Введение к работе
Актуальность темы. Проблема очистки сточных вод и повторного использования очищенной воды в технологических целях имеет особое значение для текстильной промышленности, причем наибольший расход воды приходится на красильно-отделочное производство, где удельное количество сточных вод составляет 200...350 м3, а содержание поверхностно-активных веществ, красителей и других органических примесей в них составляет 70... 80 кг на 1 т продукции.
Сложный состав сточных вод данного производства обуславливает трудности выбора технологии и режимов очистки. В последние годы при строительстве и реконструкции различного рода станций нейтрализации и очистных сооружений широкое распространение получил способ очистки сточных вод на основе магнетита, являющегося вторичным продуктом в гальваническом производстве. Указанный способ очистки загрязненных вод особенно эффективен по отношению к органическим загрязнениям, таким как красители, поверхностно-активные вещества, нефтепродукты. Промышленные стоки, содержащие такого рода загрязнения, составляют значительный объем сточных вод в химической, текстильной и смежных с ними отраслях промышленности. В связи с этим разработка и аппаратурное оформление эффективных схем очистки подобных стоков является одним из приоритетных направлений в решении проблемы охраны окружающей среды. Реагент-ный, на основе магнетита, способ очистки загрязненной воды, называемый гальванокоагуляционным, как наиболее эффективный в экологическом плане, рекомендуется к использованию ЮНЕСКО.
Практическая реализация реагентного, на основе магнетита, способа очистки промышленных стоков, возможна на основе соответствующего математического описания, которое в настоящее время отсутствует, что не позволяет обоснованно выбрать оптимальные режимно-конструктивные параметры его реализации. В равной степени это относится и к вопросам, связанным с интенсификацией указанного процесса при использовании ультразвукового воздействия. Практическая реализация этого способа при реагентной очистке на основе магнетита также связана с необходимостью разработки математической модели и алгоритмов расчета эффективности ультразвуковой обработки.
Цель работы заключалась в повышении эффективности процесса реагентной, на основе магнетита, очистки содержащих органические загрязнения сточных вод текстильных и других предприятий и в разработке методов расчета, позволяющих определить оптимальные режимно-конструктивные параметры его реализации с использованием ультразвука.
Указанная цель достигается решением следующих задач:
Исследованием и разработкой математического описания процесса очистки сточных вод от органических загрязнений с помощью магнетита, предварительно обработанного ультразвуком, позволяющего определить оптимальные параметры процесса;
Выбором рационального технологического режима и конструктивного оформления очистных установок на основе проведенных лабораторных экспериментов и сопоставительного анализа эффективности альтернатив-
ных вариантов оформления процесса очистки сточных вод от органических загрязнений;
- Количественной оценкой интегрального эффекта от применения ультра
звукового воздействия в качестве интенсификатора в процессе очистки
сточных вод от органических загрязнений магнетитом.
Методы исследования. В работе использована теория процессов массо-переноса, численные методы решения краевых задач, лабораторный и натурный эксперимент, методы математической статистики, компьютерное моделирование.
Научная новизна работы.
Разработано математическое описание реагентного способа очистки сточной воды от органических загрязнений, учитывающее стохастическую природу этого процесса. Математическая модель основана на решении дифференциального уравнения, описывающего эволюцию функции распределения частиц загрязнения по характерному размеру. На основе этой модели предложена методика расчета оптимальных режимно-конструктивных параметров проведения процесса очистки.
Впервые обоснована эффективность предварительной ультразвуковой обработки реагента (магнетита), позволяющая существенно интенсифицировать процесс реагентной очистки сточных вод от органических загрязнений. Разработана математическая модель процесса ультразвуковой обработки реагента, позволяющая рассчитать его рациональный, с точки зрения энергозатрат, режим.
Предложен метод расчета интегральной оценки эффективности процесса реагентной очистки сточных вод с использованием магнетита на основе технологических параметров процесса, контролируемых в производстве.
Практическая ценность и реализация результатов работы.
На основе комплексного исследования процесса очистки сточных вод от органических загрязнений с использованием магнетита, разработана инженерная методика расчета показателей его эффективности. Получены экспериментальные оценки параметров разработанных математических моделей, необходимые для их практического применения.
На основе проведенных исследований установлена целесообразность предварительной ультразвуковой обработки реагента и выявлены оптимальные параметры ультразвукового воздействия применительно к реагентной очистке сточных вод от органических загрязнений.
На основе выявленных закономерностей предложена новая типовая ресурсосберегающая экологически безопасная технологическая схема опытно-промышленной установки и ее конструктивное оформление для очистки промышленных стоков от органических загрязнений, в частности, от нефтепродуктов, обеспечивающая 90-95%-ную степень очистки.
Разработанные на основании теоретических и экспериментальных исследований методика инженерного расчета и программа расчета степени очистки воды от органических загрязнений приняты к использованию депо
«Невское» Санкт-Петербургского метрополитена, Лабораторией ультразвуковой техники и технологии ИОНХ РАН, рядом текстильных предприятий.
Реализация работы: Разработанная на основе проведенных исследований инженерная методика и численная процедура расчета процесса очистки сточных вод от органических загрязнений магнетитом при его предварительной обработке ультразвуком зарегистрированы в Федеральной службе по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам, что подтверждено свидетельством о государственной регистрации программы для ЭВМ. Разработанная методика инженерного расчета и рекомендации приняты к реализации рядом предприятий и организаций.
Апробация работы: Материалы работы докладывались, обсуждались и получили положительную оценку специалистов на Международных и Всероссийских научных конференциях, совещаниях и семинарах, в том числе на Международной конференции «Новое в технике и технологии текстильной и лёгкой промышленности (Витебск 2009)», Международной конференции по химии и химической технологии «МКХТ», РХТУ им. Д.И. Менделеева -2004, 2006-2008гг, Международной конференции РАН по химии и химической технологии ХТ'07-2007г, Международной конференции «Математические методы в технике и технологиях» (Псков-2009), Международной конференции «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности (Текстиль - 2006-2008)» Результаты работы были представлены на Всероссийских выставках научно-технического творчества молодежи НТТМ-2006 и НТТМ-2010, где отмечены двумя медалями.
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 19 работ, в том числе 4 в журналах ВАК, получено 2 патента, 2 свидетельства - об отраслевой регистрации разработки и о государственной регистрации программы для ЭВМ.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка литературы из 185 наименований. Основное содержание изложено на 141 странице, содержит 33 рисунка и 5 таблиц.
