CC BY
98
МIРК №\ ТУЧ h Р Pbkf >Н \ Я СМЕСЬ
Таблица 2. Зависимость сроков переработки коммунальных вод от типа отстойных прудов [4].
Тип пруда Тип переметив ания Сроки отстаивания, дни
Обычный Слабое 20... 100
Высокопродук- Активное механиче-
тивный скими аэраторами 4...5
Рис. 2. Стандартное промышленное оборудование, используемое для флотационного сбора водорослевой массы [4|.
они перспективны как естественные реакторы, производящие биомассу водорослей для использования в качестве сырья для переработ ки в биотопливо.
В оптимальной выростной среде культивирования микроводорослей соотношение углерод-азот-фосфор составляет 50:8:1, а в коммунальных сточных водах оно находится на уровне 20:8:1. При принудительном обогащении углекислым газом процесс переработки сточных вод многократно ускоряется (табл. 2). Одновременно происходит интенсификация выделения биогаза, который можно утилизировать в цикле систем очистки, уменьшая тем самым расходную часть этого процесса.
Подсчитано, что использование энергетических материалов, произведенных микроводорослями отстойных
прудов позволяет сократить затраты энергии очистными сооружениями на 3,3 киловатте с каждого литра, изготовленного при переработке масла [3]. Остаточная масса водорослей после экстракции масел для производства биодизельного топлива, служит основой для экологически сбалансированного удобрения. С каждой I тыс. т переработанных сточных вод при культивировании водорослей в коммунальных отстойных прудах стандартного типа образуется 0,1 т метана и 0,1 т удобрений.
В Новой Зелацдии выращивание водорослей с целью очистки сточных вод и получения энергетического материала для переработки в биотопливо организовано в промышленном масштабе [5]. Эго позволит получать до 1000 т биодизельного топлива в год. Очищенная вода при этом пригодна для ирригации, а после дополнительной счистки и для питьевых целей.
Рассмотренные аспекты позволяют считать целесообразным разработку методологии промышленного выращивания энергетической биомассы микроводорослей для оптимизации экономики процесса очистки сточных вод и низкозатратного получения важного ресурса для альтернативной энергетики.
Литература.
1. Genera! features of algal growth in sewage oxidation ponds. A report of the Univ.Calif to the California State Water Pollution Control Board, Calif.State Printing Div., 1955, 48pp.
2. K. Wong, Kwong-yu Chan. Algal single cell protein production from sewage effluent with high salinity. Cellular and Molecular Life Sciences, Vol. 36, Number 9,1065-1066, 1980.
3. M.H.Wong, Y.H.Cheung, Gas production and digestion efficiency of sewage sludge containing elevated toxic metals. Bioresource technology, 1995, vol. 54, tf3,pp. 261-268.
4. T.Lundkwist, Production of microalgae on sewage. Proceedings of Polytechnical Univ. S. Lewis, 2007, p. 1-17.
5. E.Kiong. NZfirm makes bio-diesel from sewage in world first. The New Zealand Herald, October 22, 2008.
INDUSTRIAL AND TECHNOLOGICAL POTENTIAL OF MICROALGAE CULTIVATION IN THE SYSTEMS OF THE COMMUNAL WASTE WATERS TREATMENT AND IT IMPORTANCE FOR ALTERNATIVE ENERGY D.S. Strebkov, M.Yu. Ross,Yu.M. Shchekochikhin, I.A. Porev
Summary. In the article is outlined cultivation of algae with the double target: water purification and receiving of energy materials for processing to bio-fuel. In article are discussed technological and economical aspects that give perspectives of optimization of waste water treatment combined with receiving of important raw material with multifunctional purpose for alternative energy. Key words: alternative energy, renewable energy, new technologies, biomass, micro-algae.
УДАЛЕНИЕ ЖИРОВ МЕТОДОМ ФЛОТАЦИОННОЙ ОБРАБОТКИ СТОЧНЫХ ВОД
И. И. ПАВЛИНОВА, доктор технических наук, профессор
ЛИ. АНДРЮШИН, аспирант Московский институт коммунального хозяйства и строительства Тел.:(495)6783273
УДК 628.543
Резюме. Показана возможность управления размерами пузырей и оптимизации процесса флотации. По результатам проведенных исследований разработана методика определения оптимальных характеристик флотатора и выданы рекомендации по расчету параметров флотационных установок.
Ключевые слова: сточные воды, флотация, жир, бойни, маслозаводы, консервные заводы, рыбзаводы.
Флотация — процесс осветления стоков, основанный на способности нерастворимых твердых частиц перемещаться в гравитационном поле под действием силы тяжести и гидростатического давления. Этот метод имеет многочисленные преимущества перед другими:
быстрый запуск и малая инерционность на изменения нагрузки:
незначительные габариты;
нечувствительность к токсичности поступающих стоков;
эффективность по отношению к таким загрязнителям, как жиры, нефтепродукты, детергенты; дезодорация обработанных сточных вод; высокая концентрация сепарированных осадков и активных илов;
приемлемые эксплуатационные затраты. Физико-химическая очистка флотацией городских стоков снижает содержание взвешенных веществ на 95 %, БПК5 и ХПК — на 70...80 %, удаляет 95 % фосфатов.
Отдельно следует отметить возможность удаления масел и жиров. Они, как правило, не поддаются фильтрации, коллоидные и мелкодисперсные частицы не отстаиваются и нарушают биологические процессы очистки, затрудняя массоперенос кислорода. Эго особенно важно для предприятий пищеюй промышленности, перерабатывающих жиросодержащие продукты (бойни, салотопенные заводы, маслозаводы, консервные заводы, рыбзаводы и др.) [1].
Целью наших исследований было изучение процессов отделения жиров из сточных вод боен и мясокомбинатов и выдача рекомендаций по расчету оптимальных режимов работы флотационных установок.
Условия, материалы и методы. При проведении экспериментов воздушный компрессор создавал давление порядка 8 бар, что позволяло сжимать атмосферный воздух в гидрокомпрессоре. Сатурацией воды, выпускаемой из сопла гидрокомпрессора, управляли регулированием наддува путем изменения диаметра отверстия с помощью задвижки или калиброванной диафрагмы. При уменьшении давления во флотаторе происходило образование воздушных пузырей, регулирование их межфазной поверхности в смеси «газ-жидкость» осуществляли путем изменения степени насыщения воды сжатым воздухом в сатураторе.
Результаты и обсуждение. Предельную скорость движения суспендированных частиц можно рассчитать с достаточно высокой точностью, моделируя движение сферической частицы. Действительно, если приравнять силы гидростатического давления и силы сопротивления движению частицы, то получим:
г _ 4 у.а р' р
ТУ2 =-•
з сх а
(1)
где: W— предельная скорость частицы, м/ч; А — диаметр частицы, м/с2; у — ускорение силы тяжести;р’ ир
— удельные массы жидкости и частицы соответственно, кг/м?; Сх — коэффициент трения.
Коэффициент трения С — функция числа Не. При малых значениях Яе (<102) коэффициент трения для сферы можно с достаточно высокой точностью определить по формуле:
С~ 24/Яе (2)
где Яе-)¥(1/у, у — кинематическая вязкость, ст. Подставив уравнение (2) в (1), получим выражение для определения предельной скорости движения сферической частицы при малых значениях чисел Як
цг =
18 V
Р’Р
(3)
Восходящая скорость достаточно малых частиц во время отстаивания не может быть выше их предельной скорости осаждения. Увеличение последней возможно путем воздействия на ускорение (центрифугирование) и размер (флокуляция) частиц, а также вязкость (нагревание) среды.
При флотации в результате сцепления частиц с газовыми пузырями изменяется плотность,
В сточных водах, загрязненных органическими веществами, наиболее часто встречаются частицы диаметром 0,1 мм плотностью 1,05 г/л. Предельная скорость их отстаивания 1 м/ч. Такая же частица, сцепленная с пузырем газа равного объема, поднимается в воде на 14,5 м/ч. При плотности частицы 1,5 г/л она будет оседать по 10,0 м/ч и флотироваться со скоростью только 7,7 м/ч.
Таким образом, флотацию целесообразно применять в случае отделения легких частиц типа жировых загрязнений, отстаивание — при сепарации тяжелых частиц.
Процесс флотации более сложней, чем отстаивание, и дополнительно зависит от вероятности столкновений пузырей и частиц, а также способности пузырей закрепляться на частицах.
Вероятность столкновений пузырей и частиц, в свою очередь, зависит от количества, сечения (сечения захвата), времени пребывания пузырей в жидкой среде, а также ее турбулентности.
Число пузырей можно рассчитать по формуле: М-Кп{1/(1)\ (4)
площадь поперечного сечения (сечения захвата) пузыря)
$=К-(12, (5)
время пребывания пузыря (величина, обратная предельной скорости)
Т=К'(1/с1)2 (6)
при постоянной турбулизации вероятность столкновения частиц и пузырей зависит от диаметра последних; Р=.М-&Т=КпК;К;(1/(1У = К-(ШУ, (7)
где Кл, Кя и К( — соответственно эмперические коэффициенты числа пузырей, сечения захвата и времени пребывания пузыря. Способность пузырей фиксироваться на твердых частицах зависит главным образом от размеров пузырей вследствие явления поверхностного натяжения и гидрофобносги частиц. Эту характеристику можно оценить измерением угла смачивания а меж-
ду пузырем и частицей — чем он больше, тем больше сцепление.
Эксперименты показали, что хороший компромисс между эффективностью флотации и расходом потока жидкости для исследованных процессов достигается при получении пузырей со средним диаметром 50...70 мкм. Подставив эти величины в уравнение (3), можно определить, что предельная скорость воды при таких диаметрах пузырей не должна превышать 5...7 м/ч. В противном случае происходит их потеря из-за увлечения потоком воды.
Используя полученные данные, можно определить оптимальный расход стока через флотатор (2].
Аэрофлотация, в частности напорная флотация, основана на использовании зависимости растворимости газа в средах с различным парциальным д авлением: С=КР (8)
где С — концентрация растворенного газа г/м3, Р — парциальное давление газа Н/м\ К — константа.
При насыщении растворенного газа в воде под давлением Рв сатураторе и последующем снижении давления на величину ЛЯ во флотаторе происходит выделение газа пропорционально АР При быстром падении давления газа во флотаторе выделяются мелкие пузыри, размеры которых близки к оптимальным сточки зрения извлечения твердых частиц.
Средний диаметр совокупности пузырей линейно снижается при увеличении перепада давления на входе во флотатор (рис. 1). Таким образом, изменяя ве-
Рнс. 1. Изменение среднего диаметра пузырей в зависимости от перепада давления воздуха на входе во флотатор.
личину этого показателя можно оптимизировать процесс флотации.
Растворимость воздуха в воде уменьшается при повышении температуры и загрязненности воды, в частности, жиросодержащими частицами. Для ее ускорения необходимо увеличение степени перемешивания воздухо-жидкостной смеси самими пузырями или механическими средствами.
Разработанная методика определения оптимальных характеристик флотатора заключается в следующем. Для
оценки его размеров в первую очередь необходимо знать 2 параметра:
предельную скорость или удельный расход Уь, м/ч; отношение количества подаваемого воздуха к массе флотируемых твердых частиц ас см3/п
Предельная скорость—это скорость потока во флотаторе, выше которой сфлотированные частицы не успевают подняться и увлекаются очищенной водой. Она растет с увеличением количества подаваемого воздуха, приходящегося на единицу массы флотируемых веществ (рис. 2).
Рис. 2. Предельная скорость флотации в зависимости от отношения количества подаваемого воздуха к массе флотируемых твердых частиц (а).
По результатам испытаний жиросодержащих стоков мы вывели эмпирическую формулу, характеризующую взаимозависимость между К£и а’.
*; = 0,69а/'*-1,5 (9)
Мы установили, что существует оптимальное отношение количества подаваемого воздуха к массе флоти-рузмыхтвердыхчастица^, при котором имеет место ком-
120
100
ВО
с
ъ
X 60
о*
40
20
0
•
С, = 426,29.0 Я2 “0,9 ОД2«ц )
\ ■
« 4
12
17
а* см*/г
Рис. 3. Концентрация взвешенных веществ на выходе из флотатора в зависимости от отношения количества подаваемого воздуха к массе флотируемых твердых частиц (а)
промисс между предельной скоростью потока жидкости во флотаторе У1 и концентрацией взвешенных веществ в осветленной воде на выходе из флотатора С (рис. 3). Как было отмечено ранее предельные скорости потока жидкости составляют 5...7 м/ч. Поэтому в каждом конкретном случае оптимальные параметры флотатора надо определять исходя из такого д иапазона при условии соблюдения заданных требований по осветлению сточных вод, поступающих на аэробную биологическую очистку Использование установки, параметры которой были рассчитаны с помощью полученных зависимостей , дало возможность обеспечить необходимую степень очистки сточных вод (см. табл.).
Одно из преимуществ флотации, по сравнению с отстаиванием, пониженная влажность отходов, вывод имых из флотатора и подлежащих утилизации. Это происходит благодаря тому, что выталкиваемые пузырями газа твердые частицы выводятся на уровне выше поверхности воды, и далее отцеживаются естественным порядком. Увеличение количества подаваемого воздуха, приход ящегося на единицу массы флотируемых веществ, приводит к снижению влажности сбрасываемых отходов.
Потребление электроэнергии при аэрофлотации.
Таблица. Очистка жиросодержащих стоков
Вещества | Вход, I ! мг/л | Выход, мг/л Очистка, %
Взвешенные вещества 1350 26 98
бпк5 1700 360 79
хпк 5300 860 84
Жир 1580 120 92
POi 60 9 77
N 70 16 85
хотя и выше, чем при отстаивании, но остается относительно небольшим. Оно во многом зависит от флотационной способности веществ, находящихся во взвешенном состоянии, и при концентрации взвешенных веществ ниже 2 г/л колеблется в д иапазоне 100.. .200 вт/м3 • ч обработанного стока. В случае большего загрязнения необходимо исходить изтого, что на 1 кг выделенных веществ расходуется 50.. Л 00 вт электроэнергии.
Выводы* Приведенные результаты показывают, что применение флотации должно быть обосновано в каждом конкретном случае, исходя из технико-экономических показателей и достижения заданных предельно допустимых концентраций взвешенных веществ в сточных водах, подаваемых на последующие ступени очистки.
Литература.
Луценко Г.Н., Цветкова А.Я., Свердлов И.Ш. Физико-химическая очистка городских сточных вод.-М.: Стройюдат, 1984.-88 с. Технические записки по проблемам водв.Пер. с англ. В 2-х т. Под ред. ТА. Карюхиной, И.Н. Чурбановой. —М. : Стройиздат, 1983. — 607 с.
REMOVAL OF FATS BY FLOTATION WORKING OF EFFLUENTS 1.1. Pavlinova, A.I. Andryushin
Summary. The possibility of bubble dimension control and flotation process optimization is shown. According to the results of the conducted investigations the method of flotator optimal characteristics determination is developed and recommendations regarding the calculation of flotation units parameters are given.
Keywords; effluents, flotation, fat, slaughterhouses, butter dairy, canning factories, fish-factories.
УДК 631173.658.58
УПРОЧНЕНИЕ РАБОЧИХ ОРГАНОВ СЕЛЬХОЗМАШИН МЕТОДОМ ПОВЕРХНОСТНОГО ПЛАСТИЧЕСКОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ В ПЕРЕМЕННОМ МАГНИТНОМ ПОЛЕ
А.С. ТАРАНОВ, кандидат технических наук, доцент
Курганская ГСХА Тел.:(3523)421061
Резюме. В статье представлена технология упрочнения рабочих органов сельхозмашин методом поверхностного пластического деформирования в переменном магнитном поле. Приведены результаты экспериментов по сравнению эксплуатационных характеристик рабочих органов сельхозмашин, подвергнутых поверхностному пластическому деформированию в ПМП и наплавленных сормайтом №1.
Ключевые слова: технология, упрочнение, поверхностное пластическое деформирование, наплавка, сор-майт, лемех.
Повышение износостойкости рабочих органов сельскохозяйственных машин — важнейшая научная, технологическая и экономическая проблема. Износостойкость металлов и сплавов при эксплуатации рабочих органов — величина переменная. В различных условиях (тип почвы) износ происходит по-разному. Очевидно, что металл рабочих органов должен обладать способностью адаптироваться к реальным условиям трения. Поверхностное пластическое деформирование в переменном магнитном поле (ПГЩ в ПМП) — эффективная технология улучшения эксплуатационных характеристик деталей сельскохозяйственных машин [3]. Её применение позволяет повысить усталостную прочность деталей на 50...80 %, твёрдость рабочих поверхностей — на 20...30 %, снизить шероховатость поверхности на
2.. .3 квалитега. Метод обеспечивает способность металла самоорганизовываться в условиях возмущающих воз-
