Введение к работе
Актуальность проблемы. Задачи рационального использования природных ресурсов диктуют необходимость в создании эффективных технологических решений и новых аппаратных схем в решении вопросов высокоэффективной очистки сточных вод.
Развитие методов электрообработки сточных вод в совокупности с низкими удельными затратами на их очистку делают перспективным создание систем повторного использования очищенной воды (оборотное водопользование) в технологическом цикле предприятий на базе прогрессивных аппаратных схем электрофлотационных установок (ЭФУ).
Основы метода электрообработки сточных вод систем оборотного водопользования были заложены в работах СВ. Яковлева, Л.А. Куль-ского, Б.М. Матова и А.А. Мамакова.
Развитие этот метод обработки воды получил в трудах: А.И. Мац-нева, В.М. Рогова, Г.В. Иванова, Ю.А. Феофанова, В.Д. Юшенко, М.М. Назаряна, В.В. Пушкарева, В.Т. Ефимова, И.Г. Краснобородько, В.Д. Назарова, И.Л. Мархасина и других исследователей.
В тоже время, процессы, протекающие в ЭФУ гидродинамического типа с объемными электродами, создающими неоднородное электрическое поле, практически не исследовались, что затрудняет их расчет и проектирование.
К неисследованным процессам также относится вопрос о газонаполнении активной зоны канала (электродного блока) ЭФУ с неоднородностью электрического поля. Значимость этого процесса состоит в том, что увеличение газонаполнения в объеме жидкости, с одной стороны, благоприятно влияет на повышение качества очистки сточных вод, а с другой стороны - отрицательно сказывается на энергетических затратах, так как пузырьки неэлектропроводных элек-
гролизных газов (в основном, водорода), увеличивают электрическое сопротивление обрабатываемой в ЭФУ жидкости.
Целью данной работы является исследование и разработка новых аппаратных схем и конструктивных решений ЭФУ гидродинамического типа її методов их расчета для интенсификации процесса очистки сточных вод систем оборотного водопользования (СОВП) за счет организации оптимального газовыделения на электродах и в объеме обрабатываемой жидкости.
Задачи исследования. Для достижения поставленной цели были сформулированы и решены следующие задачи:
-расчет газонаполнения активной зоны канала ЭФУ с плоскопараллельным расположением электродов;
-экспериментальное исследование гидродинамических характеристик ЭФУ с плоскопараллельным расположением электродов;
-исследование гидродинамических особенностей канала ЭФУ с суспендированными (объемными) электродами;
-создание методики расчета интегральных характеристик ЭФУ для трехфазного потока жидкости;
-разработка эффективных аппаратных схем и конструкций ЭФУ для очистки сточных вод систем оборотного водопользования.
Методы выполнения исследований. Диссертационная работа содержит результаты теоретических и экспериментальных исследований. Теоретические решения выполнены с применением уравнений прикладной гидродинамики, механики гетерогенных сред и теории колебаний. Экспериментальные исследования выполнены с использованием физико-химического анализа воды стандартными методами.
Научная новизна работы и ее значимость состоят в том, что: ' -решена задача расчета газонаполнения активной зоны канала ЭФУ с плоскопараллельным расположением электродов и экспериментально исследованы его гидродинамические характеристики;
-создана методика расчета интегральных характеристик ЭФУ с суспендированными (объемными) электродами, создающими неоднородное электрическое поле, на основе осредненных гидравлических уравнений движения пузырькового потока с неоднородно распределенными по сечению параметрами потока;
-выведены уравнения для нахождения отрывного радиуса электролизных пузырьков и показана связь между их размерами и степенью газонаполнения активной зоны канала ЭФУ;
-разработаны новые аппаратные схемы и конструкции ЭФУ гидродинамического типа для очистки сточных вод, признанные ВНИИ Государственной патентной экспертизы изобретениями.
Практическая значимость работы заключается в следующем:
-создана методика расчета гидродинамических и конструктивных параметров, используемая при проектировании ЭФУ с различными типами электродных систем;
-аппаратно разработана и предложена конструкция ЭФУ с суспендированными (объемными) электродами;
-конструктивно решена и предложена аппаратная схема ЭФУ с электродами на упругих связях;
-предложена аппаратная схема и рассчитана ЭФУ с электродами в форме винтовой поверхности.
Разработанные нами аппаратные схемы ЭФУ были приняты к внедрению на Ириклинской ГРЭС, Сакмарской ТЭЦ, в автоколоннах № 1175 и 1825 г.Оренбурга, на ПО "Инвертор" и др. Методы решения по газонаполнению активной зоны и конструктивные решения ЭФУ внедрены в учебный процесс Оренбургского государственного университета на уровне выполнения студенческих научно-исследовательских работ и лабораторных работ по циклу «Процессы и аппараты технологии обработки воды».
Основные положения, выносимые на зашиту.
-математическая модель процесса электрофлотации, учитывающая газонаполнение активной зоны канала ЭФУ с плоскопараллельным расположением электродов, уточняет конструктивные габариты электродного блока;
-методика расчета интегральных характеристик ЭФУ с суспендированными (объемными) электродами, создающими неоднородное электрическое поле, определяющая параметры ЭФУ, позволяет достичь адекватность ее реальному процессу очистки сточных вод;
-методики расчета ЭФУ с электродами в форме винтовой поверхности и на упругих связях, определяющие энергетические параметры ЭФУ, позволяют выполнить расчет электродных блоков;
-конструктивные разработки эффективных аппаратных схем ЭФУ, позволяющие снизить энергетические затраты на очистку сточных вод на 25 — 30 %, повышают эффективность очистки.
Апробация работы. Содержание диссертационной работы и отдельных ее разделов докладывались: на семинарах кафедры "Гидромеханика и теплотехника" Оренбург, гос. университета (ОГУ, Оренбург, 1980-1998гг); на научно-практических конференциях Ленинградского инженерно-строительного института "Исследования в области водоснабжения"(Ленинград, 1983-1989гг); на 2-м Уральском научно-координационном совещании по охране и рациональному использованию подземных вод Урала и сопредельных регионов (Свердловск, 1986г.); на 9-ой Всесоюзной межвузовской конференции по электрохимической технологии "Гальванотехника -87" (Казань, 1987г.); на конференции молодых ученых по проблеме "Молодые ученые и специалисты- народному хозяйству" (Оренбург, 1989г.); на 3-й Республиканской научно-технической конференции "Замкнутые технологические системы водопользования и утилизации осадков сточных вод в промышленности» (Кишинев, 1990г.); на ежегодных научно-
технических конференциях преподавателей, сотрудников и студентов ОГУ (Оренбург, 1980-1998гг.); на Российской научно-практической конференции "Природопользование - 98" (Оренбург, 1998г.), на региональной научно-практической конференции «Современные технологии в энергетике, электронике и информатике» (Оренбург, 1998г.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 11 печатных работ, в том числе получено три авторских свидетельства на изобретения.
Структура и объем диссертации. Работа изложена на 168 страницах машинописного текста и состоит из введения, пяти глав, заключения и содержит 41 рисунок, 18 таблиц, список литературы из 149 наименований и 8 приложений.