Повышение эффективности очистки сточных вод текстильных предприятий от органических загрязнений с применением ультразвука

Проблема очистки сточных вод и повторного использования очищенной воды в технологических целях имеет особое значение для текстильной промышленности, причем наибольший расход воды приходится на красильно-отделочное производство, где удельное количество сточных вод составляет 200.350 м, а содержание поверхностно-активных веществ, красителей и других органических примесей в них составляет 70. .80 кг на 1 т продукции.

Сложный состав сточных вод данного производства обуславливает трудности выбора технологии и режимов очистки. В последние годы широкое распространение получил способ очистки сточных вод на основе магнетита, являющегося вторичным продуктом в гальваническом производстве. Указанный способ очистки загрязненных вод особенно эффективен по отношению к органическим загрязнениям, таким как красители, поверхностно-активные вещества, нефтепродукты. Промышленные стоки, содержащие такого рода загрязнения, составляют основной объем сточных вод в химической, текстильной и смежных с ними отраслях промышленности. В связи с этим разработка и аппаратурное оформление эффективных схем очистки подобных стоков является одним из приоритетных направлений в решении проблем охраны окружающей среды. Реагентный, на основе магнетита, способ очистки загрязненной воды, называемый гальванокоагуляционным, рекомендуется к использованию ЮНЕСКО как наиболее эффективный в экологическом плане.

Практическая реализация реагентного, на основе магнетита, способа очистки промышленных стоков, возможна на основе соответствующего математического описания, которое в настоящее время отсутствует, что не позволяет обоснованно выбрать оптимальные режимно-конструктивные параметры его реализации. В равной степени это относится и к вопросам, связанным с интенсификацией указанного процесса при использовании ультразвукового воздействия. Практическая реализация этого способа при реагентной очистке на основе магнетита также связана с необходимостью разработки математической модели и алгоритмов расчета эффективности ультразвуковой обработки.

Цель работы заключалась в повышении эффективности процесса реагентной, на основе магнетита, очистки содержащих органические загрязнения сточных вод текстильных и других предприятий и в разработке методов расчета, позволяющих определить оптимальные режимно-конструктивные параметры его реализации с использованием ультразвука.

Указанная цель достигается решением следующих задач:

— Исследованием и разработкой математического описания процесса очистки сточных вод от органических загрязнений с помощью магнетита, предварительно обработанного ультразвуком, позволяющего определить оптимальные параметры процесса;

— Выбором рационального технологического режима и конструктивного оформления очистных установок на основе проведенных лабораторных экспериментов и сопоставительного анализа эффективности альтернативных вариантов оформления процесса очистки сточных вод от органических загрязнений;

— Количественной оценкой интегрального эффекта от применения ультразвукового воздействия в качестве интенсификатора в процессе очистки сточных вод от органических загрязнений магнетитом.

Диссертация состоит из введения, четырех глав и приложения.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ.

1. На основании теоретических исследований разработано математическое описание процесса реагентной очистки сточных вод от органических загрязнений, учитывающее стохастическую природу этого процесса. В основе предложенной для сложной многофазной полидисперсной системы модели лежит дифференциальное уравнение, описывающее эволюцию функции распределения частиц загрязнения по характерному размеру. Знание этой функции позволяет рассчитать основные интегральные характеристики процесса в любой момент времени. Получена количественная оценка показателя эффективности процесса реагентной очистки.

2. Впервые на основании теоретических и экспериментальных исследований установлена целесообразность и эффективность предварительной ультразвуковой обработки реагента-магнетита при реализации процесса очистки сточных вод от органических загрязнений, которая в конечном счете позволяет значительно повысить коэффициент скорости процесса и показатель его эффективности.

3. Предложена математическая модель процесса изменения характерного размера (эквивалентного радиуса) частиц реагента-магнетита при его предварительной ультразвуковой обработке. В основе модели лежит краевая задача для функции распределения частиц магнетита по размерам. При ее решении получена количественная оценка эффективности ультразвукового воздействия на характерный размер частиц магнетита и связанного с ним кинетического коэффициента, а, следовательно, на степень очистки загрязненной воды.

4. На основе комплексного исследования процесса очистки сточных вод с использованием обработанного ультразвуком магнетита разработан инженерный метод, составной частью которого являются описанные статистические методики контроля и анализа интегральных характеристик, и i $ численная процедура расчета процесса очистки сточных вод магнетитом при его предварительной обработке ультразвуком, которые зарегистрированы в Федеральной службе по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам, что подтверждено свидетельством о государственной регистрации программы для ЭВМ.

5. На основе выявленных закономерностей впервые разработана новая типовая ресурсосберегающая, экологически безопасная технологическая схема опытно-промышленной установки и ее конструктивное оформление для реагентной очистки сточных вод от органических загрязнений, в частности, от нефтепродуктов, включающая узел предварительной ультразвуковой обработки реагента. Рекомендованы режимные параметры работы установки, определенные на основе эксперимента и разработанных математических моделей, при которых обеспечивается 90−95% степень очистки промышленного стока при экономии реагента в 2 раза. Принципиальное расположение аппаратов в технологической схеме защищено патентом на полезную модель.

6. Рекомендуемый реагентный, на основе обработанного ультразвуком магнетита, способ очистки воды от органических загрязнений, в частности нефтепродуктов, апробирован на опытно-промышленной установке в депо «Невское» метрополитена г. Санкт-Петербурга. На основании экспериментальных исследований и проверки предлагаемого метода расчета на примере сточной воды отделочного производства тонкосуконной и других фабрик показана возможность его использования в инженерной практике с относительной погрешностью не более 15%.