Очистка бытовых и промышленных сточных вод с использованием переменного электромагнитного поля

УДК 622.861.4

И.В. Паньшин к.в.н, А.П. Демин

ОЧИСТКА БЫТОВЫХ И ПРОМЫШЛЕННЫХ СТОЧНЫХ ВОД С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПЕРЕМЕННОГО ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ

I. Panshin, A. Demin, S. Markov, L. Prace INDUSTRIAL AND DOMESTIC SEWAGE TREATMENT USING ALTERNATING MAGNETIC FIELD

В статье изложены принцип действия и технология применения аппаратов вихревого слоя, использующих энергию вращающихся электромагнитных полей высокой напряженности для очистки

промышленных стоков.

In article there are shown principles of action and technology of using velocity layer device, applying energy of

revolving magnetic fields for sewage treatment.

Осложнение экологической обстановки требует все более эффективной очистки сточных вод для снижения загрязнения окружающей среды. Традиционные схемы обработки воды иногда не обеспечивают удаление химических загрязнений. В настоящее время возникла острая необходимость разработки аппаратов и технологий нового поколения, обладающих высокой надежностью и эффективностью.

Использование физических полей открывает большие перспективы в области очистки, обезза-

раживания сточных вод. Важным направлением деятельности ЗАО «Минибот» является создание аппаратов вихревого слоя (АВС), использующих энергию вращающихся электромагнитных полей высокой напряженности для очистки и обеззараживания промышленных сточных вод (рис. 1).

Аппарат (установка) вихревого слоя (АВС) состоит (рис. 1) из индуктора (1), корпуса (2), рабочей зоны (3), иголок (4). Рабочей зоной аппарата является гладкая труба, внутри которой индуктором наводится вращающееся электромагнитное поле с высокой

о

VO га ср

го «

ср

х и cu т X I X

cu н

I

0

1 т

I

Рис. 1. Принцип действия аппарата вихревого слоя (АВС) удельной мощностью. В качестве рабочих т&л и<ш°ль-

зуются ферромагнитные частицы, которые принято называть «иголками». Иголки, попадая в рабочее пространство, в котором возбуждено вращающееся электромагнитное поле, сами становятся магнитами (диполями). При наложении внешнего переменного магнитного поля иголки начинают вращаться. Вращение иголок постоянно нарушается за счет соударения друг с другом, со стенками зоны и частицами материалов. Действие, движение и энергия иголок оказывают решающее влияние на ход технологических процессов. Таким образом, иголки являются основными переносчиками и генераторами энергии в рабочей зоне аппарата.

Особенностью работы иголок является возникновение акустических волн, а в случае присутствия жидкости — кавитации. Установлено [1], что каждая иголка служит источником акустических волн. Результирующая волна в любой точке зоны есть сумма акустических волн от каждого источника. Суммарная

амплитуда давления звуковой волны равна:

,

где Р — амплитуда давления волны;

f — частота колебаний i-го источника;

P — амплитуда колебаний в данной точке i-го источника;

t — время.

При наличии акустических волн в рабочей зоне АВС в присутствии жидкой фазы возникает кавитация — образование и схлопывание пузырьков газов, которые выделяются из жидкости или вносятся извне. При схлопывании пузырька давление в нем резко увеличивается, что приводит к возникновению разрушающего импульса сжатия. Механизм интенсивных потоков жидкостей вызывает ряд эффектов: разрушение твердых тел, эмульгирование жидкостей, изменение хода химических реакций, что связано с ионизацией компонентов и другими факторами.

В наведенном внешнем переменном поле иголки приобретают заряд, который непрерывно меняет свой знак. При наличии воды или другого любого электролита возникают условия для процессов электролиза [1]. Если учесть, что число иголок велико, то процессом электролиза охвачена вся рабочая зона аппарата. Причем процесс этот в отличие от традиционных, носит кинетический характер [2]. Сущес-

твование такого процесса доказывается, например, изменением pH жидкой фазы. По данным [3] на электролиз расходуется около 15% мощности, подаваемой в рабочую зону аппарата.

Таким образом, в рабочей зоне аппарата могут проходить следующие процессы: окисление, восстановление ряда соединений; осаждение металлов из раствора в виде гидроокиси; частичное разложение воды (ионизация); разложение (частичное) органических соединений, имеющих сложные, многоатомные молекулы; обеззараживание воды.

При перемагничивании иголок возникает явление магнитострикции [4]. В результате возникает силовой импульс, действующий на малом расстоянии от поверхности иголки. Следовательно, каждая иголка при своем движении непрерывно излучает сильные импульсы большой разрушающей силы. Под воздействием внешнего поля индуцируются сильные токи инициирующие микродуги. Указанные эффекты обеспечивают глубокие изменения в структуре вещества, в том числе и на уровне валентных оболочек атомов (переход электронов на иные уровни) Причем их ход осуществляется при нормальной температуре и давлении.

Быстрое перемещение иголок, кавитация ускоряя ют ход многих физико-химических реакций. Совмещение в одном рабочем пространстве действий всех перечисленных факторов одновременно в сотни и тысячи раз ускоряют практически все физико-химические и механо-физические реакции, а, следовательно, во столько же раз повышает производительность технологической линии.

Исследования показали, что в рабочей зоне АВС растворение многих материалов в воде идет значительно быстрее, чем в обычных реакторах с мешалкой и подогревом (табл. 1).

Как видно из таблицы, технологии с использованием АВС имеют производительность в несколько раз больше, потребляют энергии в несколько раз меньше, их материалоемкость и габариты также во много раз меньше по сравнению с традиционными технологиями такого же назначения. Аппарат можно использовать для нейтрализации промстоков любого состава. Универсальное обезвреживание всех видов стоков предприятий отвечает современным национальным требованиям в области охраны окружающей среды, ресурсосбережения и экологически целесообразно. Анализ физико-химических, механо-физических процессов, проходящих в

Таблица 1

Сравнение показателей работы АВС и традиционных технологий

Наименование технологии Традиционные технологии Превышение удельных показателей по сравнению с традиционными технологиями

Увеличение производительности, раз Уменьшение материало емкости, раз Уменьшение энергоемкости, раз Особые показатели

Очистка от тяжелых металлов, фенолов и др. Реакторы с мешалками емкостью 12-18 м3 1500-2000 40-1500 3-900

Химические процессы Реакторы различных типов 10-1000 10-100 5-10 t = 20

о

VO га ср

го «

ср

х и cu т X I X

cu н

I

0

1 т

I

рабочей зоне АВС показал, что изменяя конструктивные, технические, технологические параметры аппарата можно управлять и контролировать его работу. Более того, сделать его селективным для данного технологического процесса, т.е. настроить на эффективную работу конкретной технологической цепочки (линии).

Принципиальная универсальная технологи -ческая линия по нейтрализации различных промстоков представлена на рис. 2.

Технология очистки и обеззараживания сточных вод включает следующие основные стадии: предварительная фильтрация исходной сточной воды;

очистка, обеззараживание сточной воды на аппарате АВС; доведение состава осветленной части воды до необходимых норм; утилизация шлама.

Выше было указано, что в рабочей зоне АВС идут процессы электролиза и, соответственно, ионизация воды. Как известно [5, 6], среда, насыщенная ионами, гибельна для микрофлоры. Исследования и многочисленные испытания работы аппарата АВС показали, что одновременно с обезвреживанием идет и обеззараживание сточной воды. Резкое снижение значения биологического потребления кислорода подтверждается (табл. 4).

Рис. 2. Принципиальная универсальная технологическая схема обезвреживания (нейтрализации) промстоков:

1 — двухсекционная приемная емкость; 2 — насос для стоков; 3 — установка для активации процессов (АВС); 4 — бак для коагулянта; 5 — бак-отстойник; 6 — ленточный фильтр-пресс; 7 — микрофильтр; 8 — предфильтр

Таблица 2

Эффективность очистки спиртовой барды после обработки на аппарате АВС

Наименование компонента Ед. измерения Исходная Очищенная

Взвешенные вещества мг/л 300 30

Прозрачность см 1 20

ХПК мгО2/л 38500 100

БПК5 мгО2/л 9600 3,0

РН ед. 4,5 7,0

Класс опасности 1 5

Таблица 3

Изменение содержания компонентов сточных вод после обработки на АВС [2] рН исходное — 2-3; рН конечное — 8,5-9

Компоненты Содержание, мг/л

Исходной После обработки

Сг+6 50-100 отсут.

Сг+3 50-100 отсут.

Fe 50-100 следы

N1 50-100 отсут.

Мк до 300 следы

РЬ 50-100 0,09

Си 50-100 следы

Необходимо подчеркнуть, что АВС, обладая уникальной способностью по очистке и обеззараживанию воды, легко встраиваются в имеющиеся технологические линии. Можно использовать существующее реагентное хозяйство с дозирующими устройствами, отстойниками, насосами. При незначительных капитальных затратах на реконструкцию технологической линии, достигается значительное повышение степени очистки и обеззараживания промышленных стоков. Очищенная вода, в зависимости от достигнутой степени очистки, направляется или в открытый водоем,

или на городские очистные сооружения.

Предприятие «Минибот» входит в состав секции НТС ФГУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ) МЧС

России в Приволжском федеральном округе (г. Нижний Новгород), является стратегическим

партнером ФГУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ) МЧС России, ГУ МЧС России по Нижегородской области и Приволжского регионального отдела ФГУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ) МЧС России. В 2008 г. планируется проведение совместной НИОКР по применению разработанных технологий в Нижегородской области.

Таблица 4

Изменение содержания компонентов сточных вод молокозавода [2]

Наименование Содержание компонентов

Исходной После обработки на АВС

Взвешенные вещества, мг/л 7059 116

БПК5 2878,4 10,4

Окисляемость, мгО2/л 496,0 8,3

Железо общее, мг/л 10,9 0,49

Нитриты, мг/л 9,24 0,14

Нитраты, мгЫ/л 77,0 2,48

Литература

1. Логвиненко Д.Д., Шеляков О.П. Интенсификация технологических процессов в аппарате вихревого слоя. — Киев: «Техника», 1976.

2. Вершинин Н.В., Вершинин И.Н. Установки активации процессов в промышленности и сельском хозяйстве. — М.: Издательство «Триада Плюс», 2004.

3. Логвиненко Д.Д., Логвиненко С.Д., Вдовченко Ю.М. Выбор режимов работы аппаратов с вихревым слоем для различных технологических процессов // Тезисы, доклады Всесоюзной научно-технической конференции. — Тамбов, 1989.

4. Преображенский А.А., Блишард Е.М. Магнитные материалы и элементы. — М.: 1986.

5. Баландин Е.М., Галуб Н.В., Смирнов О.П. Авторское свидетельство СССР № 859315, 1981.

6. Шогенов А.Х. Авторкое свидетельство СССР № 1165640, 1985.

о

VO «

ср

го «

ср

и cu т X I X

cu н

I

0

1 т

I