CC BY
36
Вестник технологического университета. 2015. Т.18, №20 УДК681.2:543.08.089.6
И. Х. Мингазетдинов, И. Д. Бурова, И. Г. Григорьева, О. Н. Кузнецова
РАЦИОНАЛЬНАЯ ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ
Ключевыеслова: машиностроительное производство, сточные воды, загрязнители, очистка, гальванокоагуляция, степень
очистки, оборотное водоснабжение, энергосбережение.
Представлена новая конструктивная разработка аппарата для очистки рабочих жидкостей машиностроительных предприятий, с использованием насыпных составов для гальванокоагуляции, позволяющая осуществить качественную очистку и реализовать оборотную систему водоснабжения, при уменьшении энергетических и материальных затрат.
Key words: machine-production, waste water, contaminants, cleaning, galvanocoagulation, the degree of purification, water recycling, energy saving.
Presents a new constructive development of the device for cleaning the working fluids engineer-enterprises, with the use of bulk formulations for the galvanic coagulation, enabling a high quality treatment and implement circulating water system, while reducing energy and material costs.
Машиностроительные предприятия имеют весьма широкую номенклатуру по отраслям. К ним относятся авиационные, автомобильные, транспортные, станкостроительные, электромеханические и другие заводы. Для всех этих предприятий, независимо от выпускаемых изделий, общим являются основные технологические процессы и цехи: механические, инструментальные, кузнечно-прессовые, сборочные и др. В таких производствах значительный объем воды используется в операциях промывки изделий, при которых вода загрязняется механическими примесями, маслами и эмульсией. Для очистки промывных вод распространение получают локальные очистные системы, позволяющие получить воду в соответствии с показателями для повторного использования. По виду загрязняющих веществ, на машиностроительных предприятиях около 75% составляют сточные воды, содержащие механические загрязнения, 20% масла, нефтепродукты, СОЖ, и 5% химические загрязнения [1]. Нормативные требования к качеству воды, используемой в оборотных системах: взвешенные вещества - до 20 мг/л, масла, эмульсии, нефтепродукты - до 10^30 мг/л, рН и 7-8. В работе [2] приводится несколько схем очистки сточных вод, загрязненных механическими примесями и маслами. Очистка производится многоэтапно в различных аппара-тах[3,4], включая механическое разложение, коагуляцию, флотацию и др. Приведенные схемы очистки достаточно сложны, занимают значительные производственные площади, и требует больших энергетических и финансовых затрат.
В целях упрощения схем очистки сточных вод машиностроительных предприятий и уменьшение единиц используемого оборудования, разработано устройство [5] для очистки сточных вод, сочетающие в себе несколько физико-химических процессов.
В основе работы предложенного аппарата лежит метод электрокоагуляции, при котором используются стальные или алюминиевые электроды в качестве анодаи растворяющиеся по законам электролиза. Протекают следующие реакции: Бе - 2ё->Ре2+,
при рН > 5,5 образуется гидроксид железа (II):
Бе2+ + 2ОН- ^^(ОНЫ, далее Бе(ОН)2 под действием кислорода, растворенного в воде, переходит в гидроксид железа (III): Бе(ОН)2 + ^ О2+Н2О ^Бе(ОН)з| По аналогичной схеме может образовываться коагулянт А1(ОН)3 при использовании алюминиевых анодов. Разновидностью электрокоагуляции является гальванокоагуляция, при которой в зоне очистки находится загрузка из скрапа, состоящего из смеси железа с коксом, образующим гальваническую пару. Железо является анодом, и протекают все вышеприведенные реакции. Преимуществом гальванокоагуляции является отсутствие внешнего электропитания для анодного растворения стружки, что позволяет существенно снизить энергозатраты. Электро- и гальванокоагуляция применяются для очистки сточных вод от взвешенных частиц, органических примесей, масел, эмульсий, ионов тяжелых металлов.
На схеме (рис. 1) показана принципиальная конструкция разработанного устройства.
Исходная Засыпка
пена
/
Чистая еодэ
Рис. 1 - Принципиальная конструкция аппарата
Аппарат представляет собой цилиндрический корпус, оба торца которого имеют перфорированные днища. Внутри корпуса установлен ротор, состоящий из вала и шнека. Вал со стороны входа выступает за пределы перфорированного днища и на нем расположена
Вестник технологического университета. 2015. Т.18, №20
крыльчатка. Крыльчатка закрыта кожухом, в котором имеется тангенциально установленный патрубок подвода исходной загрязненной жидкости. В задней части корпуса находится транспортер для непрерывного удаления флотационной пены в шламоприемник. После перфорированного заднего днища выполнена камера сбора очищенной воды со штуцером отвода. Работа аппарата осуществляется следующим образом: через специальный лоток производится загрузка засыпки - смеси железных опилок, стружек с коксом в соответствии 8:1. Средний расход железных стружек лежит в пределах 0,1^0,2 кг на 1 м3 очищаемой воды, в зависимости от исходной концентрации загрязнителя. Через тангенциальный подводящий штуцер поступает исходная вода, и крыльчатка начинает вращаться, приводя во вращение вал со шнеком. Находящаяся внутри корпуса засыпка начинает вращаться, что обеспечивает ее контакт с воздухом и происходит реакция окисления двухвалентного железа Ре(ОН)2 в
трехвалентноеРе(ОН)3.Интенсивное растворение стружки способствует образованию коагулянта, на котором сорбируются взвешенные и растворенные загрязнители. Катодное выделение водорода обеспечивает процесс флотации хлопьев коагулянта, и в верхней части полости корпуса собирается флото-пена. Эта пена за счет вращения шнека перемещается к заднему днищу корпуса, откуда удаляется наклонным транспортером в шламоприемник. Заднее днище имеет перфорацию только до высоты 0,6 - 0,75 диаметра корпуса, а верхняя часть днища, примыкающая к зоне транспортера, образует открытый сегмент для свободного прохода пены. Движение транспортера обеспечивается специальным приводом. Очищенная вода проходит через перфорированное днище и удаляется через сливной патрубок. В зависимости от необходимых требований к качеству оборотной воды в конкретном технологическом процессе, очищенная вода может направляться вновь в производство.
Выбор конкретных параметров гальванокоагулятора зависит от исходных данных очищаемой воды - общий расход в [м3/час], средний диапазон концентраций загрязнителя (Свзв. в-в, Смасел), необходимые показатели содержания загрязнителей для технологического процесса (Св-в конечн, Смаселконечн.).
По имеющимся исходным данным необходимо знать зависимость С1 = Дт) - что позволяет определить время пребывания очищаемой жидкости в зоне гальванокоагуляции, необходимое для достижения Сконечн. Если имеется несколько загрязняющих веществ, необходимо знать временные характеристики для каждого вещества и
определяющим будет самый медленный процесс. Основным конструкционным элементом
предложенного аппарата является корпус, в котором вращается ротор со шнеком. Исходя из общего расхода очищаемой воды вварьируя диаметром шнека Б, и задаваясь углом наклона образующей шнекаможно определить необходимый путь прохождения гранул Ьв аппарате:
где п - число витков шнека.
Выбирая конструктивные параметры Б, Ь, а, п, можно обеспечить необходимое время пребывания жидкости в зоне галованокоагуляции. Регулировать число оборотов ротора и скорость перемещения пены на поверхности жидкости можно скоростью вращения крыльчатки. Для более удобного регулирования в широком диапазоне, можно вместо крыльчатки обеспечивать вращение вала со шнеком от внешнего привода. Использование разработанного аппарата возможно в предложенном режиме при заполнении корпус на 75-80% от объема. Частота вращения ротора определяет время пребывания воды в зоне гальванокоагуляции до полной очистки. В настоящее время проводятся экспериментальные исследования по установлению зависимости С1 = Д(т) для различных загрязнителей и исходных концентраций.
Таким образом, в настоящей статье представлена новая конструктивная разработка аппарата для очистки рабочих жидкостей машиностроительных предприятий, с использованием насыпных составов для гальванокоагуляции, позволяющая осуществить качественную очистку и реализовать оборотную систему водоснабжения, при уменьшении энергетических и материальных затрат.
Литература
1. Тимонин А.С. Инженерно-экологический справочник. Т.2., - Калуга: Изд-во Н. Бочкаревой, 2003 . - 884 с.
2. Патент на полезную модель №152810 от 20 июня 2015 г. Устройство для очистки сточных вод ФГБОУ ВПО КНИТУ-КАИ им. А.Н.Туполева, бюл. №17
3. Дресвянников А.Ф., Желовицкая А.В., Цыганова М.А., Пронина Е.В., Вестник Казанского технологического университета. 3-4,. 172-177 (2007)
4. Дресвянников А.Ф., Желовицкая А.В., Вестник Казанского технологического университета15, 23, 74-77 (2012)
5. Макаров В.М., Беличенко Ю.П., и др. Рациональное использование и очистка воды на машиностроительных предприятиях. - М: Машиностроение, 1988. 272 с..
© И. Х. Мингазетдинов - проф. каф. общей химии и экологии КНИТУ им. А.Н. Туполева - КАИ, И. Д. Бурова - студ. КНИТУ им. А.Н. Туполева - КАИ, И. Г. Григорьева - доц. каф. общей химии и экологии КНИТУ им. А.Н. Туполева - КАИ, grig406@yandex.ru, О. Н. Кузнецова - к.х.н., доц. каф. технологиипластических масс КНИТУ.
© I. H. Mingazetdinov - professor, department of General chemistry and ecology KNRTU-KAI, Burova I - student of KNRTU nam. A.N.Tupolev - KAI, I G. Grigorieva - assistant professor of general chemistry and ecology of KNRTU nam. A.N. Tupolev - KAI, grig406@yandex.ru, О. N. Kuznetsova - candidate of chemical Sciences. assistant Professor of of the Department plastics technology, KNRTU.
