VII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2015

На предприятиях энергетики достаточно остро стоит проблема качественной очистки используемой в технологической схеме воды. Предлагаются различные варианты решения данной проблемы, и одним из вариантов очистки воды от мелкодисперсной фазы нами предлагается использование одновременного физико-химического способ. Предлагаемый нами метод достаточно прост и не требует высоких экономических затрат. Согласно фоновой концентрации количество взвешенных веществ, в среднем, не должно превышать 40,75 г/м³, а концентрация ионов тяжелых металлов не должна превосходить ПДК согласно СанПиН 2.1.5.980-00. Допустимая концентрация взвешенных частиц не должна превышать 40-41 г/м³ в среднем по месторождениям согласно эколого-экономическому расчету[1]. Отведение сточных вод из отстойников предусмотрено только фильтрационным путем через дамбы прудов-осветителей либо имеются замкнутые циклы водоснабжения промприборов. В результате многократного использования сточных и оборотных вод при промывке, в них накапливается огромное количество мелкодисперсных илисто-глинистых частиц, которые не осаждаются гравитационным способом в течение нескольких лет. Таким образом, наблюдается значительное увеличение мутности воды, накапливаемой в прудах-осветителях и в отстойниках, данные воды не подлежат сбросу в открытые водоемы. Постепенное накопление остаточного количества полиэлектролитов, которые используют для очистки сточных вод данных месторождений дополнительно ухудшает экологические параметры водных объектов, поэтому возникает необходимость для улучшения качества очистки сточных и оборотных вод нами предлагается наряду с физико-химическими методами очистки использовать ультразвуковые колебания в режиме стоячей волны, что значительно снижает концентрацию как взвешенных веществ, так и ионов тяжелых металлов

Суть предлагаемого способа очистки воды от дисперсных частиц заключается в том, что внесение источника ультразвуковых колебаний в обрабатываемый объем суспензии наряду с добавлением полиэлектролитов, устанавливает в нем ультразвуковое поле, распространяющее стоячие волны. Интенсивность ультразвуковых колебаний плавно изменялась от 0 до 810⁴ Вт/м² с помощью устройства независимого возбуждения, находящегося на генераторе. Для воздействия на илисто-глинистые суспензии была применена интенсивность ультразвука 110⁴ Вт/м². Время ультразвуковой обработки составляло порядка 2-2,5 мин, более длительное озвучивание нецелесообразно т.к. приводит к процессу диспергирования полученных флокул. Выбранный нами режим позволяет добиться максимальной скорости осаждения флокул при более низком содержании полимеров. Одним из основных параметров объекта является скорость распространения волны, величина которой определяется физическими свойствами вещества. При распространении волны частицы жидкости совершают колебания около положения равновесия, происходящее с определенной скоростью. Колебания частичек среды при распространении звуковой волны приводят к образованию в жидкости областей сгущения и разряжения [2].

Для водных дисперсий характерны следующие параметры: t=20⁰, =0,997 г/см³, С=1,487 м/с, С=14910³ г/см²сек, аg=44,710^-12 см²/дин, =2,5. При изменении температуры на 1⁰С, скорость звука изменяется ~ 2,5 м/сек. При увеличении давления скорость звука растет по линейному закону, при этом для воды коэффициент составляет 0,2 мсек^-1атм^-1. Если в ультразвуковом поле частица расположена так, что плоскость ее составляет некий угол с направлением распространения волны, то колеблющиеся частицы среды обтекают частицу, меняя направления своего движения дважды за период ультразвуковой волны, при этом возникают силы, создающие вращательный момент, который стремиться повернуть твердую частицу перпендикулярно к направлению распространения волны [3]. Учитывая, что размеры частицы малы по сравнению с длиной ультразвуковой волны, то сила, поворачивающая частицу, пропорциональна интенсивности ультразвука. Флокуляция в узлах смещения происходит, если мелкодисперсное вещество имеет плотность меньше плотности жидкости и в пучностях смещений стоячей волны, если его плотность превышает плотность жидкости. Наблюдаемое явление увеличения скорости осаждения твердой фазы можно объяснить тем, что в поле УЗСВ пучности колебательной скорости совпадают с узлами давления, а узлы колебательной скорости – с пучностями давления. Причем в отличие от бегущей волны стоячая волна не передает энергии, энергия перераспределяется между соседними пучностями давления и скорости. Поэтому в суспензии, обрабатываемой в режиме УЗСВ, макромолекулы флокулянта и частицы суспензии будут перемещаться в зоны пучности давления и избегать зоны пучностей скоростей. При этом в зоне пучности давлений будет наблюдаться высокая концентрация макромолекул флокулянтов и частиц под повышенным давлением, а в зонах пучностей скоростей будут образовываться зоны чистой воды.

Наблюдающийся эффект движения частиц в поле ультразвуковой стоячей волны, по нашему мнению, можно объяснить двумя причинами: действием механических напряжений, обуславливающих деформацию макромолекул в процессе обтекания участка макромолекулы потоком растворителя и действием кумулятивных струй или микропотоков. Меньшие расстояния между частицами и макромолекулами флокулянта повышают возможность агрегации частиц за счет молекулярных мостиков, что позволит при флокуляции в поле УЗСВ существенно снизить расход флокулянтов и повысить плотность сфлокулированного продукта. Стоячая волна способствует тому, что жидкость совершает волновые движения, которые создают колебательные перемещения твердых частиц односторонне направленные относительно самой жидкости. Направления этих движений зависит от положения частицы внутри емкости [4]. Нами проводилось исследование воды, в которой содержание твердого в гидросмеси колебалось в пределах от 1376 г/м³ до 38385 г/м³. После обработки суспензии ультразвуковой волной, концентрация твердого в воде уменьшилась до 48 – 38,95 г/м³. Поведение взвешенных дисперсных частиц в поле ультразвуковой волны во многом определяется наличием ламинарных и турбулентных потоков жидкости, порождаемых акустическими волнами. Проведенные анализы показали, что стоячие ультразвуковые волны значительно улучшают качество перемешивания системы, так как волновые воздействия способны возбуждать в среде довольно сложные движения как дисперсных частиц, так и имеющихся в системе полиэлектролитов. Причем сама жидкость также совершает определенные волновые движения, выражаемые в колебательном поведении частиц жидкости. Инициатором наблюдаемых перемещений являются Релеевские течения, которые представляют собой вихревое движение, действующее вне пограничного слоя системы.

Предлагаемая нами технологическая схема опробована на предприятиях горно-промышленного цикла и дала хорошие результаты, как с точки зрения экономической целесообразности, так и с точки зрения экологической безопасности сбрасываемых отработанных вод. Мы считаем, что данный способ воздействия на технологические воды можно применять и на предприятиях энергетики.

Библиографический список

1. ГОСТ 34-70-953.6-88 Воды производственные тепловых электростанций. Методы определения взвешенных веществ.

2. Балдев Р., Раджендран В., Паланичами П. Применение ультразвука. Москва: Изд-во Техносфера, серия: Мир физики и техники, 2011. 579 с.

3. Основы физики и техники ультразвука: Учеб. пособие. Москва: Высш.шк., 1999. 331 с.

4. Ультразвуковые методы воздействия на технологические процессы /под ред. Н.Н. Хавского. Москва: Металлургия, 1981. 141с.

Код для цитирования: Скопировать