проведение исследований и разработка

ПРОВЕДЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ И РАЗРАБОТКА
РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩЕГО ПРОЦЕССА ОЧИСТКИ
ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ СТОКОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ
УЛЬТРАЗВУКА
Аспирант А.В. Пичугин
Научный руководитель к.т.н., проф. М.К. Кошелева
Работа выполнялась в МГТУ имени А.Н. Косыгина и в лаборатории
ультразвуковых технологий ИОНХ РАН (в работе принимал участие н.с.
П.П. Кереметин).
Целью работы является исследование процесса очистки сточных вод
тонкосуконных фабрик гальванокоагуляционным методом от органических загрязнений, разработка устройства для очистки и разработка программы расчета степени очистки сточных вод.
Проблема очистки сточных вод текстильных предприятий – это
сложная и важная проблема.
Удельный расход воды (Vуд) на выпуск различных групп суконных
тканей представлен на рис. 1
Рис. 1. Удельный расход воды на выпуск различных групп суконных тканей (тяжелых (а), средних (б), легких (в))
Стоки содержат в большом количестве органические вещества, в
том числе нефтепродукты. Количество этих веществ, как и удельное коли-
чество сточных вод существенно зависит от ассортимента и технологии
получения текстильного материала, что видно из таблиц 1 и 2 [1].
Т а б ли ц а 1
Содержание органических загрязнений в сточных водах
Органические загрязнения
Предприятие
(нефтепродукты), мг/л
Тонкосуконная фабрика
87..124 (40..100)
Фабрика первичной переработки
7800
шерсти
Т а б ли ц а 2
Анализ сточных вод тонкосуконной фабрики
Показатели качества
Высокозагрязненный поток
Общий сток
сточных вод
промывных стоков
Нефтепродукты, мг/л
490,0
95,0
аПАВ, мг/л
90,0
19,0
нПАВ, мг/л
210
43,0
ХПК, мг О2/л
3400
650
Сухой остаток, мг/л
1500
Прозрачность, %
0,1
Для очистки сточных вод от органических загрязнений выбран гальванокоагуляционный метод.
Изучение литературных данных и фонда патентной информации показало, что одним из современных и эффективных методов очистки является способ гальванокоагуляционной или гальванохимической очистки на
основе магнетита [2, 3].
Высокая эффективность и глубина очистки сточных вод обеспечивается одновременным действием различных механизмов в зависимости от
вида загрязнения.
При гальванокоагуляционной очистке сточных вод одновременно
действуют следующие механизмы процесса:
- катодное осаждение катионов металлов;
- образование ферритов металлов;
- образование соединений включений (клатратов);
- сорбция органических веществ на свежеобразованных кристаллах
магнетита, гетита, лепидокрокита;
- восстановление поливалентных анионов (хроматов, молибдатов,
ванадатов);
- коагуляция.
Именно реагентный, на основе магнетита, способ очистки загрязненной воды, называемый гальванокоагуляционной или гальванохимической
очисткой, рекомендован ЮНЕСКО как наиболее эффективный в экологическом плане.
Установлено также, что один из самых эффективных способов повышения активности реагента – магнетита является его обработка ультразвуком [6].
Лабораторные исследования проводились в лаборатории ультразвуковой техники и технологии ИОНХ РАН.
В таблице приведены параметры ультразвукового (УЗ) воздействия
на магнетит.
Т а б ли ц а 3
Параметры ультразвуковой обработки магнетита.
Амплитуда колебаний торца волновода А, мкм
6
11
21
Время обработки 15
Проба № 1
Проба № 4
Проба № 7
магнетита ультра- 30
Проба № 2
Проба № 5
Проба № 8
звуком τ, с
60
Проба № 3
Проба № 6
Проба № 9
Анализ полученных результатов распределения частиц гальванокоагулянта (ГК) по диаметрам, показал, что УЗ колебания разбивают их,
уменьшая долю крупных и увеличивая долю мелких частиц.
Зависимость степени очистки воды от интенсивности УЗ воздействия представлена на рис. 2.
100
Степень очистки, %
90
80
70
60
50
40
0
5
10
15
20
25
30
35
40
Мощность ультразвука, Вт/см2
Рис. 2. Степень очистки воды от нефтепродуктов при различной интенсивности
УЗ активации ГК
Как видно из рис. 2 при возрастании интенсивности УЗ активации
ГК наблюдается увеличение степени очистки воды. С точки зрения эффективности УЗ воздействия (минимизации энергетических затрат) наиболее
рациональным представляются значения интенсивности в диапазоне 22-37
Вт/см2.
На основании проведенного литературного и патентного обзора, экспериментальных
исследований
при
разработке
аппаратурнотехнологической схемы предложено новое расположение аппаратов, в
устройстве для гальванокоагуляционной очистки сточных вод от органических загрязнений. Схема устройства представлена на рис. 3 [7].
1
2
3 4
Сточная вода
Очищенная вода
5
Отработанный
магнетит
Рис. 3. Устройство гальванокоагуляционной очистки сточных вод
1 – гальванокоагулятор, 2, 4 - патрубки, 3 - ультразвуковой возбудитель
колебаний, 5 - реактор
Предлагаемое устройство содержит гальванокоагулятор, который
является наработчиком магнетита. С ним соединен ультразвуковой возбудитель колебаний, из которого суспензия магнетита поступает в реактор.
Туда же поступает загрязненная вода. Предлагаемое устройство позволяет
решить задачу повышения степени очистки промышленных сточных вод
при экономии элементов гальванопары. При этом повышается производительность очистного оборудования.
В основе метода расчета процесса очистки сточных вод от органических загрязнений с помощью реагента-магнетита при интенсификации его
ультразвуком лежит кинетическое уравнение процесса реагентной коагуляции, полученное в [4].
Алгоритм расчета процесса очистки сточных вод от органических загрязнений с помощью реагента-магнетита (ГК) реализован в виде готового
программного продукта [5].
Экспериментальные исследования и проверка предлагаемого метода
расчета проводились на примере воды, отобранной в отделочном производстве одной из тонкосуконных фабрик. Вода, содержащая керосин, поступает в сток после стадии «большая вода» процесса промывки, следующего за процессом валки. Начальная концентрация нефтепродуктов составила 11,04 мг/л. Расчеты показали, что для очистки воды с данной концентрацией нефтепродуктов до норм ПДК (0,7 мг/л) потребуется 300±40 мг/л
гальванокоагулянта, необработанного ультразвуком и 130±20 мг/л гальванокоагулянта, предварительно обработанного ультразвуком.
В таблице 4 представлены результаты экспериментальной проверки
предлагаемого метода расчета степени очистки сточной воды от нефтепродуктов с ультразвуковым воздействием и без него.
Т а б ли ц а 4
Результаты экспериментальной проверки метода расчета
η
Расчетная доза
С0,
η эксп., УЗ воздейС, мг/л расч.,
ГК, мг/л
мг/л
%
ствие
%
680
43,7
6,925
81
84
—
1000
43,7
2,23
91
94
—
250
33,92
6,24
81 81,60
+
460
33,92 2,9184 95 91,40
+
Расчет экономической эффективности использования предлагаемого
инженерного решения по очистке сточных вод тонкосуконной фабрикипоказал, что экономический эффект составит более 400 тысяч рублей в год
при окупаемости затрат на оборудование в течение семи месяцев.
ВЫВОДЫ
Проведены исследования процесса очистки сточных вод методом
гальванокоагуляции от нефтепродуктов при активации гальванокоагулянта
ультразвуком.
Разработана программа расчета процесса очистки сточных вод от органических загрязнений.
Показана экономическая эффективность предлагаемого инженерного
решения.
ЛИТЕРАТУРА
1. С. Ф. Садова, Г. Е. Кривцова, М. В. Коновалова. Экологические проблемы отделочного производства. Учеб. Для вузов /Под ред. С.Ф. Садовой/. – М.: РИО МГТУ, 2002. -284 с.
2. Артемов А.В., Платова Т.Е. и др. Анализ технологических сточных вод
текстильных предприятий // Известия вузов. Технология текстильной промышленности. – 1995. №1. - с. 108-111.
3. Абрамов О.В., Кошелева М.К., Кереметин П.П., Муллакаев М.С. Очистка сточных вод текстильных предприятий гальванохимическим методом с
использованием ультразвукового поля // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. – 2009, № 3.- С. 107-110.
4. Кереметин П.П., Кошелева М.К. и др. Определение основных параметров и расчет процесса очистки сточных вод текстильных предприятий
гальванохимическим методом с использованием ультразвукового поля. Тезисы докладов международной научной конференции «Новое в технике и
технологии текстильной и лёгкой промышленности (Витебск 2009)» ч. II,
с. 174-176.
5. Кереметин П.П., Кошелева М.К., Пичугин А.В. Расчет процесса очистки
сточных вод от нефтепродуктов с помощью гальванокоагулянта, предварительно облученного ультразвуком. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2009616630 от 30.11.2009. Федеральная
служба по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам.
6. Кереметин П.П., Муллакаев М.С., Кошелева М.К., Векслер Г.Б. Ультразвуковая интенсификация очистки воды от нефтепродуктов с помощью
гальванокоагулянта Тезисы докладов международной НТК «Современные
технологии и оборудование текстильной промышленности (Текстиль –
2009)» (24 - 25 ноября 2009г.).- с.284-285.
7. Патент – 94967 РФ, Устройство для гальванокоагуляционной очистки
сточных вод / М.К. Кошелева, П.П. Кереметин и др.; Мос. гос. текстильн.
ун-т им. А.Н. Косыгина.- №2010104940/22(006948); Заяв. 10.03.2010;
Опубл. 10.06.2010, Бюл. N 16.