Очистка бытовых и промышленных сточных вод, нейтрализация природных вод из шахт, скважин и источников


Система управления установкой УАП-10/32 Основным элементом представляемых технологий являются аппараты активации процессов УАП - это аппараты, использующие энергию вращающегося электромагнитного поля с высокой удельной концентрацией в единице объема рабочей зоны. Под воздействием поля в рабочей зоне, компоненты очень быстро и тщательно перемешиваются и активируются. Вследствие этого, в сотни и тысячи раз ускоряются физико-химические и механо-физические реакции и соответственно производные процессы, вследствие чего и увеличивается производительность технологических линий.

Принципиальное отличие новых технологий от традиционных, любого типа такого же названия - это перевод хода процессов из диффузных в кинетические. В результате этого, значительно сокращаются габариты оборудования, количество узлов и агрегатов и соответственно материало- и энергоемкость. Очень привлекательной выглядит возможность встраивания УАП в существующие технологические линии без их существенной конструктивной перестройки. В результате многократно увеличивается производительность и улучшается качество продукции.

Рабочая зона аппарата – это труба диаметром 60-150 мм, установленная в расточке индуктора, генерирующего вращающееся электромагнитное поле. В рабочей зоне размещаются ферромагнитные частицы, которые под воздействием вращающегося электромагнитного поля вращаются вокруг своей наименьшей оси со скоростью, близкой к скорости вращения магнитного поля, и одновременно перемещаются по рабочей зоне. Рис 1. Кроме того, частица совершает колебания относительно вектора напряженности магнитного поля. Эти колебания, по расчетам, могут достигать нескольких тысяч периодов в секунду.

Устройство аппаратов активации процессов

Устройство аппаратов активации процессов
рис. 1 Схема УАП

Таким образом, каждая ферромагнитная частица является своеобразной мешалкой, совершающей вращение с большой, но переменной угловой скоростью. Такое движение нескольких сотен частиц приводит к быстрому перемешиванию и диспергированию компонентов. При этом удельная энергия вращающегося электромагнитного поля весьма велика и достигает 10 кВт/м3 энергетическая насыщенность УАП выше по сравнению, например, с энергонасыщенностью вибромельниц в 100-200 раз.

Рассмотрим еще ряд факторов существенно влияющих на технологическую эффективность процессов происходящих в рабочей зоне УАП, они складываются из ряда физических факторов, таких как:

  • Намагничивание ферромагнитных частиц (иголки) под воздействием вращающегося магнитного поля, которое существенно влияет на сами иголки, а также обрабатываемое вещество;
  • Вращение иголок в жидкой фазе вызывают акустические явления, кавитацию, которые самым активным способом воздействуют на обрабатываемое вещество, и изменяя его свойство, а также иголки, и стенки реакционной зоны;
  • Особенности движения иголок во вращающемся электромагнитном поле их масса и другие параметры приводят к большому количеству столкновений, т.е. к прямым и скользящим ударам, к трению, как между иголками, так и обрабатываемому веществу. Число таких соударений достигает на каждую иголку 103–104 в секунду. Сила удара сравнительно велика, что приводит к образованию зарядов разной величины и потенциала, как на самой иголке, так и на веществе;
  • Каждая иголка во вращающемся магнитном поле является ярко выраженным магнитом. При ее вращении происходит смена полярности на полюсах иголки, т.е. она перемагничивается. При этом возникает явление магнитострикция, что влечет за собой изменение линейных размеров иголок, которые происходят с очень высокими скоростями. В результате по окружающей среде наносится удар с силой около 150тн/мм2, действующей, однако на очень малом расстоянии. Таким образом, при своем движении иголка как бы непрерывно излучает силовые импульсы, выдержать которые при непосредственном контакте не могут земные материалы. В жидкой среде расстояние воздействия этих импульсов увеличивается в несколько раз;
  • В жидкой среде каждая иголка является микроэлектролитезером, непрерывная работа которой насыщает рабочую зону ионами различной полярности. Указанное явление способно резко изменять скорости, и даже направление окислительно-восстановительных реакций;
  • Движение иголок во вращающемся магнитном поле позволяет создавать на короткое время замкнутые цепи из иголок, которые под воздействием внешнего поля индуцируют токи, нагревающие иголки до высокой температуры и даже инициирует появление электродуг. Указанные явления способствуют нагреву, ионизации материалов и способствуют прямому переносу вещества.

внешний вид щита управления уапСуществуют и другие факторы и их более трех десятков, которые одновременно возникают в рабочей зоне УАП. В традиционных технологиях, которые используют один из этих факторов, применяется специализированное оборудование, а сами технологии становятся ступенчатыми и цикличными. Кроме того, для активации процессов используют термическую обработку, а для защиты от воздействия атмосферы строят специальные установки, снабженные системой откачки, смены атмосферы и т.д. Одним из определяющих преимущество УАП переданными технологическими решениями является возможность обеъдинения в рабочем пространстве действия всех рассмотренных факторов, причем одновременно.

При этом большинство процессов не требуют термической активации. Они могут быть осуществлены при нормальной температуре и в любой среде: жидкой, в вакууме, в воздушной или в контролируемой атмосфере.

Совмещение в одном рабочем пространстве всех рассмотренных факторов в сотни и тысячи раз ускоряет конструкцию технологических линий, а следовательно многократно повышаются производительность процессов с применением УАП. Кроме того, удается получить продукты химических реакций с качественно новыми свойствами, которые трудно воспроизвести традиционными способами.

Очистка промстоков, содержащих органические загрязнители (нефтепродукты, жиры).

Промышленные воды предприятий сельскохозяйственной переработки, пищевой, химической, нефтеперерабатывающей промышленности, содержащие жиры, нефтепродукты, фенолы и другие органические компоненты наиболее тяжело поддаются нейтрализации.

Сложный состав этих вод, его изменчивость и токсичность, преимущественное содержание растворенных компонентов не дают необходимый эффект при использовании традиционных методов нейтрализации и очистки. Существующие очистные сооружения характеризуются высокими капитальными, энергетическими и эксплуатационными затратами и занимают большие производственные площади.

Применение аппаратов активации процессов позволяет упростить технологии обезвреживания, в тысячи раз ускорить скорость физико-химических процессов и соответственно увеличить производительность, убрать громоздкие очистные сооружения, сократить в несколько раз капитальные и эксплуатационные затраты и, самое главное, достичь высокую степень очистки.

Существует также и технологическая возможность выделять из промвод ценные компоненты, использовать их для получения новых продуктов, а очищенная вода может быть возвращена в производство или использоваться для технических целей.Одним из важнейших преимуществ данных технологических линий с использованием УАП является возможность изменения технологии очистки без изменения состава технологического оборудования (т.е. перехода с реагентного способа на безреагентный). Представляемая технологическая схема без существенного изменения состава оборудования может быть использована на очистке различных типов стоков: хозбытовых и промстоков, которые резко отличаются друг от друга, как составом загрязнения, так и их концентрацией.

Данное аппаратурно-технологическое решение позволяет при соответствующих проэктно-конструкторских решениях создать частично или полностью автоматизированную линию очистки сточных вод с дистанционным управлением качества очистки. Технология очистки промышленных стоков представлена на рис. 2 состоит из трех ступеней и рассчитана на очистку промвод от органических загрязнений (жиры, нефтепродукты) с первоначальными загрязнениями 10-20 гр/л и степенью очистки до концентраций допустимых для сброса очищенных сточных вод в водоемы рыбохозяйственного назначения, а так же при необходимости, для использования их в системе технического водоснабжения.

Аппаратурно-технологическая схема очистки промышленных стоков содержащих органические загрязнители
  1. На первой ступени промстоки поступают из канализационных коллекторов в накопительную емкость (1). Посредством насоса (2) сточные воды попадают к установке активации процессов (4). При этом из бака дозатора (3) в подающую магистраль поступает реагент, который в рабочей зоне УАП (4) активируется, в связи с чем происходит значительное ускорение химических реакций, связанных с гидролизом жировых веществ содержащихся в сточной воде (среда щелочная). Одновременно взвешенные вещества, находящиеся в сточной воде, проходят магнитную обработку, что затем существенно влияет на скорости ее дальнейшего осаждения в отстойнике (5) в 5-10 раз. Данное обстоятельство значительно увеличивает производительность технологической линии и уменьшает размеры отстойников.

  1. На первой стадии очистки уменьшение загрязнений составляет 90%-93% от исходной. Процесс разделения фаз в отстойнике (5) проходит за 20-30 минут. Продукты химических реакций выпадают в осадок и удаляются из отстойника на шламовую площадку (16), где обезвоживаются до 60-70% влажности и перемещаются в контейнер (17) для их последующей транспортировки к месту утилизации или захоронения. Содержащиеся в сточной воде растворенные соединения металлов, обезвреживаются в I ступени очистки и удаляются с осадком из отстойника (5).

  1. Если очищаемая сточная вода должна сбрасываться в канализационный коллектор, а степень очистки после I ступени будет достаточна, то эту воду из отстойника необходимо пропустить через полимербетонный фильтр (7) и сбросить в канализационные сети насосом (8). При этом на фильтре (7) из обработанной сточной воды удаляются остатки взвешеных веществ представляющих малорастворимый кальций, соли жирных кислот (RCOO)2 Ca) и другие сорбированные органические вещества. На этом же фильтре (7) при добавлении CO2 приводят к норме показания PH среды. Степень очистки после I ступени с участием полимербетонного фильтра доводится до 30-15 мг/л по органическим веществам и 10-20 мг/л по взвешенным веществам.

  1. На второй ступени очистки применяется в виде реагента озон (O3) который вырабатывается в озонаторе (9) и поступает в рабочую зону УАП со сточной водой из фильтра (7) посредством насоса (8). Особенности работы УАП (10) обеспечивает интенсивное смешивание озоно-воздушной смеси с водой, а благодаря высокому окислительному потенциалу озон окисляет органические вещества, приводя к норме и органолептические характеристики очищаемой воды (запах, цвет).

  1. Озоновая очистка воды также обеспечивает: полное обеззараживание воды, уменьшения содержания неорганических примесей (аммиак, сероводород H2S). Происходит снижение химического и биологического потребления кислорода (ХПК, БПК), значительное уменьшение содержания органики (пестицидов, фенолов, ПАВов, нефтепродуктов).

  1. Продукты химических реакций удаляются в виде осадка из отстойника (11) на шламовую площадку (16) где после обезвоживания перемещаются в контейнер (17) для последующей транспортировки к месту утилизации или захоронения.

  1. Вторая стадия очистки призвана уменьшить степень загрязнения с 90-93% на I ступени до 95-98%. В некоторых случаях вместо отстойника (11) на второй стадии очистки можно применять полимербетонный фильтр (13) при помощи которого удаляются продукты химических реакций и другие загрязнения. Степень очистки от органических веществ может доходить до 99%, т.е. 1-3 мг/л. Если данная степень очистки не удовлетворяет потребителя, можно применять третью ступень очистки, состоящую из фильтров (14) и (15) с сорбционной загрузкой. Количество фильтров, их загрузка выбираются разработчиком технологической линии исходя из требований к степени очистки и химического состава очищаемых стоков.

  1. Осадок, образующийся после очистки сточных вод в технологической линии с использованием УАП представляет собой смесь нерастворимых кальциевых солей жирных кислот, избытка извести Ca(OH)2 и Mg(OH)2. Входит в состав осадка и щелочность типа CaCo3, а также сорбированние на мицеллах осадка других органических веществ содержащихся в обрабатываемых стоках в небольшом количестве.

Дальнейшие действия с осадком необходимо предпринимать после получения заключения СЭС или других природоохранных организаций по определению класса опасности осадка. После этого разработчики технологии очистки сточных вод исходя из класса опасности осадка вырабатывают предложения по его утилизации или дальнейшего использования в различных технологических процессах.

Представленная технологическая линия с использованием установок активации процессов представляет собой эффективную систему обеззараживания промстоков. Она рассчитана на широкий диапазон очистки сточных вод от первоначального загрязнения в 10-20 гр/л, до значения ПДК допустим для сброса в рыбохозяйственные водоемы.

В зависимости от химического состава сточных вод, степени их загрязнений, требований к качеству очистки, данная технологическая линия может включать в себя от одной до трех ступеней очистки, отличается небольшой металлоемкостью, и занимаемыми площадями, возможностью высокой степени автоматизации и контроля качества очистки. Состав обслуживающего персонала 1-2 человека в смену.

Стоимость технологических линий, с применением УАП, примерно в 1,5-2 раза ниже станций очистки с традиционными технологическими схемами очистки, такими как биологические, физико-химические и т.д. Все перечисленные факторы характеризуют представляемые локальные очистные сооружения производительностью от 100 до 500 м3/сутки и являются новейшими разработками а данной области, защищены патентами РФ, сертифицированы и имеют широкий спектр применения в области очистки промышленных сточных вод.

Очистка промстоков, содержащих тяжелые металлы.

Установлено, что наряду с ускорением физико-химических и механо-физических процессов, определяющих ускорение в сотни раз ход технологических процессов и придающих им кинетический характер, обрабатываемые в рабочей зоне УАП магнитными полями материалы приобретают новые свойства. Так частицы твердой фазы, выделенные из раствора, несмотря на очень малые размеры, оседают во много раз быстрее, чем частицы этих же веществ, полученных, например в реакторах с мешалками. Кроме того, в рабочей зоне УАП удалось объединить несколько процессов, которые проводятся в традиционных линиях нейтрализации раздельно, например, восстановление 6-ти валентного хрома до 3-х валентного и образование гидроксидов всех тяжелых металлов. Идеальное и очень быстрое перемешивание всех компонентов, участвующих в процессах обезвреживания, и не зависящих от физического состояния позволяет сократить расход добавок до теоретически необходимого. В результате сложилась новая аппаратурно-технологическая схема обезвреживания промстоков, содержащих тяжелые металлы (Fe, Cr, Cu, Zn). На рис. 2 представлена технологическая линия по очистке промстоков работающая в непрерывном режиме в следующем порядке:

Аппаратурно-технологическая схема очистки промышленных стоков содержащих тяжелые металлы (Fe, Cr, Cu, Zn)

аппаратурно-технологическая схема очистки

  1. Из канализационного коллектора (1) промстоки, содержащие тяжелые металлы попадают в сборник (2), где происходит усреднение концентраций загрязнителей. Насосом (3) очищаемые стоки попадают в рабочую зону УАП (6) вместе с реагентами: раствором сульфата железа Fe2SO4 и гидроксида кальция Ca(OH)2.
  2. В рабочей зоне УАП происходят процессы перевода 6-ти валентного хрома в 3-х валентный, а затем в гидроксид хрома. Реагенты находятся в баках дозаторах (4) и (5), где хранятся в виде растворов. Остальные тяжелые металлы (Zn, Fe, Cu), находящиеся в сточной воде в рабочей зоне УАП под воздействием известкового молока переходят в нерастворимые гидроксиды Fe(OH)3, Zn(OH)2 и Cu(OH)2.
  3. В отстойнике (7) происходит осаждение гидроокисей и удаление их в виде осадка в шламовый контейнер (8), который представляет собой нуч-фильтр. Посредством вакуумного насоса (9) ускоряется процесс обезвоживания осадка до влажности 70-80%. Избыток влаги насосом (10) подается на полимербетонный фильтр (14) для его последующей очистки от взвешенных веществ и других продуктов химических реакций.
  4. Обезвоженный шлам (осадок), содержащий гидроксиды металлов, перемещаются в контейнер (11) и выводится в места захоронения или по желанию заказчика разрабатываются технологии утилизации шлама с возможностью выделения каждого из металлов и перевод каждого из них в форму удобную для дальнейшего использования (ZnO, Cr2O3, и т.д.)
  5. Надосадочная жидкость через 1 час отстоя посредством насоса (13) подается на полимербетонный фильтр (14), где удаляюся мелкодисперсные взвеси гидроокисей металлов, частично присутствующая скоагулированная органика, и другие взвеси, после фильтра (14) очищенная вода обрабатывается CO2 при этом нормализуется водородный показатель (PH), а затем она готова к сбросу в городской коллектор или на производственные очистные сооружения, где применяется биологический или иной способ очистки.

Поскольку объемы и составы промышленных сточных вод чрезвычайно разнообразны, а требования ПДК к очищенной воде также неодинаковы, предложить универсальную схему очистки невозможно, поэтому в каждом конкретном случае необходимо уточнять и дополнять предложенную технологическую схему. Например, для глубокой доочистки стоков может потребоваться установка дополнительных фильтров, индивидуален также и подбор реагентов.

Как отмечалось ранее УАП обладают важной особенностью, они легко встраиваются в уже имеющиеся технологические линии. К примеру, можно использовать существующее реагентное хозяйство с дозирующими устройствами, отстойниками, насосами, что на порядок может снизить капитальные затраты на реконструкцию линий очистки, но при этом значительно повысить степень очистки промстоков и довести их до нормальных ПДК на сбор в рыбохозяйственные водоемы.

Области использования УАП.

Условия, создаваемые в рабочем пространстве УАП позволяют осуществить самые разнообразные процессы. Аппараты особенно эффективны в производстве, где требуется быстрое и равномерное перемешивание. Особенно, если содержание одного из компонентов исчисляется единицами или долями процентов, если нужно обработать генерогенные системы независимо от физического состояния фаз, например, жидкость - твердое тело, несмешивающиеся жидкости (сточная вода - известь, вода - нефтепродукты и пр.).

Для обработки в УАП пригодны вещества в любом фазовом состоянии, лишь бы размеры твердых частиц соответствовали размерам иголок, жидкости свободно текли, а порошки свободно пересыпались. В настоящее время интервал производительности отдельных аппаратов разных типов достаточно велик и поэтому проблемы по производительности больших и малых предприятий снимается.

Технологические линии, снабжения УАП, имеют непрерывный режим работы. Условия их работы таковы, что обрабатываемое вещество не соприкасается с атмосферой, и поэтому отсутствуют непредусмотренные случаи взаимодействия с окружающей средой. Эти линии могут быть замкнутыми. Указанные условия роботы обеспечивает их высокую экологическую чистоту. УАП могут работать с очень высокой эффективностью при условии наличия также высокоэффективного обеспечивающего оборудования.

Расчеты показали, что наряду с высокой технической эффективностью линии, оснащенные УАП, всегда обеспечивают очень высокую экономическую эффективность. Затраты на создание линии окупаются за 1-2 года.

Сравнительные характеристики традиционных технологических линий и систем очистки с использованием УАП.