным гелем ( 2 ) гуминовых веществ. Понятно, что

Катод {-)

Рас. 4. Схема процесса электроос.мо-тического переноса влаги в тор- • фяных системах в импульсном электрическом поле:

I - упругий каркас пористого материала; 2 - эластичный гель (гушновые вещества); 3 - направление электроосмо-тическогс потока дисперсионной среды; 4 - поровое пространство

Лнодк)

чей ниже степень разложения торфа, тем меньше заполнение пор гушшовыми гелями. И наоборот, с увеличением степени разложения торфа уменьшается его пористость, снижаются упругие параметры каркаса, но растет содержание гуминовых гелей в материале. В влектрическом поле процессы поляризации и кулоновского взаимодействия приводят как к сриентахшонным, так и к деформационным изменениям форш эластичных асссцаатов гелей гуминовых ве-

ществ. При этом сила кулоновокого взаимодействия невелика ^ не споообна вызвать деформацию упругих элементов ( I ) материала. Наложение импульсного электрического поля генерирует адекватные по частоте вибрационные колебания ассоциатов гелей. Б результате разрушается их структурная свяаиооть и увеличивается подвижность диоперсионной ореды.

При макоицуме электрического сигнала деформация ассопиата геля по направлению электрического псля максимальна, а при минимуме - силы упругого пооледействия материала стремятся вернуть аоооциату геля его исходную форцу. Воли период всоотановления исходного состояния совпадает с временем снятия поляризационного импульса (равным половине периода прямоугольного оигнала), то амплитуда деформации аосоциата геля, а значит и воздействие его на дисперсионную среду также максимальны. В материале а этом случае наблюдается режим резонанса, которому соответствует наибольшее механическое вовлечение влаги в общий ее влеотроосмотичеокий перенос в торфе. Понятно, что реология я содержание гуминовнх веществ в. торфяном сырье разного генетического типа рааличяьтоя. В результате для разного типа торфов роэоншсная частота импульс- ■ ного поля также варьируется (рис. 2).

Изменение рН торфяных оистем не влияет на содержание в них гуминовых веществ, но приводит к их структурным изменениям. С уменьшением рН повышаются упругие свойства геля, снижается его чувствительность к воздействию электрического поля, а это уменьшает способность выполнять функции своеобразного вибрационного насоса, интенсифипирупцего перенос влаги в многокомпонентных реологических средах. В малонабухащих пористых материалах (целлюлозе) воздействие импульсного поля на электроосмотический перенос влаги также имеет место, но в значительно меньшей степени, чем в торфе. И лишь в материалах, сочетающих жесткий каркас (пористый скелет) и органический гель, эффект шпульоного поля выражен весьма четко, будь то модельная среда - керамика насыщенная гелем крахмала, либо природная - торф.

Направленное воздействие на величину деформации г елевых ао-оопиатов, путем дополнительного наложения на материал переменного электрического поля в направлении,нормальном относительно импульсного поля, обеспечивает интенсификацию алектроосмоти-ческого потока диоперсионной средн. Причем, » данном олучае

поперечное (переменное) электричеокое поле выполняет функцию управ лякацего фактора.

В четвертой главе "Технология алектроосмотического обезвоживания торфяных оиотем и уотройотва для ее осуществления" рассмотрены результаты производственных испытаний процессов обезвоживания торфа, а также модели электроосмотических устройств для подготовки торфяного сырья при производстве компоотов. Изучена ' возможность организации процесса обезвоживания за счет электроосмотической обработки торфа в штабеле. Схема технологической площадки для осуществления способа представлена на рис.5.

чеокого обезвоживания торфа: I - складочная единица торфа;

2 - анод; 3 - катод; 4 - дренажные каналы; 5 - иоточншс -тока

Торф для електроосьштичеокого обезвоживания может быть заготовлен экскаваторным, либо фрезерным опособом. Его укладывают о :уплотнением в скяадочцу*). единицу ( I ) в форме трапеции. При этом в' основание складочной единицы помещают перфорированные металлические трубы ( 3 ) диаметром 40-50 мм, выполняющие роль катода. Трубы располагают о уклоном для стока удаляемой воды в сторону дренажного канала ( 4 ). Раоотояние между трубами по длине складочной единицы составляет 0,4-0,5 м. Не поверхность торфа укладывают анод ( 2 ), представляющий собой металлическую сетку. Электроды ( 2 а 3 ) подсоединяют к источнику тока ( 5 ). °В предложенном способе предотавляетоя возможным веоти процеоо обезвоживания в значкельном объеме торфа. Кроме того, данный

' " ;■'•;'■ Г

л

метод позволяет исключить ряд промежуточных операций, ускорить технологический процесс приготовления компостов р целом. Продолжительность цикла обезвоживания торфа (начальная влага 85%, конечная 65$) не превышает двух суток при высоте складочной единицы 0,8-1,4 м.

Использование электроосмотических методов обезвоживания торфа позволяет получить сырье для приготовления компостов с более высокой интенсивностью биотермических процессов. Скорость удаления влаги из торфа зависит от напряженности электрического

Рис.6. Схема электроосмотического устройства для обезвоживания торфа: I - шнек диэлектрический; 2 - корпус; 3 - прокладки; 4 - электрод (катод) перфорированный; 5 - источник постоянного тока; 6 - загрузочный бункер; 7 - анод (вал шнека)

достигнуто при использовании нового устройства (рис.6). •

Управление обезвоживанием торфа помимо изменения параметров электрического исхвя может быть обеспечено использованием.механического прессования.

Показано, что скорость обезвоживания торфа в устройстве существенно повышается при использовании гидрофильных фальтруюсях

материалов, установленных в непосредственном контакте о катодом.

Установлено, что применение импульсных режимов при воздействии электрического тока на водонасыщенные матрицы из растительного сырья приводит к увеличению водоотдачи в процессах технологической переработки.

Разработанный технологический процесс производства компоо-. тов включает: электроосмотическое обезвоживание сырья, транс- , портировку обезвоженного торфе на технологическую площадку, приготовление компоста. Показано, что перевозка обезвоженного торфа обеспечивает снижение затрат в среднем на 60£. Новизна те»* нологичесю'х процессов и устройств защищена авторскими свидетельствами СССР № 1081351, 1465445, 1516602, 1613620. Предложенные способы и устройства приняты к внедрению проектными институтами "Вологдагипроводхоз" и "Вологдаагропроеку".

Э, пятой главе "Экономическая эффективность и-внедрение регул тагов исследований" приведен расчет эффективности использования электроосмотического метода обезвоживания торфа при получении ' торфонавозных компостов (в ценах 1991 года).

На примере совхозов Великоустюгского района Вологодской области рассчитана прибыль от реализации растениеводческой продукции, полученной при использовании компостов. Определена себестоимость торфонавозных компоотов с массовой долой влаги 70$ при различной технологии их производства (по трем вариантам).

Базовый вариант, регламентированной техническими условиями на прогзвсщство компостов, основан ва использовании торфа о массовой 1 яагой 60$. При этом .себестоимость тонны компоста составляет 5,8? руб. (в ценах 1991 г.). В статьях затрат учитываются оредотва, вложенные в технологическийпроцесо по заготовке торфа, добытого традиционным^ способами, затреты по его погрузке и дсс-тавке в цех компостирования, в также яа приготовление компоста и т.д. Экономическая эффективность от применения компоотов обусловлена увеличением урожайности зерновых вультур, утилизацией отходов животноводческого производства. Решение вкологичео-кпх задач при этои возможно лишь в случае применения кондиционного торфа (о низким содержанием влаги). Сденако не практике существуют объективные и субъективные олояюоти подготовки такого торфа.

Второй вариант получения компостов (существующий в регионе) рассчитан на производство компостов с содержанием влаги торфа 65$. Порядок технологических операций остается аналогичным принятому в базовом варианте, но увеличение расходов приводит к тому, что себестоимость тонны компоста составляет 9,70 руб. (в ценах 1991 г.).

По третьему предлагаемому варианту технологией предусматривается заготовка торфа известными традиционными способами, о последующим электроосмотическиы обезвоживанием до влагооодержа-шя В0%. В этом случае становится возможной добыча торфа о более высоким содержанием влети, использование небольших по площади участков торфяников, расширение сезона работ, что особенно актуально в северных регионах. Электроосмотическое обезвоживание на меоте заготовки торфа позволяет сократить средства на его добычу из залежи и сохранить прежними расходы на транспортировку в цех компостирования. Увеличение себестоимости торфа за счет дополнительной обработки электрическим полем в данном случае возрастает незначительно и составляет 6,35 рус. за тонну {в ценах 1991г.).

Экономический эффект от внедрения процесса электроосмотического обезвоживания торфа при производстве компостов, рассчитанный в ценах 1991 г., в объеме 250 тыс.т/год,составляет 830 тыс.руо. Кроме того, в данной главе обоснованы перспективы использование результатов диссертации. Представлено описание новых технических решений, разработанных на основе данных, полученных при выполнении исследований по теме диссертации.

В приложении Представлены акты испытаний технологических процессов и оборудования, а также приемки результатов исследований к внедрению проектными организациями.

Выводы

I. Установлено, что при равных действующих значелчях токе воздействие на влагонасыщенную торфяную систему елзк-рического ноля одноиолярных импульсов гокь высокой частоты вызывает увеличение количества алектроосмотического ыаесопереноса .тадкостн по сравнению с воздействием электрического ноля постоянного сигнала.

2. Экспериментально показано, что 8 модельных капиллярно-пориотых и коллоидных материалах увеличение алектроосмотичеокого потока влаги под воздейотвием импульсного электрического поля имеет место лишь для композиционных материалов с пориотым жеот-ким каркасом, заполненным гелем.

3. Показано, что скороотк элоктроосмотичеокого маоооперенооа в торфяных системах зависит от чаототы импульсов однополярного' электричеокого сигнала. Наибольшая скорость маоооперенооа имеет меото в диапазоне частот I +10 кГц.

4. Установлено, что на интенсивность влектроосмотичеокого массопереноса в торфяных системах влияет уровень постоянной составляющей электрического поля и форма однополярного импульоа. Рекомендовано использование импульсного {электрического поля о од-нополярным прямоугольным сигналом, постоянная составляющая которого равна 3/2 удвоенной амплитуды неоинуо оидального напряжения.

5. Показано, что окорость алектроосмотичеокого маоооперенооа в импульсном электрическом поле завяонт ох типа торфа и степени его разложения. Скорость маоооперенооа выше у низинных видов торфе и возрастает с увеличением степени разложения.

6. Экспериментами показано, что оо снижением рН торфяных систем их чувствительность к воздействию импульсного электрического поля онижаетоя, а величина алектроосмотичеокого потока влаги в них уменьшается.

7. Установлено, что массопереноо в дисперсных системах при воздей 1твии импульсных электрических полей увеличивается с ростом > ' электропроводности их диоперсионной среда.

6. Показано, что интеноивнооть алектроосмотичеокого масоопе-реноса в торфяных оистемах в импульсном алектричеоком поле возрастает при дополнительном воздействии на материал поля переменного тока, приложенного в нормальном направлении относительно импульсного электрического поля в материале.

9. Методом полного факторного эксперимента изучено влияние плотности торфа, ооотава дисперсионной среда, плотности тока и других факторов на маосопереноо в торфяных системах. На основе полученной модели разработан процесс электроосмотического обезвоживания торфяного сырья доя производства торфонавозных ком-поотов,

10. Исследование технслегичоскязс особенностей процесоа элек-трооскотичеокого обеззоглвЕШя торфяник систем в,импульсных электрических полях подошло обосновать конструкцию двух устройств для его осуществления. Новизна технических и технологических решений йащищена пятью авторскими свидетельствами на изобретение.

11. Проектным институтам "Вологдагилроводхоз" и "Вологдаагро-проект" выданы исходные данные на технологический процеос и оборудование для электроосмотического обезвоживания торфа при производстве торфонавозша компостов. Результаты исследований использованы при разработке опытно-производственной уотановки "Эхо-6", прадлокенной к внедрению на комплексе откорма крупного рогатого скота в совхозе "Нелазское" Вологодской области. Экономический эффект от внедрения предложений составляет 830 тыс.руб. (в ценах 1991 г.).

Основное содержание диооертеции изложено в работах:

1. Электроосмотичеокие явления в торфе при воздействии высокочастотного електричеокого поля // Торфяная промышленность. -1988. - В II. - С. 21-22 (созвт. йпкопокий A.A.).

2. Экспериментальные исследования электроосмоса в торфе при воздействии импульсных электрических полей // Торфяная промышленность. - 1989. - № 7. - С. 10-12 (соавт. Янковский A.A., Завьялова Н. А.).

3. Электроосмотический массоперенос в торфе в поле токов . высокой частоты// Торфяная промышленность. - 1991. - J6 5. -

С. 39-42 (соавт. Лиштван И.И., Абрамец А. М.).

4. Электрохимические методы утилизации сточных вод в решении экологических проблем региона // Тез. докл. Всеооюзн. научн.-техн. конф.: Комплексные проблемы охраны и рационального использования водных ресурсов малых рек бассейна Северной Двины (Архангельск, 16-17 мая 1989 г.). - Архангельск, 1989. С. 72-73 (соавт. Янковский A.A.).

5. О возможности обезвоживания дисперсных систем органического происхождения посредством электроосмоса. М., 1983. - 8 с.

- Деп. в ВИНИТИ ГКНТ и АН СССР 07.04.83, № Iß64 - 83 Деп. (соавт. Янковский A.A.).

6. Особенности электроосмотического массопереноса в дисперсных системах. М., 1989. - 3 с. - Деп. ВИНИТИ ГКНТ и АН СССР 09.02.89, й 892-В89 (соавт. Янковский A.A.).

7. Импульсный преобразователь одасиолярного слектричеокого сигнала. М,, 1989. - 4 с. - Дел. в ВИШ'И ГКШ1 и АН СССР 09.02.89, 89I-B89 (ооавт. Калинин Б,Р.).

8. Исследование влектроосмотического перснооа дисперсионной среды при комбинированном воздейотвии шшраческого сигнала // Вестник Богородского научного центра АН FC2CP. - 1991. - Л I,- ■ С. 76-78 (соавт. Янковский A.A., Абрамец А.М.).

9. A.c. I08I35I СССР, МКИ3 Е 21 С 49/0Q. Способ заготовки торфа. - 3 о.: Ссоавт. Янковокий A.A., Усов Л.В., Янковская Г.Ф. )

10. A.c. 1465445 СССР, МКИ3 СЮР 5/04. Устройство для сушки торфа. - 2 с: (соавт. Янковский A.A., Усов Л.В., Янковоюда. Г.Ф.).'

11. А.о. I5I6602 СССР,МКИ3 Е 21 С 49/00. Способ суш« торфа.-2 с.: (ооавт. Янковокий A.A.).

12. А.о. I6I3620 СССР,Ш13 Е 21 С 49/00, Способ обезвоживания торфооодержадах оиотем. - 2 о.: (сосет. Янковокий A.A.).

13. A.c. 1666033 СССР, МКИ3 А 23 К 3/02. Способ силосования ' растительного сырья. - Го,: (ооавт. Янковокзй A.A.).

14. Шреноо влаги, понов а органогсгшнх о родах в електрячео-ком поле // ahb. Сер« хЪл. Еахзуг., (oosbt. лкдавен И. И., Абремгц A.M., Дударшк Г.О., Кононова C.B.) - а сзчатй.