CC BY
4
УДК 628.31
Соболев К.В., Нишукова М.А., Рублева С.А.
ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССОВ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ КАМЕРНОГО СМЕСИТЕЛЯ
Соболев Кирилл Викторович - соискать РХТУ им. Д. И. Менделеева; 89266926930@mail.ru Нишукова Мария Александровна - студент 3 курса каф. промышленной экологии РХТУ им. Д. И. Менделеева Рублева Софья Алексеевна - магистр каф. логистики и экономической информатики РХТУ им. Д. И. Менделеева
В рамках проделанной работы рассмотрена возможность интенсификации процессов очистки сточных вод пищевого производства за счет применения инновационных камерных смесителей. С использованием инструментов 3D моделирования разработана новая конструкция смесителя, обеспечивающего эффективное смешение реагентов с водой за счет разбивки потока и увеличения его турбулентности. Применение разработанного узла в условиях полупромышленной эксплуатации позволило на 40 %: увеличить эксплуатационный ресурс узла.
Ключевые слова: очистка сточных вод, смеситель, турбулизация потока
INTENSIFICATION OF PROCESSES OF REAGENT WASTEWATER TREATMENT OF THE FOOD INDUSTRY USING A NEW TYPE MIXER
Sobolev K.V.1, Nishukova M.A.1 Rubleva S. A.1
1 D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russian Federation
As part of the work done, the possibility of intensifying the processes ofwastewater treatment in food production through the use of innovative chamber mixers was considered. Using 3D modeling tools, a new type of a mixer was developed that provides efficient mixing of reagents with water due to the breakdown of the flow and increase in its turbulence.. The use of the developed node in the conditions of semi-industrial operation made it possible by 40%: to increase the operational life of the node.
Key words: wastewater treatment. mixer, flow turbulence
Введение
Процессы, связанные с пищевой промышленностью (производство, переработка, приготовление) неразрывно связан с образованием огромных количеств сточных вод [1-2]. Сточные воды пищевой промышленности в большинстве случаев характеризуются крайне высокими концентрациями взвешенных веществ (более - 3 г/л), а также аномально высокими концентрациями органических соединений (как растворенных, так и не растворенных). Именно высокие концентрации органических соединений обуславливают значения химического и биологического потребления кислорода порядка 20 - 50 тыс. Мг(О)/л. Помимо указанных выше компонентов в сточных водах пищевой промышленности присутствуют жиры (до 500 мг/л), соединения азота (нитрат и аммоний-ионы), фосфаты, а также поверхностно-активные вещества (мойка оборудования).Сброс подобных сточных вод в городскую систему водоотведения (коллектор) недопустим, ввиду высокой вероятности негативного воздействия на биоценоз активного ила на городских сооружениях глубокой биологической очистки.
С учетом постоянно ужесточающегося законодательства вопросам предварительной очистки подобных стоков уделяют все больше внимания. Так, большинство предприятий приступили к строительству локальных очистных сооружений, способных в значительной мере снижать концентрации загрязняющих веществ в сточных водах и минимизировать дальнейшую нагрузку на
городские сооружения глубокой биологической очистки. Наиболее эффективным методом очистки пищевых сточных вод, является реагентая очистка (коагуляция/флокуляция) в сочетании с процессами седиментации или флотации. Для более эффективного перемешивания реагентов
используются различные смесительные узлы.
Традиционно для решения подобных задач применяют коагулянты на основе соединений алюминия или железа. Данные реагенты хорошо зарекомендовали себя, однако не лишены определенных недостатков. Так железосодержащие коагулянты склонны к комплексообразованию с органическими лигандами, а соединения алюминия малоэффективны при низкой температуре воды и работают в весьма ограниченном диапазоне рН [3-4]. Для интенсификации процессов очистки с использованием реагентов могут использоваться предварительный нагрев воды или прегидролиз коагулянтов. Не менее эффективным средством является интенсификация процессов смешения коагулянта с водой, обеспечивающее высокую скорость контакта и равномерное распределение реагента.
Одним из негативных факторов использования высокоинтенсивных смесительных узлов в процессах очистки сточных вод пищевого производства является проблема их засорения. Процесс очистки стандартных вихревых или статических смесителей очень трудоемок и требует долгосрочной остановки оборудования.
Результаты и их обсуждение Для повышения интенсивности смешения реагента с обрабатываемой водой и повышения эксплуатационных характеристик авторами был разработан прототип нового камерного смесителя. Внешний вид смесителя представлен на рис. 1.
1
Рис. 1. Камерный смеситель: 1 — клапан впрыска реагента; 2 — съемный завихритесь; 3 — камера реакции;
Для расчета точки максимальной эффективности завихрения потока разработана трехмерная компьютерная гидравлическая модель с расчетным временем на смешение 1,5 секунды. (рис.2)
¥
Рис.2 Компьютерная гидравлическая модель камерного смесителя.
В ходе моделирования потоков и предварительной оценки качества смешения реагентов установлено, что конструкция смесителя позволяет обеспечивать максимальное распределение
реагента во всем объеме обрабатываемой воды. Для тестовой оценки эффективности и выбора времени контакта в качестве рабочего раствора был выбран 10% р-р полиоксихлорида алюминия с плотностью 1,193 (кг/л), а скорость потока жидкости принимали равной 1,72 м/с.
Экспериментально установлено, что высокая эффективность смешивания в завихрителе достигается на скорости не менее 5 м/с. В целях обеспечения наиболее стабильной работы смесительного узла, при разработке тестового образца выбрана скорость потока в завихрителе 7 м/с. Опытные испытания тестового образца показали, что смешение реагентов проходит равномерно по всему объему обрабатываемой воды, при этом период обслуживания смесителя увеличился на 40%, а трудозатраты на обслуживание узла снизились на 70%.
Заключение
Укрупненные промышленные испытания предлагаемой конструкции камерного смесителя доказала свою эффективность на реальных сточных водах, а расчетный экономический эффект (увеличение срока эксплуатации, сокращение периода обслуживания) составил порядка 20 тыс. руб. в год.
Автор выражает благодарность научному консультанту к.т.н., зав. Кафедрой технологии неорганических веществ и электрохимических процессов РХТУ им. Д. И. Менделеева Колесникову
Артему Владимировичу!
Список литературы
1. Кузин Е. Н., Кручинина Н. Е., Громовых П. С., Тяглова Я. В. Комплексные коагулянты в процессах очистки сточных вод молочной промышленности // Химия в интересах устойчивого развития 2020 В. 28 № 4. С.401-406
2. Kuzin, E.; Averina, Y.; Kurbatov, A.; Kruchinina, N.; Boldyrev, V. Titanium-Containing Coagulants in Wastewater Treatment Processes in the Alcohol Industry. Processes 2022, 10, 440.
3. Гордиенко М.Г., Кручинина Н.Е., Кузин Е.Н., Войновский А.А. Оптимизация процесса получения отвержденных форм алюмокремниевого флокулянта-коагулянта для применения в очистке сточных вод //Безопасность в техносфере. 2012. № 4. С. 21 -25
4. Кузин Е. Н. Титансодержащие коагулянты в процессах очистки хозяйственно-бытовых сточных вод // Вода и экология: проблемы и решения. 2020. № 4 (84). С. 16-23.
