Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Повышение экологической эффективности технологии очистки сточных вод флотационно-гравитационным способом Сеник Елена Владимировна

Повышение экологической эффективности технологии очистки сточных вод флотационно-гравитационным способом
<
Повышение экологической эффективности технологии очистки сточных вод флотационно-гравитационным способом Повышение экологической эффективности технологии очистки сточных вод флотационно-гравитационным способом Повышение экологической эффективности технологии очистки сточных вод флотационно-гравитационным способом Повышение экологической эффективности технологии очистки сточных вод флотационно-гравитационным способом Повышение экологической эффективности технологии очистки сточных вод флотационно-гравитационным способом Повышение экологической эффективности технологии очистки сточных вод флотационно-гравитационным способом Повышение экологической эффективности технологии очистки сточных вод флотационно-гравитационным способом Повышение экологической эффективности технологии очистки сточных вод флотационно-гравитационным способом Повышение экологической эффективности технологии очистки сточных вод флотационно-гравитационным способом Повышение экологической эффективности технологии очистки сточных вод флотационно-гравитационным способом Повышение экологической эффективности технологии очистки сточных вод флотационно-гравитационным способом Повышение экологической эффективности технологии очистки сточных вод флотационно-гравитационным способом Повышение экологической эффективности технологии очистки сточных вод флотационно-гравитационным способом Повышение экологической эффективности технологии очистки сточных вод флотационно-гравитационным способом Повышение экологической эффективности технологии очистки сточных вод флотационно-гравитационным способом
>

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Сеник Елена Владимировна. Повышение экологической эффективности технологии очистки сточных вод флотационно-гравитационным способом: диссертация ... кандидата Технических наук: 03.02.08 / Сеник Елена Владимировна;[Место защиты: ФГБОУ ВО Российский государственный университет нефти и газа (национальный исследовательский университет) имени И.М. Губкина], 2017.- 149 с.

Содержание к диссертации

Введение

ГЛАВА 1. Состояние вопроса. цель и задачи исследований 13

1.1 Обзор существующих методов и аппаратов очистки сточных вод от загрязнений 13

1.1.1 Очистка воды гравитационным способом 14

1.1.2 Очистка сточных флотационным способом 17

1.1.3 Модели флотации 19

1.1.4 Комбинированные флотационные аппараты 26

1.2 Цели и задачи исследования 38

ГЛАВА 2. Методики экспериментальных исследований 39

2.1 Приготовление растворов реагентов и модельных стоков 39

2.2 Методики проведения анализов воды 39

2.3 Описание лабораторного флотоотстойника 40

2.4 Методики проведения экспериментальных исследований по изучению кинетики очистки стока, содержащего гидрофобные и гидрофильные загрязнения, флотационно-гравитационным способом на лабораторной установке 41

2.5 Описание опытно-лабораторной установки 43

2.6 Методика проведения экспериментальных исследований по изучению очистки сточных вод во флотоотстойнике на опытно-лабораторной установке 45

2.7 Выводы по главе 2 45

ГЛАВА 3. Теоретические исследования 46

3.1 Модели очистки стока, содержащего гидрофобные и гидрофильные загрязнения, флотационно-гравитационным способом 46

3.1.1 Одновременное проведение флотации и отстаивания 46

3.1.2 Последовательное проведение отстаивания и флотации 52

3.1.3 Последовательное проведение флотации и отстаивания 53

3.2 Блок расходящихся или сходящихся пластин 54

3.2.1 Блок расходящихся пластин 55

3.3.2 Блок сходящихся пластин 71

3.3.3 Сравнение различных блоков 71

3.5 Выводы по главе 3 79

ГЛАВА 4. Экспериментальные исследования 80

4.1 Проведение экспериментальных исследований по изучению кинетики очистки стока, содержащего гидрофобные и гидрофильные загрязнения, флотационно-гравитационным способом 80

4.2 Проведение экспериментальных исследований по изучению процесса очистки стока во флотоотстойнике 86

4.3 Выводы по главе 4 89

ГЛАВА 5. Методика расчета различных видов флотоотстойников 90

5.1 Выбор типа флотоотстойника 92

5.2 Выбор параметров флотоотстойника 92

5.3 Расчет блока пластин 92

5.4 Расчет времени очистки сточных вод во флотоотстойнике и его рабочего объема 94

5.4.1 Флотоотстойник колонного типа 94

5.4.2 Флотоотстойник c последовательными камерами 97

5.5 Примеры расчета флотоотстойников различных типов 99

5.5.1 Пример расчета флотоотстойника колонного типа 99

5.5.2 Пример расчета флотоотстойника с последовательно расположенными камерами отстаивания и флотации 107

5.6 Выводы по главе 5 111

ГЛАВА 6. Технико-экономическая оценка очистки сточных вод с использованием комбинированных флотоотстойников и внедрение в практику 112

6.1 Технико-экономические рекомендации к использованию флотоотстойников для очистки сточных вод с гидрофобными и гидрофильными загрязнениями 112

6.2 Внедрение флотоотстойника 114

6.3 Выводы по главе 6 128

Основные результаты и выводы 129

Список использованных источников

Введение к работе

Актуальность проблемы

Республика Башкортостан относится к регионам с высокоразвитой нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленностью. Согласно «Государственного доклада о состоянии природных ресурсов и окружающей среды республики Башкортостан в 2014 году», свыше 91 % от общей массы загрязнителей природных водоисточников региона обусловлено поступающими в водоем недоочи-щенными сточными водами указанных производств, содержащими нефтепродукты (НП). Потенциальными источниками загрязнения водных объектов НП также являются аварийные инциденты, эмиссия атмосферных выбросов, дюкерные переходы магистральных нефте- и продуктопроводов, пересекающие поверхностные водоемы. В настоящее время НП признаны глобальными загрязнителями, требующими повышенного внимания.

Другими техногенными загрязнителями окружающей среды, получившими широкое распространение, являются эфиры фталевой кислоты (ЭФК), поступающие в водные объекты при производстве, использовании и утилизации полимерных материалов, выпуск которых за последние десятилетия интенсивно растет.

Рост общей техногенной нагрузки на водоемы приводит к тому, что значительная часть поверхностных и подземных вод не отвечают требованиям, предъявляемым к водам хозяйственно-питьевого назначения. Устаревшим технологиям водоподготовки становится все труднее справляться с очисткой природной воды от широкого класса антропогенных загрязнений. В связи с этим особую актуальность приобретает внедрение высокочувствительных методов анализа, позволяющих работать с насыщенными матрицами природных объектов, определять загрязнители в трансформированном виде.

С другой стороны, возникают проблемы, связанные с выбором системы оценивания качества воды, обогащенной техногенными примесями. Благодаря развитию медицинской науки появились доказательства срабатывания принципов аддитивности, синергизма, комбинированного действия токсикантов. Для оценки таких видов воздействия специалистами, работающими в области гигиенического нормирования, предложен новый интегральный показатель химической безвредности питьевой воды, учитывающий негативное влияние на здоровье человека как нормируемых, так и ненормируемых соединений. Данный подход рекомендован к внедрению, в том числе предприятиями, эксплуатирующими централизованные системы хозяйственно-питьевого водоснабжения, для корректировки программ производственного контроля.

Таким образом, проведение работ, посвященных проведению мониторинга приоритетных региональных загрязнителей, внедрению современных подходов для оценки химической безвредности питьевой воды, а также поиск путей совершенствования технологий водоподготовки, является актуальным.

Цель работы: мониторинг питьевой и природной воды г. Уфы в отношении техногенных органических загрязнителей с целью выявления их вклада в величину интегрального показателя химической безвредности питьевой воды.

Задачи исследования:

  1. разработать методику измерения массовой концентрации эфиров фталевой кислоты (ЭФК) в питьевых и природных водах, позволяющую проводить одновременное определение содержания соединений с молекулярной массой до 600 а.е.м., составляющих общий органический фон воды (подбор условий извлечения аналитов, устранение мешающего матричного фона, разработка способа подготовки посуды, набор статистического материала);

  2. выявить факторы, влияющие на содержание ЭФК, алкилбензолов, н-алканов в воде выбранных объектов, с помощью математических методов обработки данных;

  3. провести мониторинг состояния питьевой и инфильтрованной воды основных водозаборов города, а также воды р. Уфы, р. Белой, сточных вод, поступающих на очистные сооружения, по составу и содержанию нефтепродуктов (НП);

  4. определить значения отношений содержаний реперных соединений, выбранных для идентификации НП (децилбензола (ДБ), втор-ундецилбензола (втор-УБ), пентадецилбензола (ПДБ), тетрадецилбензола (ТДБ), тридецилбензола (ТриДБ) для воды р. Белой и хлорированной воды. Получить математические зависимости, позволяющие определить продолжительность контакта НП с водой р. Белой, с хлорированной водой.

  5. провести интегральную оценку качества питьевой воды г. Уфы по показателям химической безвредности (канцерогенные, неканцерогенные риски, ольфактор-но-рефлекторные эффекты) и выявить наиболее значимые загрязнители питьевой воды, влияющие на величины рисков для здоровья населения;

  6. предложить подход для повышения эффективности технологии водоподготов-ки.

Научная новизна:

выявлено, что эффективность очистки речной воды при ее инфильтрации через грунты зависит от удаленности скважин от возможных источников загрязнения и от природы техногенных органических соединений. Для рассматриваемых классов эффективность сорбции в грунтах инфильтрационных водозаборов г. Уфы уменьшается в ряду ЭФК > н-алканы > алкилбензолы.

с использованием метода анализа временных рядов выявлено, что основной вклад в изменчивость временного ряда содержания ЭФК, алкилбензолов, н-алканов вносит случайная составляющая (63,9-84,6 %);

показано, что на инфильтрационных водозаборах фильтрации поверхностной воды сквозь подземные грунтовые слои недостаточно для сглаживания сезонных эффектов;

при проведении интегральной оценки качества питьевой воды г. Уфы по показателям химической безвредности показано превалирование вклада канцерогенного риска по сравнению с другими видами рисков в величину интегрального показателя химической безвредности питьевой воды.

Практическая значимость:

  1. разработана методика измерения массовой концентрации шести ЭФК, позволяющая проводить определение в диапазоне 0,0008-0,02 мг/дм3 при параллельном исследовании общего органического фона природной и питьевой воды;

  2. определены значения отношений содержания реперных соединений (длинноце-почечные алкилбензолы С16-С21), позволяющих увеличить надежность идентификации НП в воде р. Белой и хлорированной воде;

  3. получено уравнение, позволяющее определять время контакта НП с водой р. Белой;

  4. проведено ранжирование основных водозаборов г. Уфы по интегральному показателю химической безвредности. Показано, что большее значение интегрального показателя соответствует питьевой воде поверхностного водозабора (3,79), меньшее - питьевой воде инфильтрационного водозабора, в технологии которого для обеззараживания используется ультрафиолетовое облучение (0,58);

  5. предложено технологическое решение для очистки природной воды от НП, ЭФК с использованием в качестве флокулянта нетоксичного природного полисахарида хитозана на стадии реагентной обработки воды. Показано снижение содержания НП (по суммарному содержанию алкилбензолов, н-алканов, нафте-нов и алкилнафталинов) на 94 %, ДЭГФ - на 95 % с дополнительным эффектом снижения концентрации природных органических соединений - основных предшественников образования токсичных продуктов при хлорировании.

Положения, выносимые на защиту:

  1. результаты мониторинга состояния питьевой и природной воды г. Уфы по составу и содержанию эфиров фталевой кислоты, н-алканов и алкилбензолов и эффективности очистки воды от этих соединений на водозаборах разного типа;

  2. результаты мониторинга состояния питьевой и инфильтрованной воды основных водозаборов города, а также воды р. Уфы, р. Белой, сточных вод, поступающих на очистные сооружения города, по составу и содержанию НП;

  3. подходы для определения НП в свежем и деградированном виде и определения времени их контакта с водой р. Белой, питьевой водой;

  1. интегральная оценка качества питьевой воды г. Уфы по показателям химической безвредности (канцерогенные, неканцерогенные риски, ольфактор-но-рефлекторные эффекты), наиболее значимые загрязнители питьевой воды с точки зрения вероятности возникновения рисков для здоровья населения;

  2. рекомендации по повышению барьерной роли водозаборных сооружений.

Апробация работы. Результаты исследования докладывались на

следующих научных конгрессах, конференциях и семинарах: 8-й Международный конгресс «Вода: экология и технология» Экватэк-2008 (Москва, 2008г.); XIII ежегодный научно-практический семинар «Вопросы аналитического контроля качества вод» (Москва, 2008 г.); VI, VII, VIII, X Всероссийские конференции по анализу объектов окружающей среды «Экоаналитика» (Самара, 2006 г., Йошкар-Ола, 2009 г., Архангельск, 2011 г, Углич, 2016 г.); IV Международная конференция «Экстракция органических соединений» (Воронеж, 2010 г.); Научно-практическая конференция «Государственная политика в области охраны окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов» (Уфа, 2010 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 работ, в том числе 4 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК, 8 тезисов докладов, получено 2 патента РФ на изобретения.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 3 глав, выводов, списка литературы и приложения. Список литературы включает 269 наименований. Общий объем работы составил - 149 страниц, в том числе 23 таблицы, 33 рисунка, 1 приложение.

Комбинированные флотационные аппараты

Одним из важнейших параметров флотационного способа является время флотации. На практике в большинстве случаев оно принимается равным от 20 до 30 мин согласно рекомендациям [25, 26]. Но в большинстве случаев это время больше или меньше действительно необходимого времени, что приводит либо к неоправданному увеличению рабочего объема аппарата, либо к снижению эффективности очистки. В этой связи для более точного определения времени флотации целесообразно использовать модель кинетики флотации, учитывающую параметры флотации, которая должна быть достаточно точной и в то же время простой для использования ее для расчетов. Рассмотрим более подробно существующие модели флотации.

Процесс флотации изначально применялся в процессах обогащения, где получил широкое распространение. Поэтому большинство моделей флотации создавались именно как для способа обогащения полезных ископаемых. Процесс флотации, как способ очистки сточных вод, во многом схож с процессом флотационного обогащения, в этой связи представляется целесообразным рассмотрение в том числе существующих моделей флотации для обогащения.

Одной из первых моделей кинетики флотации является уравнение, выведенное К. Ф. Белоглазовым [36]. При выводе уравнения К. Ф. Белоглазова принимается, что флотируемость зерен не изменяется в течение флотации (пульпа мономинеральна и монодисперсна) и что объем пульпы, скорость подачи и дисперсность воздуха и время пребывания пузырьков в пульпе постоянны, а также процесс не лимитируется недостатком свободной поверхности воздушных пузырьков, то есть имеет место свободная флотация [37]. В итоге выход: = і - e-Kt где t - время флотации; К - константа скорости, которая учитывает свойства аппарата, а также характеристики частиц и пузырьков.

Таким образом, уравнению К. Ф. Белоглазова является уравнением флотации первого порядка. Хотя уравнение К. Ф. Белоглазова отличается простотой, но на практике допущения, принятые К. Ф. Белоглазовым, практически никогда не выполняются, что приводит к значительным отклонениям теоретической и экспериментальной кривых. Кроме того, согласно уравнению К. Ф. Белоглазова, процесс флотации уже в самом начале имеет максимальную скорость, равную К. В реальности необходим промежуток времени, за который процесс флотации должен набрать скорость, то есть за это время должно произойти столкновение частицы с пузырьком, закрепление и вынос флотокомплекса в пенный слой [37]. Кроме того, модель К. Ф. Белоглазова не учитывает наличие промежуточного комплекса частица-пузырек, что является существенным недостатком.

Кроме того были рассмотрены уравнения А. Д. Погорелого [37, 38], работы Д. Кесалла, В. И. Мелких, З. В. Волковой, С. И. Митрофонова, С. И. Крохина и др., а также двухфазные модели флотации, учитывающие обратимость процесса, предложенные Н. Арбайтеном и С. Харрисом, Т. Миком и Д. Фюрстенау [37].

В некоторых работах изучается взаимодействие частиц с пузырьками воздуха. Например, в работах Назимко Е. И. [39 – 41] рассматривается элементарный акт флотации угля, представлено компьютерное моделирование взаимодействия мелких частиц с воздушными пузырьками при образовании флотокомплекса. Установлено, что при увеличении эксцентриситета столкновения пузырька и частицы вероятность образования флотокомплекса снижается, а также снижается время существования флотокомплекса даже при условии первоначального закрепления частицы [39 – 41]. Также отмечено, что важное значение имеет угол столкновения частицы с пузырьком [39 – 41]. Исследование взаимодействия частиц угля с воздушными пузырьками на микроуровне при различных скоростях движения взаимодействующих элементов представлено в работе [42].

Взаимодействие пузырька и частицы рассматривалось иностранными авторами. Например, в работе [43] представлена модель, основанная на интегрированной вычислительной динамики жидкости, для предсказания эффективности столкновения частицы и пузырька в турбулентном потоке. В работе [44] представлены экспериментальные исследования по взаимодействию частицы и пузырька при флотации для подтверждения теоретических данных, полученных с использованием этой модели. С использованием аналогичных моделей были получены параметры микрокамерной колонны и камеры Джеймсона, которые получили широкое распространение при флотации угля [45].

Кинетическая модель напорной флотации, учитывающая влияние сил Ван-дер-Ваальса и электростатических сил, представлена в работах [46, 47]. С ее использованием можно определить зависимость общей скорости флотации от размеров пузырьков и частиц и от межчастичных сил [47].

Модели, описывающие элементарный акт флотации, не представляется возможным использовать в расчетах, так как они не дают представления об общей эффективности флотационного процесса и времени флотации.

Несомненно, накопленные теоретические знания о флотационном процессе, использующемся при обогащении руд, можно использовать для описания процесса флотационной очистки сточных. Но следует учитывать, что состав сточных вод отличается от пульпы, и что при очистке сточных вод целью является более полное извлечение загрязнений из воды, когда при обогащении -отделение полезных минералов от пустой породы. В работе [48] приведено сравнение параметров процессов флотации сточных вод и пенной флотации минералов. В частности, показано, что при флотации воды используют пузырьки меньшего диаметра (от 30 до 600 мкм в зависимости от аппаратурного оформления), чем при пенной флотации минералов (от 600 до 2000 мкм) [48].

Что касается флотации сточных вод, в работе [49] представлен механизм флотации эмульгированных жирных кислот, являющихся основным загрязнителем сточных вод после экстракционного извлечения и разделения цветных и редких металлов. Авторами [49] проведены экспериментальные исследования, которые показали, что в слабокислой среде (рН=6) степень извлечения составляет 97 %, и процесс флотации описывается кинетическим уравнением первого порядка.

Методики проведения экспериментальных исследований по изучению кинетики очистки стока, содержащего гидрофобные и гидрофильные загрязнения, флотационно-гравитационным способом на лабораторной установке

Течение в диффузоре (блоке расходящихся пластин) зависит от его геометрических параметров, состояния потока на входе, а также от числа Маха и числа Рейнольдса, причем основным параметром является число Рейнольдса [114]. Число Рейнольдса для плоского диффузора можно найти по формуле [111 – 113]: Q v R где Q - расход, м2/с; v - кинематический коэффициент вязкости, м2/с (для воды при температуре 20 С вязкость равна 0,01012 см2/с) При этом расход Q является постоянной величиной и находится как [111 -113]: Ро Q = 2r vd p\=2r - р0 \vcp\=p-r ср Mo I

Очевидно, что течением, при котором имеет место минимальные градиенты скорости, является симметричное везде расходящееся течение, следовательно, именно это течение будет способствовать сохранению хлопьев частиц загрязнений и флотокомплексов. Для того чтобы течение в диффузоре (элементе блока расходящихся пластин) было симметричным везде расходящимся должно выполняться следующее условие [111 - 113]: Re 12 о или ср 12ср0 \ср0 J V \(р0 J Найдем значения углов наклона пластин блока расходящихся пластин друг к другу, при которых выполняется условие симметричности течения, при определенных параметрах элемента блока расходящихся пластин. Основными параметрами блока являются расстояние между пластинами на входе и средние скорости течения потока на входе и выходе из блока, представляющего собой пакет расходящихся под углом друг к другу пластин.

Согласно [25, 26] в блоках тонкослойного осветления, состоящих из параллельных пластин, рабочую глубину зоны осаждения ha рекомендуется принимать от 25 до 200 мм, соответственно расстояние между пластинами: Ъп = hti cos а, где а - угол наклона пластин к горизонту [25, 26]. С учетом этого, расстояние между пластинами варьируется в диапазоне от 12,5 мм до 141 мм. Что касается скоростей потока на входе и выходе из элемента блока расходящихся пластин (диффузора), то на входе в диффузор средняя скорость должна соответствовать скорости в камере отстаивания (от 5 до 10 мм/с), а на выходе, во флотационной камере (не более 5 мм/с) [25, 26]. Рассмотрим более подробно геометрию диффузора (рисунок 23).

На рисунке 23 представлен элемент блока расходящихся пластин (диффузор), представляющий две соседние пластины блока расходящихся пластин с углом 20. Блок имеет следующие параметры: расстояние между пластинами b1, скорость потока на входе в элемент блока расходящихся пластин (диффузор) v1 на расстоянии г0 от центра диффузора. Из рисунка 23 очевидно, что: г л = Таким образом, на основе вышеизложенного, для того, чтобы в элементе блока расходящихся пластин (диффузоре) развивалось симметричное везде расходящееся течение необходимо, чтобы выполнялось следующее неравенство:

Найдем значение углов р0, при которых выполняется данное неравенство, при максимальных значениях Ъ1 и vср1, то есть при Z?1=140 мм, а vср1=10 мм/с. При меньших значениях параметров Ъ1 и vср1 неравенство будет выполняться в большем диапазоне углов щ. Таким образом, подставляя значения в неравенство, получаем: Решая данное неравенство, получаем, что оно справедливо в диапазоне углов 0 от 0 0 до 1 0, значит при углах, превышающих 10 при заданных параметрах блока расходящихся пластин течение в диффузоре будет несимметричным. При меньших значениях Ъ1 и vср1 данное неравенство будет выполняться для больших углов. Значит в блоке расходящихся пластин, в котором угол наклона пластин друг к другу под углом не более 20, будет иметь место только симметричное везде расходящееся течение жидкости.

На практике максимальные значения параметров блока расходящихся пластин (типа диффузор), при которых производился расчет, могут использоваться в крайне редких случаях. Расчетные значения таких углов наклона между пластинами, при которых в блоке расходящихся пластин развивается течение, которое способствует сохранению хлопьев частиц загрязнений, для различных расстояний между пластинами (со стороны камеры отстаивания) и скоростей в камере отстаивания представлены в таблице 5.

Таблица 5 – Максимальные углы между пластинами блока расходящихся пластин при различных расстояниях между пластинами и скоростях движения стока в камере отстаивания, град

С помощью программного комплекса Matlab был выполнен расчет для элемента блока расходящихся пластин со следующими параметрами: минимальное расстояние между пластинами Ь\=20 мм, средняя скорость потока на входе в диффузор vср1=10 мм/с, угол между пластинами 2(р0=\6. Карта модулей скоростей показана на рисунке 24 (для значений г от 71 до 221 мм, 6=201,7 мм2/с).

Карта модулей скоростей стока в диффузоре с углом 16 При этом градиент скорости потока в полярных координатах: Q(cos2 p-cos2 p0) Qsin2(p 9rad v - r2(s.n 2(po_2(po cos 2(PQ) er r2(sin 2(po-2(p0 cos 2 p0) Карта модулей градиентов скорости для элемента блока расходящихся пластин (диффузор) с рассматриваемыми параметрами представлена на рисунке 25. Карта модулей градиента скорости потока воды в диффузоре с углом 16 0 Из рисунка 25 видно, что модуль градиента скорости потока в диффузоре нигде не превышает значения 30 с-1, при котором происходит разрушение хлопьев загрязнений. Следовательно, можно сделать вывод, что при заданных параметрах элемента блока расходящихся пластин при протекании через него сточной воды не происходит разрушение хлопьев частиц загрязнений.

Для проверки полученных с использованием упрощенной модели данных было произведено компьютерное моделирование течения жидкости в элементах блока расходящихся пластин с такими же параметрами в программном комплексе STAR-CCM+. В проведенных расчетах учитывается действие силы тяжести, наклон пластин к горизонту, принятый для нижней пластины 440, а для верхней – 600, длина пластины 1 м.

Одновременное проведение флотации и отстаивания

Концентрация взвешенных веществ в модельном стоке, содержащем взвешенные вещества, проявляющие как гидрофобные, так и гидрофильные свойства, составляла 1,1 мг/л. Параметры проведения экспериментальных исследований представлены в таблице 8. При проведении экспериментальных исследований гидрофильные вещества выпадали в осадок (рисунок 41), а гидрофобные вещества слипались с пузырьками воздуха, образуя флотокомплексы (рисунок 42), и поднимались в пенный слой (рисунок 43). Рисунок 41 – Фотография осаждения гидрофильных веществ

Фотография образовавшегося в результате флотации пенного слоя В результате проведения серии из 5 опытов была получена зависимость суммарной концентрации взвешенных веществ в исходном состоянии и состоянии флотокомплексов, а также концентрации взвешенных веществ, перешедших в пену, от времени очистки. Относительная погрешность измерений при доверительной вероятности =0,95 не превышала 20 %.

Для сравнения полученных экспериментальных данных с предложенной моделью очистки стока, содержащего гидрофобные и гидрофильные загрянения, флотационно-гравитационным способом построим теоретические кривые процесса. Будем использовать упрощенную модель, которая не учитывает обратимость. Упрощенная модель описывается следующей системой дифференциальных уравнений: fdCA =-kiCA-k3CA; dCB — = к1СА-к2Св; dCc т = к2Св; dCD I it=k CA где A - исходное состояние частиц; B - состояние прилипания и закрепления частиц на пузырьках; C - состояние частиц в пенном слое; D - состояние частиц, выпавших в осадок; СA, СB, СC и CD - концентрации частиц в состояниях A, B, C и D соответственно; к1, к2 и к3 - константы переходов частиц из одного состояния в другое.

Для нахождения констант перехода из одного состояние в другое были проведены серии экспериментов по нахождению скоростей осаждения частиц загрязнений и всплытия флотокомплексов. Методика проведения экспериментальных исследований по нахождению скоростей осаждения частиц загрязнений и всплытию флотокомплексов описана в п. 2.4.

Полученные функции плотностей распределения скоростей всплытия флотокомплексов и осаждения частиц представлены на рисунках 44, 45 соответственно. 0,5

На основании найденных параметров были найдены константы переходов из одного состояние в другое согласно разработанной на основе многостадийной модели флотации модели очистки стока, содержащего гидрофобные и гидрофильные загрязнения, флотационно-гравитационным способом.

График численного решения системы дифференциальных уравнений для начальных условий t=0, Сд=С0, Св=Сс=0 и полученные экспериментальные данные представлены на рисунке 46. Погрешность расчетов по модели не превышает 20 % с доверительной вероятностью 0,95. 1 – кривая изменения концентрации взвешенных веществ в исходном состоянии; 2 – кривая изменения концентрации взвешенных веществ в состоянии флотокомплексов; 3 – кривая изменения концентрации взвешенных веществ в пене; 4 – кривая изменения концентрации взвешенных веществ в осадке; 5 – кривая изменения суммарной концентрации взвешенных веществ в исходном состоянии и в состоянии флотокомплексов; 6 – кривая изменения суммарной концентрации взвешенных веществ в пене и осадке; – экспериментальные данные по суммарной концентрации взвешенных веществ в исходном состоянии и в состоянии флотокомплексов; – экспериментальные данные по концентрации взвешенных веществ в пене Рисунок 46 – Сравнение экспериментальных и теоретических данных по кинетике очистки стока флотационно-гравитационным способом Данные, представленные на рисунке 46, показывают, теоретическая кривая и полученные экспериментальные значения совпадают в рамках погрешностей. Это позволяет сделать вывод о возможности использования предложенных моделей для практических расчетов

На опытно-лабораторной установке, описанной в п. 2.5 настоящей диссертации, были проведены экспериментальные исследования по изучению процесса очистки сточных вод после мойки автомобилей. Методика проведения экспериментальных исследований описана в п. 2.6 настоящей работы. Результаты экспериментальных исследований представлены на рисунках 47 - 49.

Результаты экспериментальных исследований по очистке сточных вод после мойки автомобилей от взвешенных веществ в опытно-лабораторной установке Рисунок 48 – Результаты экспериментальных исследований по очистке сточных вод после мойки автомобилей от нефтепродуктов в опытно-лабораторной установке

Таким образом, предложенная конструкция флотоотстойника позволяет достигать высокой эффективности очистки сточных вод после мойки автомобилей по взвешенным веществам (85,6 %), нефтепродуктам (86,9 %) и по СПАВ (55,4 %), что превосходит аналоги [119]. Также на опытно-лабораторной установке были проведены экспериментальные исследования по изучению процесса очистки поверхностных сточных вод с территории автотехцентра. Методика проведения экспериментальных исследований, а также применяемые реагенты и их дозы, описаны в п. 2.6 настоящей работы. Результаты экспериментальных исследований представлены на рисунках 50, 51. Рисунок 50 – Результаты экспериментальных исследований по очистке поверхностной сточной воды с территории автотехцентра от взвешенных веществ в опытно-лабораторном флотоотстойнике Рисунок 51 – Результаты экспериментальных исследований по очистке поверхностной сточной воды с территории автотехцентра от нефтепродуктов в опытно-лабораторном флотоотстойнике Таким образом, на основании экспериментальных исследований можно сделать вывод, что предложенная конструкция флотоотстойника позволяет достигать высокой эффективности очистки поверхностных сточных вод с территории автотехцентра по взвешенным веществам (90,8 %) и по нефтепродуктам более (87,3 %).

Проведение экспериментальных исследований по изучению процесса очистки стока во флотоотстойнике

Во флотационной части за счет воздействия водовоздушной смеси (рабочей жидкости) хлопья загрязнений, обладающие гидрофобными свойствами, всплывают на поверхность. Рабочая жидкость приготавливается при помощи насоса аэрации н2, который забирает воду из промежуточного резервуара поз. 3. Подача воздуха в рабочую жидкость осуществляется во всасывающую магистраль насоса аэрации. Количество воздуха не должно превышать 5 % от расхода водовоздушной смеси.

В зоне отстаивания происходит осаждение частиц и хлопьев, не уловленных флотацией. После зоны отстаивания очищаемый сток попадает в выходную камеру, откуда самотеком попадает в промежуточный резервуар поз. 3.

В результате очистки во флотоотстойнике образуется уловленный осадок и флотационный шлам, которые периодически сбрасываются в шламонакопитель поз. 4, откуда при помощи насоса н3 направляется в шламосборник поз. 5 и далее с помощью насосов н4 и н5 на обезвоживание на пресс-фильтры поз. 6 и 7, фотографии которых представлены на рисунке 68.

Из промежуточного резервуара поз. 3 очищаемый сток с помощью насоса н6 направляется на стадию доочистки, включающую фильтрование на фильтрах I и II ступени. Фильтрами I степени являются механические зернистые фильтры (поз. 8, 9), фильтром II ступени является сорбционный зернистый фильтр (поз. 10). Фотография блока фильтрования представлена на рисунке 69.

На первом этапе сток подается на механические зернистые фильтры. Всего установлено два фильтра (поз. 8 и 9), которые обвязаны параллельно-последовательно. В качестве загрузки механических фильтров выбрана зернистая загрузка «Сорбент АС». Сорбент АС – каталитический алюмосиликатный сорбент, применяемый для очистки сточной воды не только от взвешенных веществ, но и от широкого спектра загрязнений, включая железо, стронций, тяжелые цветные металлы, алюминий, нефтепродукты, фенол, фтор и др. Сорбент АС действует как катализатор окисления в реакциях взаимодействия растворённого кислорода с соединениями железа (II) и (III), в результате чего образуется гидроксид железа (III), который является нерастворимым соединением и легко удаляется обратным током воды. В процессе очистки сточной воды через фильтрующий материал на гранулах сорбента формируется плёнка гидроокиси железа, которая ещё больше повышает сорбционные свойства материала не только по железу, но и по сероводороду, марганцу, алюминию, стронцию, хрому, барию, тяжёлым цветным металлам, фенолу, фтору, радионуклидам и переводит их в грубодисперсные частицы.

Механические фильтры (поз. 8, 9) подключены параллельно. Для повышения эффективности доочистки перед механическим фильтром первой ступени предусматривается введение раствора коагулянта при помощи насоса-дозатора н4, кроме того, перед механическим фильтром второй ступени предусмотрено введение раствора лимонной кислоты для первичной корректировки рН при помощи дозирующего насоса нд5.

При контактной коагуляции коагулянт вступает в контакт с образовавшимися ранее хлопьями коагулянта, взвешенными веществами и зернистой загрузкой фильтра, что значительно повышает степень извлечения мелкодисперсных и коллоидных загрязнений. В процессе работы фильтров в объеме фильтрующей загрузки накапливаются загрязнения. Регенерация механических фильтров осуществляется обратной промывкой водой, прошедшей все стадии очистки, из емкости чистой воды поз. 11. Промывные воды после регенерации фильтров (поз. 8 и 9) сбрасываются в приемную ванну (поз. 1).

Вода, прошедшая механическую доочистку на фильтрах первой ступени, поступает на сорбционную доочистку, протекающую на фильтре второй ступени (поз. 10). В качестве загрузки фильтра выбран активированный уголь АГ-3, являющийся универсальным адсорбентом различных загрязняющих соединений из жидких и газовых сред.

В процессе работы уголь сорбирует на своей поверхности растворенные загрязнения (ПАВ, нефтепродукты, растворенную органику и др.). Для увеличения срока службы активного угля АГ-3 в сорбционном фильтре (поз. 10) необходимо также производить промывку фильтра. После истощения сорбционной емкости угля, его следует заменить.

После стадии фильтрования осуществляется финишная корректировка рН очищенного стока. Корректировка рН осуществляется при помощи контроллера, управляющего двумя дозирующими насосами. Насос дозатор нд6 подает раствор лимонной кислоты, насос нд7 подает раствор щелочи, дозирование растворов осуществляется в трубопровод перед датчиком рН. Очищенный сток собирается в резервуаре очищенного стока поз. 11, откуда самотеком сбрасывается в канализацию.

Резервуар очищенного стока оснащен погружным насосом н7, который предназначен для подачи воды на промывку фильтров. Когда стоки в приемной ванне (поз.1) заканчиваются, агрегаты установки отключаются. В ходе испытаний описанных выше очистных сооружений были получены эффективности очистки стока во флотоотстойнике, а также эффективность работы очистных сооружений в целом. Результаты анализов, а также эффективность работы флотоотстойника представлены в таблице 12. Все анализы выполнены сотрудниками заводской сертифицированной лаборатории.