автореферат диссертации по строительству, 05.23.04, диссертация на тему:Очистка сточных вод от ионов тяжелых металлов в аппаратах с вихревым слоем



КИЕЗСКЙ! ГОСТДАРСТЗСТТЬЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ СТРОИТЕЛЬСТВА й АРХИТЕКТУРЫ

На грэвах рукописи

НИКИТЕШ) Михаил Иванович

ОЧИСТКА СТОЧКИ ВОЛ ОТ ИОНОВ ТЯЕЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В АППАРАТАХ С ВИХРЕЗЫМ СЛОИЛ

05.23.04 - Водоснабжение и канализация

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой, степени кандидата технических наук

КИЕВ - 1996

Работа выполнена в Полтавском научно-исследовательском и конструк-торско-технологическом институте эмалированного химического оборудования /НШэмальхиммаш/ и Полтавском техническом университете

Научные руководители: - кандидат технических наук,доцент С.М.Сребнвк -доктор технических наук,профессор З.Е.Терновцев

Официальные сшоненты: - доктор технических наук,профессор Б.М.Емельяно!

- кандидат технических наук Е.В.Безвесильный

Ведущая организация:- Полтавское управление водолроводно-канализаци-онным хозяйством,г.Полтава

Защита состоится " /¿) » , аПреМЛ 1996 г.в /5'-°часов на

заседания специализированного совета Д 01.18.09 в Киевском государственном техническом университете строительства и архитектуры по адресу:

252037,г.Киев-37, Воздухофлотский проспект,31, кош.466.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке КГГУСиА-. Автореферат разослан " 7 * сЛМртС!_1996 г.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах за подпись».заверенной печатью.просьба высылать по адресу: 252037, г.Киев-37,Воздухофлотский. проспект,31 .КПУСиА. Ученый совет.

УЧЕНЫЙ СЕКЕЕШЬ специализированного ученого совета.кандидат технических наук,профессор

V ,. ,, 1 В.А..Потапов

ОЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ . ■ -

Актуальность темы; Одним из основных направлений в разработке и осуществлении мероприятий по охране о кружащей среды является улучшение состояния водных ресурсов. В этой связи актуальное значение имеет проблема очистки промышленных сточных вод, содержащих ионы тяжелых металлов. Разнообразие их по обьему, составу, концентрациям загрязнений требует применения т/нччерсальных, напежных и эффективных: методов очистки и аппаратуры. Применяемые в настоящее время реагент-ные, ионообменньте, электрохимические и другие методы, несмотря на известные достижения, не позволяют в достаточной степени обеспечить эффективную, экономичную очистку сточных вод и рациональное использование водных ресурсов. Это связано с длительность^ и трудоемкость*", осуществления процессов, большим расходе« реагентов, значительными эксплуатационными затратами, большой металлоемкостью применяемых установок при реегентном и ионообменном методах, значительным расходом электроэнергии и металла, зависимостью интенсивности процесса от колебаний расхода сточных вод, состава и концентраций загрязнений при электрохимическом методе.

3 этой связи актуальной задачей.является разработка более совершенной технологии очистки-сточных вод от ионов тяжелых металлов, например, с использованием вихревого слоя ферромагнитных пастил, который создается воздействием на них вращающегося электромагнитного поля. Благодаря комплексному воздействия на сточнуг жидкость интенсивного перемешивания, диспергирования в результате ударов и трения между самими ферромагнитными частицами, а также их с .корпусом, электромагнитной обработки, не только разрушатся частицы среды, но и зкз -чительно активизируется их поверхность за счет деформации кристаллической решетки, что приводит к увеличению адсорбционной способности и химической активности частиц и среды. В результате существенно интенсифицируется процесс очистки промстоков.

Цель работы заключается в разработке и техническом обоснова -нии метода интенсификации очистки сточных вод от ионов тяжелых ме -•галлов в аппаратах с вихревым слоем.

Для достижения поставленной цели потребовалось решение следующих задач:

- изучить влияние электрохимических и физико-химических факторов вихревого слоя на процесс иитенсифакааял очистки сточках вод от ионяз тяжелых металлов;

- исследовать эффективность очистки о завяетшеети с-; ое^гзтгг

параметров сточных нет, в'тсречого слоя, применяемых реагентов;

- разработать теорет'.птяску"'~ модель процессов очистки сточных зоп от ионоз тяжелых мета^-ов з вихревом с~ое;

- провести овтимлзактг-- г/дродинамических параметров вихревого слон для непрерывного процесса;

- изучить кинетику осэетчения сточных зон от гидрокеидов металлов;

- разработать рациональные схемы очистки сточных вод;

- разработать инженерный метоп расчета конструктивных параметров ч реуимоэ работы аппарата с вихревым слоем.

Научная новизна паботы:

- впервые выполнены систематические теоретические и экспериментальны: чссле/'озания го интенсификации счистки сточных вое от ионов тяжелых металлов в вихревом слое ферромагнитных частиц;

. - разработана модель процесса очистки сточных вод в аппаратах с вихревым слоем и проведена оптимизация режимов их работы;

- определена связь между коэффициентом эффективного перемешивания, режимами работы вихревого елок, размерами аппарата и свойствами сточных вод, которая обобщена в Еиге критериальной зависимости;

- получены значения предельной или критической скорости потока, определяющие границы надежной работы вихревого слоя ферромагнитных частиц;

- разработаны новые способы очистки хромсодержаиих и к^-лотно-шелочных сточных вод е аппаратах с вихревым слоем, запнценные авторскими свидетельствами и патентами.

Практическая ценность работы определяется предложенными новыми технологическими схемами и способами очистки сточных вод от иснов тяжелых металлов с использованием аппаратов с вихревым слоем, которые защищены авторскими свидетельствами к патентами; значительным снижением расхода реагентов ^ в 1,5 - 2,0 раза/, эксплуатационных расходов ! в 1,5 - 2,0 раза ', снижения стоимости очистных .сооружений 'на 1В-251'.

Практическую ценность имеет, разработанный на основании теоре -тических и экспериментальных исследований, инженерный метод расчета конструктивных параметров аппаратов с вихревым слоем. Такие аппараты прошли промышленные испытания и внедрены на многих предприятиях Украины и СНГ. Суммаргд'й экономический эффект от внедрения аппаратов и способов очистки составляет более 1,0 млн. рублей в год ' в ценах 198' г./. Разработанные схемы очистки промстоков заложены в типовые проекты более 30 проектных организаций.

Апробация работы и публикации. Ре^уьтаты работы докладывались и обсуждались на всесоюзной наут-жо-техни"еской конференции по совре ?н-ным методам о чу о тки промышленных стопных вон 'г.Москва ,197-' п.'',на всесоюзном научно-техническом совещании по сознание и внедрению оборудования с использованием энергии электромагнитных го nef1 гля интенсификации процессов 'г.ГТолтавг ,I97F г. ', на эсееогзнсй конференции РДЭНТП по рациональном:/ зодоиспользованит- и современным методам очистки сточных вод /г.Киев,1977 г.',на всесоюзном нау'*но-техн::«есксм совещании по аппаратам с активными гилрс-",намичесхи:.*и рентами 'г.Москва,1981 г. на всесоюзной конференции химического машиностроения 'г. Красно л а-р, 1961 г. ',на всесоюзном научно-техническом совещании по создана и внедрению химического оборудования /г.Полтава,Г^З1 г. ;,на Есесо'-знс" на-уино-технической конференции по интенсификации технологических процессов /г.Тамбов,Т989 г. / на 2-м всесоюзном симпозиуме по новым технологиям получения металлических материалов 'г.Москва,I99T г.^ и на -17-й научной конференции профессоров,преподавателей и аспирантов 'г.Полтава, Т995 г.'.

По материалам диссертации опубликовано более 14 работ, из которых 3 A.C. и зарубежные патенты ' в II странах-'.

ССьем и структура работы.Диссертация состоит из введения,шести глав,выводов,списка использованной литературы,185 каименований и приложения. Работа изложена на 182 страницах машинописного текста и содержит 20 таблиц и 72 рисунка.

СОЛЕШНЙЗ РАБОТЫ

Зо введении обоснованы важность и актуальность работы,дан анализ состояния проблемы,сформулированы основные положения, выносимые автором на зацяту.

В главе I рассмотрено современное состояние вопроса очистки сточных вод,содержащих ионы тяжелых металлов,которые наиболее часто встречается на предприятиях многих отраслей промышленности. Рассмотрены особенности образования и отведения сточных вод,проведен анализ их количественного и качественного состава. Установлено, что изучаемые сточные волы весьма разнообразны по составу и концентрациям загрязнений. Основными компонентами рассматриваемых сточных вод. для многих предприятий является: хром,концентрация которого ъ стоках колеблется в пределах Т0-800 мг'л, же лево, мель, цинк, никель, кадмий в кислотно-щелочных стоках,концентрация которых изменяется а широких пределах и весьма значительно вс времени .достигая ЮСО мг'л и более.

Анализ известных исследований показал,что в отечественной и зарубежной практике наибольшее применение .'«ходят реагентный,ионообменный

- б -

и электрохимический методы очистки промстоков. Из работ водно,что,несмотря на значительные недостатки,наибольшее распространение получил реагентный метод. При этом достигаемая степень очистки часто недостаточна для спуска очищенных стоков в водоемы или использования их в производстве. Ионообменный метод применяется,э основном,для замкнутых систем' водоснабжения с общим солесодержанием до 2-3 мгЛт. Широкое внедрение метода лимитируется затратами больших количеств реагентов и воды, громоздкостью и сложностью очистных сооружений, большой стоимостью очистки.

Показано,что применение электрохимического метопа очистки эффективно при концентрациях хрома в стоках не более 50-150 мг'л.исхогноР величине pH 3-6 и при содержании хрома в стоках значительно превышающего содержание ионов других металлов. Большая энергоемкость и вышеу- ' казанные трудности ограничивапт его применение в системах волоочистки.

Основываясь на известных исследованиях 'рассмотрены механизм и закономерности протекания процессов при очистке стоков указанными методами,их физико-химические особенности,подтверждающие сложность процессов очистки к Зависимость от многих факторов.

Показана целесообразность совершенствования существующих ч разработки новых методов очистки. В итоге обоснована интенсификация процесса очистки сточных вод, от ионов тяжелых металлов с использованием новых аппаратов с вихревым слоем /рис.I',как весьма прогрессивного подхода к методам очистки сто-

КОБ.

Теоретическому обоснованию интенсификации процесса : очистки сточных bott в аппаратах с вихревом слоем /A3С/ посвящена вторая гла-рч. Показано,что основными физико-химическими фактора-■ ми вихревого слоя,оказыва-

Рие.1. Аппарат с" вихревым слоем BA-I00: Г"1ИМИ существенное влияние I-табочий блок; 2-иотуктор;панель управ- на скорость и интенсифика-

ления;4-маслонасос;5-маслосак:б-теплооб- ._„,__, ________

меншк;7-дозагор частиц. цию многих процессов явля-

ются:

- интенсивное перемешивание обрабатываемых сред,обусловленное вращательным,поступательным,колебательным движением ферромагнитных частиц л вращением вихревого слоя з целом,которые зависят от напряженности магнитного поля и скорости его вращения,массы,размеров,магнитны* свойст! частиц,параметров среды;

- акустическая обработка,вызванная механическими и магкитогтр:т-цкоиными колебаниями ферромагнитных частиц;

- диспергирование фаз,что приводит к активации веществ; электромагнитная обработка среды,способствующая прохождению электролийа.

Исследования "о оптимизации процесса очистки в АЗС показали,что на скорость протекечия процесса оказывают существенное влияние теки» факторы; геометрические параметры.материал,масса ферромагнитных частиц, коэффициент заполнения рабочей емкости аппарата частицами,гидродинамические параметры вихревого слоя. Выявлено,что на поверхности ферромагнитных частиц и з среде проходят следующие электрохимические процессы: замещение водорода на металл частиц ' в раствор переходят ионы железа,водород выделяетсяхимическое растворение ферромагнитных частиц в результате взаимодействия со средой,восстановление ионов металлов. Этим процессам способствуют соударения частиц при вращении, что приводит к снятию, окясннх пленок с их поверхности за счет постоянного обновления при трении,соударении и диспергировании. Ускорение химических реакций способствует также локализация подводимой извне энергии в местах соударений-частиц.

3 связи с вышеизложенным,разработка метода и математической модели процесса проходящего в АЗС для расчета технологических параметров его эффективного осуществления проводилась с учетом режимов работы вихревого слоя,кинетики химических реакций й гидродинамических ре-тога в.

В виду особенностей и сложности этого'процесса наиболее приемлемой моделью его описания., является диффузионная, мод ель. Процесс очистки сточных вод в таком случае может быть описан уравнением

/I

чде С - концентрация тяжелых металлов,мг/л; - время,с: 17 -лгонос •ютока^/с;^ -текущая координата вихревого слоя,м;^?^, -коэффшиен-: эффективного перемешивания,»г/с; Н -константа скорости пмкг-.тй. г"-.

Полагая Х= 77*-Г; СШ)Ь три начальны,: и граничных условиях

Ц** ^иЦ^Си'-Ст '

-время завершения процесса,с; Сн -остаточно» сот*-седнх металлов после очистки,мг^л; % -текущий радиус,м;- рагпус ¡еакцкоккой скорости.м; /2 -нормаль. Решение уравнения /I/ имеет вид,

гг.е ÍV**Vjv4Ühi)/¡J№.

Весьма ватным для решения уравнения 'I' является определение константы скорости реакций и коэффициента эффективного перемешивания 1)э<р .Константа скорости реакций И определена экспериментальным путем по кинетическим кривым,а ее значения вычислялись из-выражения И~ 1 fTp /Тр --постоянная времени реакции/. Используя метод анализа размерностей,получено следующее уравнение для определения2)эф.

D*p= e/dJ^H2(-f/jkfn72ir2Dp'2' /3/

где В \'.C¿ -длина и диаметр ферромагнитных частиц,м;/77 -масса ферромагнитных частиц,Y.r\JUa -абсолютная магнитная проницаемость частиц, Гн/м^; Н -напряженность магнитного гтоля,А/м;_/2£ -динамическая вяз -кость среды, Н.сЛ/-; 17 -скорость подачи стоков в А ВС, м/с; До -диаметр реакционной емкости аппарата,м.

Выполненные расчеты на ЭВМ процессов очистки в ABC согласно /r¿. ' показали,что максимальная степень очистки от хрома и других металлов, /железа,меди,цинка и др./ при концентрации от нескольких мг/л доГСОО иг/л и более весьма высока 'ЭЭ^-ЮО^/при времени обработки в вихревом слое 0,3-0,7 с и длине вихревого слоя 0,13 м. Причем расход реагентов уменьшается и составляет 90-100$ от стехиометрического расчета в то время,как при использовании обычных методов расход реагентов достигает 150-200% от стехиометрического. Экспериментальная проверка показала расхождение между расчетными значениями и опытными данными менее 10%. Такое согласование значений показывает достоверность выбранной модели,а также использование уравнения /2/ для выбора и инженерных расчетов оптимальных технологических режимов очистки,определения параметров вихревого слоя и конетруктивных размеров аппарате.

Одним из. важных звеньев интенсификации очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов с использованием ABC являются гидродинамические процессы,протекающие в вихревом слое.

Исследованию"гидродинамических параметров вихревого слоя посвящена третья глава. Эти параметры включают:распределение скоростей потока-обрабатываемой среды в аппарате, время перемешивания компонентов, определение предельных скоростей. 3 опытах использовался метод импульсного ввода трассера, в качестве которого применялось хлорное железо.3 результате изучено распределение частиц трассера по потоку и по времени их пребывания в вихревом слое. Получены кривые отклика,

>бработка которых позволила определить среднее время пребывания сб- • забатываемой среды в Вихревом слое,рассчитать коэффициенты перемеши-?ания, и по ним оценить влияние интенсивности перемешивания на эфф- ■-:ивность протекающего процесса.

Экспериментальные исследования проводились.с использованием ферромагнитных частиц диаметром CÍ =1,2; 1,6; и 2,0 и/ из углеродисто!* '.тали, соотношением fycL от 5 до 15, масса загртзки частиц изменялась э пределах 50-350 г,напряженность магнитного поля - от 9,5-ТО^ ^о [Г!,2-Ю4 А'м. Как следует из полученных кризах отклика- вероятностные <арактеристики во многсм зависят от скорости потока -и с ростом ско -зости значения характеристик зозрзста"-т. Установлено,что изменение напряженности магнитного поля незначительно•сказывается йа зёлачтте иолы и плотности вероятности моды,однако с ростом напряженности среп^-нее время обработки среды увеличивается."Заметим,что с увеличением коэффициента заполнения рабочеР .зоны ферромагнитными частицами /Аз /, а также с ростом соотношения Pjdi до 15 вероятностные характеристики функций распределения несколько уменьшается,ai среднее время обработки увеличивается.

Обобщая огнтиые ланные,автором получено выражение для расчета среднего времени пребывания 'обработки/среды в вихревом слое в эште

f =32f8-m-a~w, * /4/

где О- - массовый расход среды,кг^с.

Используя опытные данные,были определены значения квадратичной дисперсии распределения,а также молк и плотности вероятности моды,а го их связи с критерием Пекле определены его значения для различных расходов среды.Полученные значения критерия Пекле и сравнение экспериментальных кривых распределения с типовыми С-кривнмя показывает верность выбранной диффузионной модели процесса очистки в ABC.

Наряду с временем обработки среды не менее важным параметром лля процесса очистки стоков в АЗС являются предельно-допустимые или критические скорости потока (Utíp) в вихревом слое,которые ггризолят к сжатие споя ферромагнитных частиц и в итоге к нарушению эффективной работы аппарата.Определение этих скоростей производилось экспериментальным путем,при котором использовали метод фиксирования начала уноса «астиц из рабочей зоны вихревого слоя при постепенном увеличении расхода обрабатываемой среды через аппарат. Из полученных результатов следует,«то с увеличением коэффициента заполнения габо-чрР зону ферромагнитными частицам* критическая скорость уменьшается 'рис.2;,э то время она незначительно зависит от соотношения £¡d. и растет с увеличением диаметра частил.Она существенно уменьшается при росте вязкости среды более 0,05 Па-с /рис.26/ и npfvsrponpp::^

нально зависит от силы удержания ферромагнитных частиц магнитным полем.

Рис.2. Зависимость критической скорости потока

а/-от коэффициента Кэ ; б'-от вязкости среды

Установлено,что с увеличением диаметра реакционной емкости от 76 до 121 мм /характерных для аппаратов АБС/ значения критической скорости уменьшаются,а унос частиц растет с увеличением напряженности свыше I3,4-I0'1' A4t аа счзт увеличения сил соударения частиц между собой и стенками емкости. С этой целью .рекомендуется применять стабилизирующие- сетки.

В ABC вертикального исполнения можно увеличить скорость подачи сточных вод за счет использования силы тяжести,как дополнительной силы удержания частиц /на конструктивное решение такого аппарата автор получил авторское свидетельство/.

Многочисленные эксперименты позволили получить оптимальный диапазон скоростей для непрерывных процессов обработки жидких сред в вихревом слое

Votr* (0,7+49) Vfa

»

Для расчета критических скоростей получена зависимость

тя* e/cL ), /6/

где ПХкр - максимально возможная масса частиц в вихревом слое, при которой слой еще существует.

Сопоставление результатов расчета по формуле /6/ с опытными данными подтвердило его применимость для инженерных расчетов.Полученные' выше выражения позволяют рассчитывать время обработки сточных вод в вихревом слое,скорости их подачи,обеспечивание оптимальные режимы работы слоя при проведении процесса очистки,а также вести выбор оптимальных конструкций аппаратов для ведения процессов с различными скоростями подачи сточных вод в аппарат.

Экспериментальные исследования процессов восстановления шестивалвнт-

il -

•того хрома при применении ABC и особенностей их прохождения в вихревом слое,при'воздействии электрохимических и физико-химических факто^ ров подробно рассмотрены э глазе 1.

Изучено влияние параметроз вихревого слоя при различных режимах его работы,-состава сточных во-> и исходных концентрациях хрома на степень восстановления Ст? в кислой и щелочной средах,как с использованием реагента-восстановителя,так и бет него. Исслялозантт нрозодились на модельных и произволственн^х сточных болях с сспержа-нием Cz6* до 1000 мгЛт в кислой 'рН=2-5и щелочной среде - рН=7-9 по разработанной уетсдике с использованием иззестнкх методоз определения хрома и других тяжелых металлов в исследуемых растворах до и 'после обработки з вихревом слое. Экспериментами установлено,что высокая степень, восстановления CiS* .'59,5-100/?/ достигается при массе ферромагнитных частиц в вихревом слое равной 174 г,времени обработки --I," с,расходе сернокислого железа - 7üf, ст стехиометрического,исходном содержании C"é* 50-ICC0 мг/л.

Исследованиями показано,что при оптимальных условиях и режимах обработки сточных вод обесгзчиэается практически полное зосстановле-ниеСг5%о CzJ+,npn исходном содержании^6* в сточных водах до 1000мг/л в кислой среде без использования реагента-восстановителя 'рис.3/.Повышение рН среды от 2 до 1 не снижает степени восстановления хрома. Оптимальным соотношением £¡d. частиц является 7-12. С увеличением массы частиц возрастает количество химически растворенного железа,воздействие электрохимических процессов,что сказывается ка степени ускорения процесса и снижения времени восстановления хрома.Так, при исходной концентрации мгЛт и массе частил - 50 г время восстановления

составляет 22-23 с, а при пре*сней кошентранлш хрома я массе частиц --250 г снижается до Юс.

При этом установлено,'»То в плане восстановления хрома лучшим материалом ферромагнитных частиц является чугун и сталь СЯГ2С. Такие частицы подвергаются более интенсивному тсгираник!, чем частчць; из других сталей,что приводит к образованию частичек коллоидной степени дисперсности, я злящихся хорошим восстанови-

г\ 0 Л О ti ® 23 £е

телем.Сни также подвергаются более су"!естэчнному химическому и электрохимическому растворена,что обеспе-

чияает эффективное прохождение про- обработки в вихревом слое цессов восстановления хрома.

СаТ т»

i ' I 1

\ ! t-*M

i : i

\ г-* О ; - ; ¡ 1 I

!

Ж

\\\

V

ч \Л 1 1 1 1 т

Рис.4. Кинетика восстановления хрома /т =175 r,DH=3' Г- Г =0,5 с; 2-1,0 с; 3-2 с; 4-3 с; 5-4 с.

Процесс ускоряется при добавлении реагента-восстановителя /см.рис.4'.Видно,что при расходе FCSOh до 9С% от стехиометричес-кого восстановление проходит за доли секунды.

Практическое значение имеет восстановление хрома в щелочной среде /рН 7,5-9,0так как отпадает необходимость предварительного подкисления сточных вод,что уменьпает расход щелочного реагента.

Из полученных экспериментальных данных следует,что эффективность очистки сточных еод от ионов хрома в АЗС достигает норм ТрК и низке. Результаты исследований подтверкла^т достопер -ность полученных автором зависимостей для расчета процессов очистки и ггравиль-ность сделанных выводов.

Выполненными исследованиями установлено,что наряду с восстановлением хрома в щелочной среде обеспечивается и полное выделение имеющихся в сточных водах ионов других тяжелых металлов в виде гидроксидов.

Механизм процессов выделения ионов тяжелых металлов из кислотно-щелочных сточных вод в ABC базируется на образовании гидроксидов металлов при создании щелочной среды и прохождении электрохимических процессов в вихревом слое,соосаждении и сорбции их гидроксипом железа и коллоидными примесями. Пятая глава посвящена исследование процесса более эффективного образования таких гидроксидов при использовании АБС. Эти процессы исследованы на сточных водах,содержащих I ионы хрема,железа,меди,цинка и др. до 1500 мг'л при рК среды 7-9. Установлено,что практически полная очистка достигается при рК 7,58,5 /при применяемых методах необходимая рН среды 8,5-9,5',что позволяет снизить расход реагентов для подщеяачивания /рис.5 аЛ Это достигается благодаря тому,что за счет комплексного воздействия факторов вихревого слоя происходит-диспергирование и активация частичек известкового молока,а,следовательно,повышается активность pea -гента.Удельная поверхность основной массы частичек известковой суспензия при этом повышается в 2-3 раза. Полученные ИЕ-спектры образ- ■ цов СаО подтверядакт активирующее действие вихревого слоя. \

Экспериментами установлено,что наиболее высокое качество о'-истки /99,7-IOOÍ/' обеспечивается при массе ферромагнитных частте ТсС-2ЕО г ц соотношении fycl =7-13,что согласуется с данными исследований процессов восстановления хрома_ >

Не менее важным вопросом процессов очистки сточных вод от ионов

- IS -

тяжелых металлов является кинетика отстаивания гидроксидов металлов, объемы осадков,их влажность,фильтруеыость.

Рис.5. Зависимость- остаточного содержания тяжелых металлов от: а'величины рН среды С„ -до 1500 мг./л, 1,2 -после обработки в ABC в течение 0,5 Й з;0 с; 3 - в реакторе с мешалкой в течение 120 с ': б. массы ферромагнитных частиц /С_,_ - до 1000 мг/л, рй-^,5; I-Z ¿0,5; 2 - 1,0; 3 - 2 с/.тх-

Исследованиями установлено,что отстаивание гидроксидов металлов проходит наиболее быстро при использовании известковой суспензии измельченной и активированной в вихревом слое.Осветление при этом за-:-: кзнчивается через 20-30 мин.,медленнее осветление идет при использовании л'агС0з и ¿/айн .

Экспериментами установлено,что наиболее оптимальным временем обработки сточных вод в вихревом слое является'0,5-1,0 с при образовании гидроксидов.Увеличение времени обработки приводит к повышению дисперсности осадков гидроксидов и" замедлению процессов осветленяч воды.

Применение в качестве фяокулянта-полиакриламида в количестве 0,5-1 мг/т! и его обработка совместно со сточной водой в вихревом слое ускоряет процесс осветления в 1,5-2 раза при уменьшения обьема осадка на I0-I5&. Показано,что хлопья гидроксидов быстро коагулирует и уплотняются при использовании известковой суспензии,а скорость осветления воды от гидроксидов металлов,после вихревого слоя в 2 разе выше,чем при их получении известными методами.

Такое эффективное осветление стоков,прошедших обработку в АБС объясняется совместным действием химической,электромагнитной сбря -боткн и электрохимическими процессами в вихревом слое ферромагнитных частиц,что подтверждается и данными других исследований.Интенсификация процесса отстаивания проходит и вследствие концентрирс %ан:и? полученной дисперсной фазы под действием электрических и магнитных полей,поляризационной коагуляции,гетерогоагуяяции и флояуляции сб-разут^ихся осадков,-ото подтверждается теорией коагуляции дисперсных систем Дерягина-Ланлау-£ервея-Овербака,теорией гетерокоагуляиии Л«-

S

а

рягика i: результатами многих исследования. Изучение свойств образующихся осадков, их объемов,влажности и фильтруемости показывает,что на удельные объемы осадков влияет:исходное содержание ионов тяжелых металлов,применяемые щелочные реагенты,величина рй среды и продолжительность их получения в вихревом слое.

При этом осадки та указанным свойствам и показателям имеют преимущество перел осеяками известных методов их получения по качеству и эксплуатационным затратам их подготовки и переработки.

Проведенная оптимизация профессор и технологических схем очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов позволила разработать ч рекомендовать рациональные технологические схе№ очистки сточных вол с использованием АЗС,рекомендации по ^рименеки внедрению которых, приведены э главе с. На основании теоретических проработок и экспериментальных исследований автором была разработана методика инженерного расчета параметров аппаратов с вихревым слоем и технологических режимов очистки сточных зод от ионов тяжелых металлов,которая позволяет определять оптимальные скорости голами сточных вод,предельно-допустимые или критические скорости и время обработки сточных рол в аппарате; параметры вихревого слоя 4?асса и размеры частиц/,производи-'телькоеть аппарата и его конструктивные размеры.Кроме этого можно определять необходимые параметры основного оборудования технологических схем,рекомендованного для достижения требуемого качества очистки и осветления воды.

Промышленные и межведомственные испытания аппаратов ABC на процессах очистки хромсодержащих и кислотно-щелочных сточных вод Ярославского химзавода,Полтавского автоагрегатного к Узловского машзавога по схемам раздельной и совместной очистки обоих випов сточных вод под -твердили эффективность применения разработанных методов очистки,аппаратов ABC для очистки промышленных сточных вод.В результате этих испытаний выявлено,что высокие результаты качества очистки сточных вод от ионое хрома,железа,меди,цинка и пр.''до норм ПДК и кике /могут быть достигнуты при следукт(их режимах и параметрах обработки: расход FeSOi, и Со.(йН)2-(50-10У от стехиометрического,время обработки в аппарате 0,2-1,5 с,исходная концентрация хрома и других ионов металлов го 1000 мг'л.рН среды от 2 по в кислой среде и от 7 до 9 - в ще-гсчноГ',оптимальная загру-зкг ферромагнитных частиц 0,6-0,8/71кр при

Одновременно установлено,что при применении традиционных реагент-газ: метолов очистки расход реагентов составляет 120-130^ Со.(ОН)г и 170-£иД восстановителя,время процесса очистки 20-40 мин,качество очистки,в основном,не соответствует нормам ЦЦК,а расход электроэнер-

'ии в 2 раза выше.-

На основании полученных результатов теоретических и экспериментальных исследований разработаны рекомендации по применению annap¿ -•ов,серийное производство которых налажено на заводе "Полтавхиммаш", i также созданы оптимальные технологические схемы очистки сточных юд лля конкретных условий эксплуатации.Выработаны рекомендуемые ти-:ы аппаратов и их характеристики для различных видос сточных вод.Раз-1аботаны рекомендации по выбору и расходу применяемых реагентов,фер-:омагнлтных частиц.

Внедрением технологии очистки стопных зол с аппаратами ABC « шзтзаботаннкх технологических схем на н^ско'ьких *-есятках гре/1 грия -'иГ: подтверждена экономическая целесообразность и эффективность "'x 'рименения на очистных сооруген'.'лх при высоких технико-экономических О гаказателях.

Основные результаты и вызоды по работе:

1. Систематизированы данные по составу и концентрациях тяжелых :еталлов и величинах рН стоков различных отраслей промыгленное?н,яз-яктдтхся основой при разработке прогрессивных методов очистки.

2. Установлено комплексное воздействие гидродинамических и элек-■рохимических факторов вихревого слоя Ферромагнитных частиц на про -tecc очистки промстоков от ионоз тяжелых металлов при использовании ВС.

3. Выявлено,что на процессы восстановления хрома и образования тдроксидов металлов существенное влияние оказывает конструктивные и 'изяоеские параметры ферромагнитных частиц,электрохимические и мэха-юхимическке процессы в вихревом слое.При этом наиболее эффективная 1абота аппарата достигается при t7lJmKP =0,6-0,8 и £/d =7-12.

Л. Установлено,что принятая диффузионная модель достоверно опи-:ывает процессы в вихревом слое. Получено расчетное уравнение,описы-а^щее процессы очистки сточных еод от ионов тяжелых металлов в аппа-:атах ABC. Полученное уравнение позволяет рассчитывать оптимальные 'ехнологячесхне реким-' работы аппарзта,обеспечивающего требуемое ■ • :ачество очистки.

5. Найдены значения предельно-допустимых /критических'скоростей готока в ABC и установлены зависимости их от основных параметров ви-ревого слоя,на основании которых выведены расчетные уравнения,позво-якщие определять режимы устойчивой и эффективной работы аппарата.

6. Доказано,что только за счет обработки сточных вод в вихревом лое полное восстановление хрома с концентрацией 5G-T00 мг'л ~"рохо-,ит за 7-15 с и при концентрация 500-1000 мг'л за 15-30 с,а при дсбан-ении реагента-восстановителя '905? от стехиометрического'' -за 0,^-1,5

секунды,в то время,как при применяемых методах - за 15—10 минут и расходе восстановителя 170-200&Л

7. Установлено,что процесс образования гипроксктов тяжелых металлов при обработке в вихревом слое гроходит в TOOO-I500 раз быстрее чем при рбычных методах /степень очистки до норм ТЩК и Еыше/,расход известковой суспензии сокращается в 1,3-1раза,осветление воды от гидроксвдов идет в 2 раза быстрее чем при применяемых методах,при уменьшении объема осадка на 305s.

8. На основе полученных результатов исследований разработаны промышленные методы очистки промстоков от ионов тяжелых металлов,на которые получены авторские свидетельства и зарубежные патенты.

9. Разработан инженерный метод расчета режимных к конструктивных параметров АЗС и выбор оборудования,обеспе^чвактего технологи -ческий процесс очистки сточных вод.

10. Внедрение аппаратов с вихревым слоем,разработанных технологических схем и методов очистки для интенсификации очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов позволяет:уменъшить приведенное затраты я 1,7-2,0 раза по сравнению с известными методамисебестоимость очистки I м3стоков снижается в 1,7-1,9 раза,расход реагентов в 1,5-2 раза, эффект очистки повышается до норм ЦДК и ниже,расхос электроэнергии уменьшается в 3 раза. Внедрение технологии очистки промстоков с использованием ABC. на нескольких десятках.предприятий позволяет экономит до 4-5 млн.кВт.ч электроэнергии в год и до 200 тонн металла.Суммарный экономический эффект от применения аппаратов составляет более 1,0млн. рублей в год /в ценах 1981 г./.

Основные положения диссертации опубликованы в работах: • J. Савенкова З.А.,Никитенко М.И.,Манжелий А.ГГ. Применение аппаратов с вихревым слоем для очистки сточных вод. В кн.¡Современные методы очистки промышленных сточных вод и внедрение их на предприятиях оФрасги.М.:ЦНИИ "Электроника",197".-с.31-38.

2. Логвиненко Л.Д..Савенкоэа З.А.,Никитенко М.И..Манкелий А.П. Использование аппаратов с вихревым слоем для очистки хромсодержаддтх сточных вод. Сб.тр. НШхиммаш,вып.65.М.: 197-1 ,-с.121-124.

3. Савенкова З.А.,Кикитенко М.И.,Манжелий А.П. Очистка сточных вод в аппаратах с вихревым слоем и особенности их эксплуатации. В кн.: Создание и внедрение оборудования с использованием энергии электромагнитных и других полей для интенсификации технологических процессов.М. : 1975, -с.115-116.

•1. Логвиненко Д.Д.,Савенкова З.А. ,Никитенко М.И. Установки с аппаратами вихревого слоя для очистки сточных вод.Э.-И.Серия XM-I.F 7.

Ч.: .1976, - с. 1-9.

5. Никитенко М.И. Опыт применения аппаратов с вихревым слоем в процессах очистки сточных вод гальванических цехов. Э.-И.Серия ХМ-9, ?* 6,М.: 1982, -с.6-7.

6. А.с. 'г- ."506862. 1ЙШ В 01 53/08. Способ извлечения веществ из растворов /Никитенко М.И., Логвиненко Д.Д., Курамжин А.В. и др.

'СССР/, 1971 г. Патенты за 1971 г.:£РГ * 2153Е95,Англии »г- 1363294, Япония 871895, Италии " 940483, Швейцарии 538294, Швеции ^369846, Франции 2159522, Голландии 146400, ЧССР п Г70242.Румынии Р 62245.

7. А.с. 718992, Ш В 01 13/08. Аппарат для проведения физи -ческих :» химических процессов /Никитенко М.И. .Гончаренко В.И. 'СССР/ 1979 г.

8. А.с. 1824852. ЖИВ 01 53/03. Способ получения известкового молока Никитенко М.И. /СССР/, 1993 г.

9. Никитенко М.И.,Блиничев В.Н. Математическая модель процесса очистки сточных вод в АБС. Иваново,1989 , 9с. Рук.деп.- в НШТЭХИМ, 01.02.88. ?г' 132-ХП.

10. Никитенко ?0..Сребн^к С.М.,Терновцеэ В.Е. О гидродинамическом воздействии вихревого слоя на движунц-пся жидкую срзду. Полтава,1995, 10 с/Рук.деп. в ДНТБ Украины-27.03.95,№ 65:7 -Ун.95.

11. Никитенко М.И.Дерновцев В.Е.,Сребюгк С.М. К вопросу воздействия электрохимических факторов вихревого слоя на процесс очистки сточных вод. Полтава, 1995, 9 с. Рук.деп. в ДНТБ Украины 27.03.95,

645-У к. 95.

Т2. Никитенко М.И. Исследование режимов и условий качественной очистки сточных вод гальванических цехов в аппаратах с вихревым слоем '/ Тез.докл. Ш Зсесоюз. конф. М.:1984, с.Г73-Г74.

13. Никитенко М.И. Аппаратурно-технологические системы с использованием вихревого слоя для интенсификации физико-химических процессов /Тез.докл. Всесовз.науч.-техн.совещания. Ленинград. 1988,

с. 120-122.

14. Никитенко М.И., Блиничев З.Н. Оптимизация процессов очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов при воздействии вихревого слоя // Тез.докл. Зсессгз.научн.конф. Тамбов,1989, с.26-27.

- ТВ -

НШтенка м. Г. ОчЗДгЬлч -зПчних ьод в1д 1сь*в важк::х ые«ш.в в аларатах г ь;::-:орйв;ь: ларе-:.:.

Диеертац1к кг гдхуття нчгнсго ступени кандидата телнхчнкх наук ic onemaziKccT: GS.C3.Ci-- вер:лсстач^;-:кл i кёкаи1зац1я. Кх1всгяа& дерл. ;ехн. ун1в;рс:~е~ Сч"1гк:гц7=а i арс1текгу1?и.

Захвдаггься кауксв;::; pcCir, ar;i :.цс?ять теоретична та екс-пержентальгй д^сл;д;чекг:к оссгливосгей 1 к т - н с: i i i Kai- i 'i очидеЕНЕ cii4iuj/: scs ь:: ioais викю: »¿«-tiJiis s эккоркстанзам sirapaTis г e;:-хсрсввн шарсм. остановлено, що ксмплэкзна д!я факторХа т& електрсххыХчких лрот;ес1Е г вгэссрезому rapi 5еромагн1твкх чазтинок п!д л!ак ел-ктр:• пол,- дсеасляс в гиачя1и Mipi пр'лслсркти процесл очкзгкая с~1чк:к ь:-д. Получен! рогр&хункга! галелкостх вяа-каченкя сзиЕМбдывк технолоПчних реж:ьав та кзнструкглешвс napaiiripiE гтарата для гасеслечення nccpiC-HO'i нксс-Ti счгккнл CPOMCZOKIE.

Nikiteruco M.I. Produced vatsr conditioning from ions of heavy metals in apparatus " with vortex layer. Dissertation for sufcEilttinj fcr a candidate's decree special iti of G5.23.0i - "'iater suppli and sewerage". Kiev State Technicak "^UrJversiTf of'"Construction /Buiidins/' snd"Architecture. It is defended 14 scientific works which contain theoretical and experimental researches of cleaning intensificatior. features of produced water ire?, ions of nsnvl netsis using the sppsrsirvs with vertex layer. It ha? been determned that complex force of iactors sr.d electrochemical processes cf ferrc-rarnetic particles in vertex ■ layer under the action of electro-"^¿netiс field nares it possible to accelerate the prodsced water conditioning considerably. It has been recsived calculated data of optimal technological reguites and d&sign para^eUs of the apparatus for ensuring rejuirea guslity cf prodaced waters.

Кдичевыё слове: охочяые - воды, аппарат, вихревой слой, ¿ерромагшггкыг чзотпЦ», коки тяжелых ывгзлаов, процесс, хром, среда, очистка, гздгокстщы маталяоь, исследования.

П1дписаяо до пруку 5.03.96р. Формат 60x84 1/16. Пап1р ирумрсыпгё.

Друх офсеткиа. У мою а. вру к. «Р*. 1. Заыоилевня 240. Т»р»ж 100.

Без*оштовно. Д1лыпшя ояератмаого оруну статастичиого ]гправл1вна

Полтаьсью! облает!. м. Поэта»«, вул. Пуиж1«а, 103.