Очистка сточных вод методом кавитации

Кавитация дает собойсредство локальной сосредоточении энергии невысокой плотности в высшую плотность энергии, связанную с вибрациями и захлопыванием кавитационных пузырьков. В фазе разрежения акустической волны или же за счет районного снижения давления, к примеру при обтекании жесткого тела, в воды образуются каверны. В фазе сжатия под воздействием наружного давления и сил поверхностного натяжения каверна захлопывается, а пар конденсируется на границе раздела фаз. Сквозь стенки каверны в нее диффундирует растворенный в воды газ, который вслед за тем подвергается крепкому адиабатическому сжатию. В момент схлопывания кавитационной каверны нажим и жар газа локально имеют все шансы добиться значимых величин (по расчетным сведениям до 100 МПа и до 10000°С)

При кавитационном воздействии на воду сносятся коллоиды и частички, изнутри коих имеют все шансы находиться бактерии, мельчайши е организмы лишаются обороны перед другими хим и физиологическими влияниями кавитации. Антибактериальное воздействие кавитации напрямик пропорционально ее интенсивности, кратности или же времени обработки. Кавитация способна делить большие молекулы органики, являющиеся центрами образования кавитационных пузырьков буквально например же, как и вирусы считаются центрами притяжения кавитационных образований. По объему вирусы соизмеримы с большими молекулами органических соединений.

В водоеме можно выделить несколько этапов процесса его закисления:

1. На первом этапе рН практически не меняется (ионы бикарбоната

2. успевают полностью нейтрализовать ионы Н+). Так продолжается до тех пор, пока общая щелочность в водоеме не упадет примерно в 10 раздо величины менее 0,1 моль/дм3.

3. На втором этапе закисления водоема рН воды обычно не поднимается выше 5,5 в течение всего года. Такие водоемы называются «умеренно кислые». На этом этапе закисления происходят значительные изменения в видовом составе живых организмов.

4. На третьем этапе закисления водоема рН стабилизируется на значениях рН=0, что говорит о существовании в исследованных зависимостях прямой стохастической связи. При этом величина корреляционной связи бактерицидного эффекта со всеми исследованными параметрами велика и примерно одинакова. Это дает возможность сделать вывод о необходимости исследования влияния комплекса параметров на обеззараживание.

Промежуточное заключение: для визуального подтверждения важности всех представленных методов на качество и состояние воды, приведу пример лабораторного исследования. С помощью метода «озонирование» и его результата (Рис. 3) можно проследить изменение запаха (только вживую), мутности, цветности, прозрачности и водородного показателя pH (с помощью лакмусовой бумажки) и сделать соответствующий вывод о последовательной очистке взятого для пробы образца.

Рисунок 3. «Результат лабораторного исследования методом озонирования»

Нами проделаны следующие эксперименты в целях освещения и очищения исходного материала. В первом случае мы взяли пробы отходов мусорки и сахарного свекольника (г. Москва).

Отходы мусорки имеют цвет черного кофе. В исходный образец добавили в разных соотношениях: (NH4)2SO4 (сульфат аммония) и NaOCl (белизна).

Исх. + 5%(NH4)2SO4 + 5% NaOCl

В течение 2 часов исходная жидкость практически не изменила цвет; запах - не резкий хлора; наблюдается серо-зеленый осадок; ph=8,2.

Исх. + 15%(NH4)2SO4 + 15% NaOCl

В течение 2 часов исходная жидкость приобрела янтарно-коричневый цвет; запах хлора преобладает больше, чем белизны; ph=7,8.

Исх. + 10%(NH4)2SO4 + 10% NaOCl

За аналогичное время реакции с представленными добавками жидкость приобрела светло-коричневый цвет со смешанным терпким запахом белизны и сульфата аммония; наблюдается серо-зеленый осадок.

Исх. + 5%(NH4)2SO4 + 10% NaOCl

В результате реакции наблюдается осветление до светло-коричневого цвета; имеет небольшой серо-зеленый осадок; преобладает запах хлора.

Исх. + 5%(NH4)2SO4 + 15% NaOCl

Время наблюдения: 2 часа; в данном соотношении жидкость приобрела светло-коричневый цвет с желтоватым оттенком; запах хлора; осадка не наблюдается; ph=8,7.

Исх. + 10%(NH4)2SO4 +1 5% ^Ocl

Осветление в 2 раза: светло-коричневый цвет с желтоватым оттенком; запах хлора; легкий осадок светло-серого цвета; ph=7,9.

При обработке озоном:

Исх. + 5%(NH4)2SO4 +15% ^OCl + Озон

Время наблюдения: 2 часа; произошло координальное осветление жидкости; имеет желтый оттенок; в сравнении с предыдущими образцами отсутствует явный запах хлора, нет осадка.

Результаты лабораторных исследований

очистка сточные воды кавитация

Ход работы: в лабораторных условиях проводили исследования влияния процесса кавитации на обеззараживание осадка сточных вод. Обработку осадка проводили в гидродинамической установке с высокой производительностью. Осадок из вторичного отстойника обрабатывали в течение 5-15 минут в гидродинамической установке и анализировали его до и после кавитации по химическим и микробиологическим показателям.

Контроль процесса обработки проводили по показателям влажности и сухому остатку. Контроль влияния процесса кавитации на жизнедеятельность микроорганизмов проводили по санитарно - бактериологическим показателям: общему микробному числу (сапрофитная микрофлора), бактериям группы кишечной палочки (БГКП), патогенным энтеробактериям (сальмонеллы).

Результаты физико-химических и санитарно-бактериологических показателей влияния процесса кавитации на осадок сточных вод представлены в таблице 1.

Таблица 1. Результаты исследований влияния процесса кавитации на физикохимические и бактериологические показатели осадка.

Анализ табличных данных: физико-химические показатели в обеих пробах оказались примерно одинаковы - это связано с поступлением на кавитационную установку осадка с большой плотностью и влажностью.

Также отмечены положительные изменения к уменьшению числа бактерий восадке. После двух часов обработки общее количество бактерий уменьшилось в 1,8 раза, а количество БГКП снизилась в 5,3 раза. Можно предположить, что при увеличении времени пребывания осадка в кавитационной установке, число бактерий снизится до нормативных значений. Зафиксировано недостаточное воздействие кавитации на подавление патогенных энтеробактерий, их присутствие наблюдалось до и после обработки пробы.

В экспериментальных условиях, в зависимости от температуры теплоносителя на входном патрубке и объема прокачки установлено, что за один проход через устройство, теплоноситель (вода) нагревается до 10 °С. Таким образом, при осуществлении предлагаемого способа использования эффекта кавитации появляется возможность в промышленном масштабе преобразовать внутреннюю энергию жидкости (воды) в тепло.

Выводы

Выбор метода обеззараживания обусловливается рядом таких факторов, как физико-химический состав сточных вод, экономичность, безопасность, возможность образования токсичных побочных продуктов в осадках, климатические особенности местности и так далее. В каждом отдельном случае выбор оптимальных решений и схем должен быть сделан на основании всестороннего технико-экономического и санитарно-экологического обоснования;

К недостаткам физических методов обеззараживания можно отнести их высокую энергоемкость, значительные затраты на оборудование, избирательное воздействие на группы микроорганизмов, неглубокое проникновение в слой обрабатываемого осадка.

Обработка осадка в кавитационной установке исключает все вышеперечисленные проблемы. Это принципиально новый, безопасный метод обработки, который требует поддержания определенных условий для обеспечения полного обеззараживающего эффекта.

Экспериментальные исследования по обработке осадка на модельной лабораторной кавитационной установке подтверждают эффективность данного метода. Наблюдается постепенное снижение патогенной микрофлоры. За два часа работы общее количество бактерий уменьшилось в 1,8 раза, а количество БГКП снизилась в 5,3 раза.

Патогенные микроорганизмы активного ила оказались устойчивыми к методу кавитации. Незначительный бактерицидный эффект физических методов, возможно, связан с высокой вязкостью осадка, неглубоким проникновением в слой, избирательным воздействием на определенные виды микроорганизмов.

Экономический эффект от предложенной технологии после усовершенствования работы установки заключается в том, что данный метод не требует применения дорогостоящих химических реагентов, что позволяет полностью исключить затраты на их приобретение; обработка осадка в кавитационной установке может осуществляться на уже существующих очистных сооружениях, тем самым отсутствует потребность в строительстве новых сооружений; применение данного метода после усовершенствования основных параметров, позволит в короткие сроки проводить обработку осадка, тем самым быстрее освобождать площади земли, занятые под иловые площадки.

Необходимо произвести доработку основных параметров работы кавитационной установки, увеличить время пребывания осадка сточных водв камере обеззараживания, чтобы обеспечить полный обеззараживающий эффект.

Таким образом, используя кавитацию ускоряется процесс реакции и обеззараживания. Данный метод также является наиболее экономным по сравнению с озонированием и любыми другими методами очитки воды.

Использованные источники:

1. Фомина И.Г. Методология исследования качества осадков сточных вод для возможности использования их в качестве удобрений: Сборник II Межотраслевой научно-практической конференции молодых ученых и специалистов, 2013 г.

2. Васильева Н.Б. Очистка сточных вод с использованием гидродинамической кавитации: тема диссертации и автореферата поВАК РФ 05.23.04.

3. ГОСТ Р 17.4.3.07-2001 Охрана природы. Почвы. Требования к свойствам осадков сточных вод при использовании их в качествеудобрений.

4. Яковлев С.В., Воронов Ю.В. Водоотведение и очистка сточных вод/ Учебник для вузов. - М.: АСВ, 2004. - 704 с.

5. Исследования по интенсификации методов очистки сточных вод // Сб. научн. трудов МИСИ. - М., 1987 г.

6. Батмангхелидж Ф. Вода для здоровья. / Минск: Попурри, 2004 г;

7. СанПиН 2.1.4.1074-01 Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения.Контроль качества, М.: Федеральный центр Госсанэпиднадзора Минздрава России, 2001 г.

8. Сенявин М.М., Мясоедов Б.Ф. Основные свойства нормируемых в водах органических соединений. М.: Наука, 1987. 105 с.

Размещено на Allbest.ru