Введение к работе
Актуальность темы.
Вопросы очистки загрязненных в результате хозяйственной деятельности человека вод, внедрение в практику многократного использования очищенной воды, создание бессточных производств являются в настоящее зремя весьма актуальными. Использование для этих целей физико-химических методов очистки, в частности флотационного, находит все более широкое применение,что объясняется высокой эффективностью улавливания целого ряда загрязняющих веществ при низких удельных затратах и относительной простоте аппаратурного оформления.
Следует отметить, что большинство взвешенных частиц, извлекаемых флотацией, имеет несферическуго форму, а сами флотационные среды содержат, как правило, поверхностно-нсгивные вещества, высокомолекулярные соединения и т.п., что придает им аномально-вязкие реологические свойства.
Указанные факторы существенно влияют на кинетику флотационного разделения, однако, имеется сравнительно мало теоретических исследований, качественно и количественно описывающих физическую сущность этих процессов. Недостаточно изучены вязкостные свойства и прочностные характеристики флотационных пен, несмотря на то, что эти вопросы имеют, помимо теоретического, большое прикладное значение.
В связи с этим актуальными являются проблемы теоретических исследований гидродинамики флотационного процесса с учетом аномально-вязких реологических свойств дисперсионной среды и несферической формы взвешенных частиц дисперсной фазы. Большой практический интерес представляет изучение вязкостных свойств и прочностных характеристик флотационных пен, оценка возможности их течения и разрушения. Решение указанных вопросов
необходимо для совершенствования технологии флотационной очистки, обеспечения возврата в хозяйственный оборот дополнительных количеств очищенной воды, являющейся одним из главнейших природных ресурсов, и повышения экологической безопасности ряда водоемких производств в целом..
Цель работы. Повышение качества флотационной очистк сточных вод, обладающих аномальной вязкостью, обеспечени экономии материало- и энергозатрат, дополнительног извлечения ценных продуктов, возможности многократног использования очищенной воды за счет разработки научн обоснованных методов расчета и регулирования процесс водоочистки.
Научная новизна. Предложена теоретическая модель и решена задача по определение вероятности флотационного захвата (осаждения) взвешенных частиц несферической формы, разработана методика и проведено экспериментальное исследование.
Теоретически исследовано движение ансамбля пузырьков в аномально-вязкой флотационной среде, получены выражения для расчета групповой скорости их всплывания при различных гидродинамических режимах.
Разработаны количественные оценки вероятности осуществления отдельных стадий процесса флотационной водоочистки.
Введено понятие модифицированного критерия Стокса, определяющего степень влияния сил инерции на процесс флотационной водоочистки в реологически сложных средах.
Экспериментально определены вязкостные свойства и прочностные характеристики флотационных пен,
образующихся в процессе очистки сточных вод. Сделана оценка возможности течения и разрушения указанных пен.
В результате проведенных исследований впервые разработаны теоретические основы расчета процесса флотационной очистки сточных вод, имеющих аномальную вязкость, и методы управления его эффективностью.
Практическая ценность. Разработаны методы расчета
аппаратов флотационной очистки сточных вод,
учитывающие аномальную вязкость последних и
несферическую форму улавливаемых частиц. Определены" оптимальные параметры проведения процесса очистки, предложены способы их регулирования. Экспериментально определен морфологический и дисперсионный состав частиц загрязнений, содержащихся в ряде промышленных стоков и аэрозолей.
На основе установления гидродинамической аналогии процессов захвата взвешенных частиц всплывающими пузырьками и каплями распыленной жидкости предложено распространить полученные результаты на область мокрого пылеулавливания (расчет орошаемых газоочистных шпаратов).
Разработаны и рассчитаны конструкции водо- и ^азоочистных аппаратов, которые внедрены на предприятиях уродского хозяйства, а также легкой, пищевой, ликробиологической промышленности, в санаторно-сурортном учреждении, в том числе: на МП "Водоканал" (г. Киров) - флотационно-отстойная становка очистки мазутосодержащих сточных вод;
на АО "Кировский маргариновый завод'" -
лектрофлотационная установка для очистки
шросодержащих сточных вод;
на Яранском комбинате молочных продуктов, оздоровительном загородном лагере "Буревестник" завода
"Сельмаш" (г.Киров) и др. - форсуночные скрубберы для очистки отходящих газов котельных;
- на АО "Метако" (г.Киров) - форсуночный скруббер для очистки вентвыбросов от шлифмашин.
Автор защищает:
1) методы расчета и управления процессом флотационной
очистки сточных вод, обладающих аномальной вязкостью;
-
результат теоретического и экспериментального исследования вероятности захвата (осаждения) несферических частиц на поверхности всплывающих пузырьков и методы расчета групповой скорости их движения в аномально-вязкой флотационной среде;
-
критерий определения границы между режимами инерционной и безынерционной флотации в аномально-вязких средах - модифицированный критерий Стокса и разработанные параметры количественной оценки вероятности осуществления отдельных стадии элементарного акїй флотационной водоочистки,
4) данные экспериментальных исследований физннеских
свойств фло і анионных пен, образующихся в процессе
водоочистки, определенные условия их безнапорного
транспортирования и разрушения,
5) методику расчета флотационных и газоочистных
аппаратов, учитывающую несферическую форму
улавливаемых частнц загрязнений.
Апробация работы и публикации. Основные
результаты работы докладывались, обсуждались и экспонировались на следующих конференциях, выставках, семинарах:
- научно-технических конференциях КирГТИ* в 1983 -
1987 гг.;
- научно-технических конференциях "Разработка и
внедрение безотходных технологий, использование
вторичных ресурсов - пути повышения эффективности
производства " (Киров, 1986 г.); "Технологические аспекты
охраны окружающей среды" (Пенза, 1989 г.); "Разработка и
внедрение безотходных технологий, использование
вторичных ресурсов" (Киров, 1989 г.), Всесоюзной школе-
семинаре "Газо-пылеулавливающее оборудование в СССР и
за рубежом" (Севастополь, 1991 г.); тематической выставке
"Экологическая обстановка в ряде регионов России",
проводимой ВДНХ СССР в павильоне "Охрана природы"
(Москва, 1991 г.); научно-практической Всероссийской
конференции "Почва, отходы производства и потребления:
проблемы охраны и контроля" ( Пенза, 1996 г. );
международной научно-практической конференции
"Хозяйственно-питьевая и сточные воды: проблемы очистки
и использования" (Пенза, 1996 г.); X Всероссийском
совещании "Совершенствование технологии гальванических
покрытий и охрана окружающей среды" (Киров, 1997 г).
Автор работы является руководителем проекта
"Теоретические основы флотационной водоочистки",
победившего в конкурсе грантов 1997 года по Министерству
общего и профессионального образования РФ (раздел
''Фундаментальные проблемы охраны окружающей среды и
экологии человека", проект 6-38).
По теме диссертации опубликовано 37 рабо і.
Название ВятГТУ до 1994 года.
Объем и структура работы. Диссертация изложена на 228 машинописных страницах (в т.ч. 43 стр. - рисунки по тексту, 23 таблицы) и состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы 202 наименований и приложений.