Сонохимическая очистка загрязненных вод

УЗ реагентная очистка сточных, поверхностных и подземных вод от загрязнений, обладающих, как правило, определенной агрегативной и седиментационной устойчивостью, обычно осуществляется в отстойниках или флотаторах с применением коагулянтов, флокулянтов и их смесей. Степень очистки при этом определяется главным образом активностью реагентов, временем пребывания очищаемого потока в указанных технологических аппаратах, а также концентрацией загрязняющих веществ, и температурой процесса. Основная идея нашей разработки заключается в том, чтобы подвергать кратковременной УЗ обработке лишь незначительные объемы концентрированных растворов реагентов и затем вводить их в поток очищаемых стоков.

Принципиальная аппаратурно-технологическая схема процесса УЗ реагентной флотации представлена на рис.4.4.

Рис. 4.4. Принципиальная аппаратурно-технологическая схема процесса ультразвуковой реагентной флотации: 1- гидродинамический излучатель; 2- насос; 3- ультразвуковой реактор; 4- емкость коагулятора; 5- емкость флокулятора; 6- флотационный аппарат; 7- гидродинамический кавитатор; 8- емкость для сбора очищенной воды.

Установлено, что предварительная УЗ обработка алюмосодержащих коагулянтов типа Аква-Аурат марок А10, А18 и А30, гидроксохлорид алюминия марки Б, флокулянты типа Праестол 852, 853 и 857 и 2540 обеспечивают повышение степени очистки загрязненных вод за счет увеличения числа центров коагуляции и уплотнения образующихся частиц дисперсной фазы.

Гистограмма на рис. 4.5 наглядно иллюстрирует тенденции и качественную картину эффективности УЗ воздействия при совместном использовании двух реагентов – коагулянта (Аква-Аурат А 30, 10 мг/л) и флокулянта («Праестол» 857, 2 мг/л).

Наиболее эффективным реагентом для очистки сточных вод следует считать активированный УЗ алюмокремневый коагулянт-флокулянт АКФК. Себестоимость этого комплекса существенно ниже аналогов, освоенных в настоящее время промышленностью. Как видно из табл. 4.5 при использовании технологии УЗ обработки реагента, обеспечивается эффективная очистка загрязненных вод при пониженной температуре.

Таблица 4.5

Очистка водонефтяной эмульсии с применением АКФК

Степень очистки, % (6^0 С)	Степень очистки, % (20^0 С)	Условия реагентного воздействия
79,5	93,7	Применение АКФК (20 мг/л по Al2O3)
94,9	98,9	Применение АКФК (20 мг/л по Al2O3) после УЗ активации

Рис. 4.5. Повышение эффективности применения Аква-Аурата 30 и Праестола 857 при их совместном использовании после предварительной УЗ активации: 1 – Аква-Аурат А30; 2 – Аква-Аурат А30 и Праестол 857; 3 – то же, Праестол подвергался УЗА в течение 10 с; 4 – то же, Аква-Аурат А30 подвергался УЗА в течение 30 с, а Праестол – 10 с.

4.3.2. Ультразвуковая гальванокоагуляционная очистка загрязнённых вод

По установившимся представлениям высокая эффективность и глубина широко известного гальванокоагуляционного метода очистки сточных вод обеспечивается одновременным действием нескольких механизмов удаления загрязнений, основные из которых: катодное осаждение катионов металлов, образование ферритов и клатратов, а также коагуляция грубодисперсных примесей — сорбция органических веществ на свежеобразованных кристаллах оксидных форм.

Экспериментально выявленное существенное повышение активности наработанных в гальванокоагуляторе кристаллов при ультразвуковом (УЗ) воздействии позволило разработать новую технологию очистки значительных объёмов загрязнённых вод в специальных реакционных аппаратах. При этом, гальванокоагулятор является практически наработчиком железосодержащего реагента, в основном, магнетита.

Аппаратурно-технологическая схема УЗ гальванокоагуляционной очистки воды от тяжёлых металлов, нефтепродуктов и других органических загрязнений представлена на рис. 4.6.

Отработка технологии УЗ гальванокоагуляционной очистки осуществлялась с использованием модельных смесей и реальных проб производственных стоков, в частности, загрязнённых вод участка мойки подвижного состава депо «Невское» Санкт-Петербургского метрополитена, результаты очистки которых представлены в табл. 4.6.

Рис. 4.6. Аппаратурно-технологическая схема УЗ гальванокоагуляционной очистки воды от тяжёлых металлов, нефтепродуктов и других органических загрязнений:

1–гальванокоагулятор, 2–скрапоуловитель, 3– насосный блок, 4– УЗ реактор, 5–реакционная камера, 6– гидроциклон, 7– рамный фильтр-пресс, 8–регулировочный клапан.

Таблица 4.6

Результаты очистки стоков участка мойки подвижного состава

депо «Невское» Санкт-Петербургского метрополитена

№ п/п	Загрязнения	Концентрация загрязнений, мг/л	степень очистки, %
Загрязненная вода	ПДК горколлекора	очищенная вода без УЗ
	Взвешенные	500-2000		-
	Нефтепродукты	50-200	0,70	0,16-0,37	99,7- 99,8
	Марганец	0,55	0,100	0,013-0,017	99,7- 99,8
	Железо	4,0- 4,6	1,1	0,08-0,10	98,0- 97,8
	Цинк	0,6-0,7	0,7	0,017-0,020	99,7- 99,8
	Медь	4,0	0,040	0,0014-0,0016	88,3- 99,2
	Алюминий	0,00- 0,50	0,12	-
	СПАВ	0,0-4,0	1,4	-
	РН	7,0-9,0	7,0-9,0	7,0	-

Эффективность новой технологии и данные, полученные в процессе обследования этого и подобных объектов, легли в основу разработки промышленного мобильного сонохимического комплекса очистки загрязнённых вод, представленного на рис.4.7, который легко вписывается в инфраструктуру различных предприятий.

При этом очищенная вода может быть подана на повторное использование, что позволит снизить общее водопотребление в 6÷8 раз.

а)	б)
Рис. 4.7. Мобильный комплекс ультразвуковой гальванокоагуляционной очистки загрязнённых вод. а) общий вид контейнера, б) блочно-модульная установка

Исследование в области физики плазмы показали, что в жидкости в интенсивном УЗ поле выше порога кавитации существует новая форма электрического разряда, характеризующаяся объемным свечением во всем пространстве между электродами (рис. 4.8) и возрастающей вольтамперной характеристикой, присущей аномальному тлеющему разряду в газе.

Рис.4.8. Фотография соноплазменного разряда

Эффект получивший название соноплазменного разряда может существовать лишь под действием ультразвуковой кавитации, при этом развитая поверхность раздела плазма - жидкость приводит к увеличению скорости диффузионных потоков химически активных частиц, что может стать основой принципиально нового подхода при решении широкого спектра проблем очистки и обеззараживания загрязнённых вод. Плазмохимические реакции удаляют неорганические и органические примеси различного происхождения и концентрации.

Плазма выжигает цианиды, поверхностно-активные вещества, нефтепродукты, отходы жизнедеятельности, токсины. и позволяет избавиться от тяжёлых металлов: меди, цинка, железа, ртути, молибдена, алюминия, кобальта, хрома, а также от радионуклидов, болезнетворных бактерий и вирусов.

Нам представляется, что метод соноплазменного разряда в ближайшей перспективе может быть использован взамен традиционных технологий для очистки сточных вод, а также при необходимости:

· Разложения ароматических соединений, находящихся в водных растворах;

· Окисления фенола частицами ОН, Н, О и О₃, образующимися в реакторе;

· Разложения дихлорэтана и хлорбензола, растворенных в воде;

· Разложения муравьиной кислоты.

Результаты пробных экспериментов, выполненных в 2009 г, по очистке разбавленных водой стоков Московского нефтеперерабатывающего завода представлены в табл. 4.7.

Таблица 4.7

Результат плазмохимической очистки модельных образцов загрязненный воды

Разбавленные Стоки		Содержание	загрязнений	мгл^-1
	Нефтепродукты	Фенолы	Сульфиды	Сероводород
До обработки	1.0	0.6	0.13	0.052
После очистки	0.012	0.001	0.003	0.03
ПДК	0.05	0.001	0.005	0.03

Метод сонохимического разряда полностью уничтожает болезнетворные бактерии и вирусы. Нами проводились тестовые эксперименты с водными растворами палочковидных клеток Escherichia coli и коковидных клеток в группах Micrococcus luteus. Параллельно произведенные посевы показали достоверное уменьшение КОЕ (колоний-образующих единиц) после 5 с воздействия, что согласуется с прямыми микроскопическими наблюдениями. Через 10 с воздействия в посевах не обнаруживалась Escherichia coli, а через 15 с и Micrococcus luteus. Стерильность обработанного раствора в последнем случае сохранялась при последующем его хранении при комнатной температуре по меньшей мере в течение 10 суток (рис. 4.9).

Дата добавления: 2015-07-11