CC BY
35
УДК 628.162.1(043)
*
А.Ю. Курбатов, Ю.М. Аверина , О.В. Зверева
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125190, Москва, Миусская пл., 9 e-mail: averinajm@mail.ru
ВАРИАНТ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ БЛОК-СХЕМЫ И ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ОРГАНИЗАЦИИ ПРОЦЕССА ОБЕЗЖЕЛЕЗИВАНИЯ ВОД СЛОЖНОГО СОСТАВА
В работе рассматривается вариант комплексной очистки природных вод сложного состава для организации процесса обезжелезивания. Приведена последовательность очистки, принцип действия и состав каждого модуля в созданном комплексе. В результате, сочетание приемов волновой механики и фильтрации дало оптимальный результат.
Ключевые слова: модули, обезжелезивание, вода сложного состава, волновая технология, керамическая мембрана, фильтрационная установка.
Природная вода представляет собой сложную дисперсную систему, содержащую множество разнообразных минеральных и органических примесей. Эти примеси делятся по фазово-дисперсному состоянию, в зависимости от которого и выбирают наиболее подходящие методы очистки такой воды.
Если размер частиц не менее чем 10-3 мкм, то примеси образуют с водой гетерогенную (неоднородную многофазную) систему При размере частиц более 10"1 мкм они образуют суспензии.
Комплексная очистка воды включает в себя последовательную её обработку различными методами. Следовательно, комплексная система очистки воды от железа будет состоять из модулей очистки, в которых будет осуществляться необходимая стадия очистки.
Наиболее простым, дешевым и экологически рациональным способом окисления железа в природных водах можно считать способ окисления кислородом воздуха [1].
Исходя из этого, основным вариантом исполнения комплексной системы было решено считать суммарную последовательность следующих модулей очистки:
1. Модуль предочистки - для удаления примесей более 0,1 мм (на основе технологии механической очистки).
2. Модуль окисления - для экологического окисления растворенных форм железа (технология на основе приёмов волновой механики).
3. Модуль фильтрации - для промежуточной стадии фильтрации основной части, образовавшихся в процессе окисления нерастворимых форм соединений железа (на основе фильтрования через двухслойный засыпной фильтр).
4. Модуль ультрафильтрации - для проведения финишной тонкой фильтрации обрабатываемой воды (на основе применением керамических мембран).
Главная задача модуля предочистки состоит в устранении загрязнений, способных "забить"
тангенциальные каналы волнового
гидродинамического устройства (ВГУ),
применяемого в последующем модуле окисления. По техническим соображениям диаметр
тангенциальных каналов ВГУ не будет превышать 1 мм. Следовательно, модуль предочистки природных вод должен быть способен удалять из воды механические загрязнения размером более 0,1 мм с эффективностью не менее 99%.
Принцип действия модуля окисления основан на использовании основ волновой механики с целью окисления примесных веществ кислородом воздуха, растворенным в воде. Основным рабочим элементом данного модуля является волновое гидродинамическое устройство (ВГУ).
Эффективность ВГУ заложена в его геометрических параметрах в сочетании с гидродинамическими характеристиками потока обрабатываемой воды.
На рисунке 1 представлена принципиальная схема применяемого волнового гидродинамического устройства с подачей воздуха непосредственно в его рабочую камеру.
При прохождении через ВГУ в жидкости реализуются как кавитационные, так и волновые эффекты [2-5], о которых уже говорилось ранее. Так же, в результате волновой обработки происходит максимальное насыщение воды кислородом воздуха. Все это приводит к тому, что в емкости с обработанным раствором достигается значительное увеличение удельной поверхности контакта фаз вода-воздух, способствуя интенсификации процесса окисления ионов Fe2+, содержащихся в воде. За счет использования волновой обработки получается почти максимальная площадь контакта фаз вода-воздух, что обеспечивает максимальную эффективность окисления ионов железа Fe2+ с быстрым переводом их во взвешенную форму Fe3+ при малых габаритах самого модуля окисления. В ходе экспериментов по влиянию изменения геометрических параметров ВГУ на скорость окисления железа удалось добиться режима кавитации, сопровождающейся стабильной сонолюминесценцией.
воздух
Рис. 1 - Принципиальная расчетная схема применяемого ВГУ с подачей воздуха Ь - длина рабочей камеры, К - радиус рабочей камеры, и - диаметр входных тангенциальных каналов.
Следовательно, работа ВГУ может происходит в двух основных режимах:
• волновая обработка с эжектированием воздуха;
• волновая обработка в режиме кавитации, сопровождающейся сонолюминесценцией (без эжектирования воздуха).
Загрузка фильтра в модуле фильтрации состоит из материалов с различной плотностью и размером частиц. Вниз фильтра засыпают мелкие тяжелые частицы, а на них сверху засыпают крупные легкие. При таком фильтровании крупные загрязнения задерживаются в верхнем слое загрузки, а оставшиеся мелкие - в нижнем. Следовательно, работает весь объем загрузки (по мере насыщения верхних слоев загрузки процесс фильтрации переходит на нижерасположенные). В нашем случае в качестве загрузки применяли кварцевый песок и гидроантрацит. В нижнюю часть фильтра загружали
слой кварцевого песка с размером зерен 0,7 - 0,9 мм, а в верхнюю слой гидроантрацита с размером зерен 1,1-1,3 мм.
При взрыхляющей промывке фильтра слои песка и гидроантрацита не перемешиваются, так как плотность гидроантрацита вдвое меньше плотности кварцевого песка.
Промывка осуществляется обратным током воды. Промывная вода в процессе отмывки сбрасывается в систему канализации.
В модуле ультрафильтрации вода очищается от примесей размером более 0,2 мкм, проходя через высокоэффективные фильтры с наноструктурной керамической мембраной.
Схема опытной установки для волновой обработки воды, содержащей ионы Ре2+, с ее последующей фильтрацией представлена на рис. 2.
Сброс регенероционных вод
Рис. 2. Схема опытной установки для волновой обработки воды
Н1, Н2 - насосы, Е1, Е2, Е3 - накопительные емкости, УЬ1-УЬ19 - вентили, Р1, Р2 - манометры, ВГУ - волновое гидродинамическое устройство, ФС - фильтр сетчатый, ФА - фильтр засыпной (гидроантрацит), ФМ - фильтр мемранный, НР1 - гидрофон, АС - анализатор спектра, ВМ - вычислительная машина.
Созданная комплексная (КС) система базируется на следующих новых материалах, разработках и технологических процессах:
• применение волновой обработки очищаемой воды для интенсификации процесса окисления ионов двухвалентного железа, содержащихся в воде;
• использование сонолюминесценции, как косвенного показателя интенсивности кавитационных явлений в обрабатываемой среде;
• создание за счет ВГУ высокой концентрации воздушных пузырьков микронного масштаба в обрабатываемой воде, необходимой для окисления растворенных примесей;
• мембранные фильтроэлементы, обеспечивающие длительный устойчивый эффект тонкой очистки воды.
Модули соединяются между собой посредством труб (полипропилен, сталь) и имеют присоединительные размеры трубной резьбы - 1/2" или 3/4". Потребляемая мощность КС не будет превышать 5 кВт при производительности 2м3/ч.
На данной установке можно очищать воду с любым исходным содержанием растворенного в ней кислорода. Если обрабатываемая вода имеет низкое содержание растворенного в ней кислорода (артезианская вода), то сначала проводят насыщение воды кислородом воздуха с помощью волновой обработки при эжектировании воздуха в ВГУ.
Результаты испытаний разработанного образца комплексной системы, производительностью 2 м3/ч, представлены в таблице 1.
Таблица 1. Результаты исследований эффективности
очистки КС
Показатель Ед. До После ПДК
измерения очистки очистки
Жесткость мг-экв./л 7,04 2,3 7,0
общая
Железо мг/л 5,2 0,07 0,3
общее
Мутность Ед.ЕМФ, мг/л 59 0,5 1,5
pH - 6.6 6.6 6-9
Цветность град 25 5 20
Курбатов Андрей Юрьевич - инженер на производстве ОДО «Вентал», Республика Беларусь, Могилёв
Аверина Юлия Михайловна - ассистент кафедры химии и технологии антикоррозионных материалов Российского химико-технологического университета им. Д.И.Менделеева, Россия, Москва.
Зверева Ольга Владимировна - заведующий лаборатории ООО «БИНАКОР-ХТ», Россия, Москва.
Литература
1. Николадзе Г.И., Минц Д.М., Кастальский А.А. Подготовка воды для питьевого и промышленного водоснабжения. - М.: Высшая школа. 1984. 368 с.
2. Федоткин. П.М. Кавитация, кавитационная техника и технология, их использование в промышленности. Ч. 2. Киев: ОКО, 2000. 898 с.
3. Костров С.А. Автоколебательные режимы движения в системах с жидкостью и газом. 1988, 153 с.
4. Калашников Г. А. Автоколебательные режимы в вихревых гидродинамических генераторах колебаний: Автореф. дис. на соиск. учен. степ. канд. техн. наук : 01.02.06 / Российская академия наук. Ин-т машиноведения. - М., 1993. 24 с.
5. Украинский Л. Е. Динамические основы волновой технологии: Дис. ... д-ра техн. наук : 01.02.06, 01.02.05 : М., 2006 239 с. РГБ ОД, 71:06-5/417.
Kurbatov Andrey Yuryevich, Averina JuliaMichaylovna*, Zvereva Olga Vladimirovna Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia *e-mail: averinajm@mail.ru
OPTION SCHEMATIC BLOCK DIAGRAM, HYDRAULIC DIAGRAM ORGANIZATION OF WATER IRON REMOVAL COMPLEX COMPOSITION
Abstract
This paper considers the option of complex water purification complex structure for the organization of iron removal process. The sequence of cleaning, operation and composition of each module in the generated complex. As a result, the combination methods of wave mechanics and filtration gave the best result.
Key words: Module; removal of iron; water complex composition; wave technology; ceramic membrane; filtration plant.
