Очистка сточных вод от тяжелых металлов с использованием ультразвука

• Автор: Кривобородова, Екатерина Георгиевна
• Шифр специальности: 05.17.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 137 с. : ил.

1 плотность тока, Ам

к расстояние между электродами, м

ш удельная электрическая проводимость, Смм

I продолжительность процесса очистки, мин

зарядность ионов ьго вида

С1 концентрация ионов ьго вида, мгл

Ь амплитуда колебаний излучателя, мкм

Г частота колебаний, Гц

Ф объемное газосодержанис

Р давление, Па

Т температура, К

числа переноса ионов ьго вида в растворе
вязкость жидкой фазы, кгмс р плотность жидкой фазы, кгм
Еуз мощность ультразвуковых колебаний, вводимых в раствор, Вт п количество волноводов, шт
Б площадь поперечного сечения волновода, м2 аУ скорость звука, мс ва критерий Галилея
Бс критерий Шмидта
Бо, диффузионный критерий Фурье
Яе колебательный критерий Рейнольдса
Во критерий Бодинштейна
Эф эффективность очистки
ВВЕДЕНИЕ
1 АНАЛИЗ ПРИМЕНЯЕМЫХ ФИЗИКОХИМИЧЕСКИХ СПОСОБОВ ОЧИСТКИ СТОКОВ ОТ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ. ВОЗДЕЙСТВИЕ УЛЬТРАЗВУКА НА ФИЗИКОХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
1.1 Анализ применяемых физикохимических способов очистки стоков от
тяжелых металлов.
1.2 Воздействие ультразвука на физикохимические процессы
1.2.1 Анализ общих характеристик ультразвуковых колебаний и
источников их генерации.
1.2.2 Воздействие ультразвука на химические реакции и
электрохимические процессы
1.2.3 Применение ультразвука в химической технологии
2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ.
2.1 Методические аспеюы выполнения работы.
2.1.1 Химический анализ отработанных электролитов.
2.1.2 Разработка лабораторной установки для проведения исследований очистки сточных вод от тяжелых металлов с использованием ультразвука.
2.2 Изучение зависимости коэффициента диффузии ионов тяжелых
металлов в процессе очистки с ультразвуковой интенсификацией. Поиск наиболее эффективных сочетаний ультразвука и традиционных методов очистки
лабораторные исследования.
2.2.1 Электрокоагуляционный метод очистки.
2.2.2 Дополнительная флотационная реагеитная очистка вод от кадмия.
Изучение воздействия ультразвука на процесс очистки в сочетании с
озонированием.
2.2.3 Обобщенный анализ результатов экспериментов на лабораторной
установке и обоснование выбора технологических параметров и количества
ступеней очистки сточных вод от тяжелых металлов
2.2.4 Расчет коэффициента диффузии ионов тяжелых металлов.
3 ПЛАНИРОВАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТА И ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА
ОЧИСТКИ НА ПИЛОТНОЙ УСТАНОВКЕ
3.1.1 Описание методик экспериментов на пилотной установке
3.2 Планирование эксперимента и получение регрессионных зависимостей
3.3 Изучение характеристик процесса очистки на пилотной установке
3.3.1 Исследование расходных характеристик электродов
3.3.2 Определение очищаемого раствора.
3.3.3 Температура очищаемого раствора
3.3.4 Удельная электрическая проводимость очищаемого раствора
3.3.5 Определение чисел переноса ионов тяжелых металлов
3.3.6 Газосодсржание раствора
3.3.7 Электрическое напряжение процесса очистки
3.3.8 Диаметр частиц.
3.4 Расчет коэффициента диффузии ионов тяжелых металлов и
критериальное обобщение результатов экспериментов на пилотной установке
3.4.1 Критериальное обобщение результатов экспериментов на пилотной установке
4 РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ОЧИСТКИ СТОКОВ ОТ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ, СОДЕРЖАЩЕЙ УЛЬТРАЗВУКОВОЕ ОБОРУДОВАНИЕ И ИНЖЕНЕРНОЙ МЕТОДИКИ РАСЧЕТА ПРОЦЕССА ОЧИСТКИ СТОКОВ ОТ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ С
УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ИНТЕНСИФИКАЦИЕЙ.
4.1 Разработка технологической схемы очистки стоков от тяжелых
металлов, содержащей ультразвуковое оборудование
4.2 Разработка методики расчета параметров процесса очистки стоков от
тяжелых металлов с использованием ультразвуковой интенсификации
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Полученные результаты могут быть использованы при модернизации действующих и проектировании новых систем очистки сточных вод от тяжелых металлов. Методика расчета процесса очистки стоков от тяжелых металлов с ультразвуковой интенсификацией. Автор выражает благодарность научному руководителю, доктору технических наук, профессору, членукорреспондснту РАН Систеру В. Г., доктору технических наук, профессору Гонопольскому А. М., а также кандидату технических наук, профессору НиколайкиноЙ Н. Е. за методическую помощь, полезные советы и участие в обсуждении научных результатов. АНАЛИЗ ПРИМЕНЯЕМЫХ ФИЗИКОХИМИЧЕСКИХ СПОСОБОВ ОЧИСТКИ СТОКОВ ОТ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ. Анализ применяемых фнзнкохимичсских способов очистки стоков от тяжелых металлов Источниками сточных вод, содержащих тяжелые металлы служат предприятия гальванического производства, кожевенной промышленности, добычи и обогащения руд, металлургии, предприятия осуществляющие ремонт металлических покрытий деталей машин, а также предприятия осуществляющие нанесение декоративных металлических покрытий 8,9, ,7. Токсичность многих тяжелых металлов подтверждается многочисленными исследованиями. Большинство из них способны накапливаться в организме, вызывая тяжелые последствия для здоровья острые расстройства нервной системы кадмий, опасность развития рака 1,3. Химические свойства и токсичность наиболее распространнных тяжлых металловзагрязнителей суммированы в таблице 1 1. Таолица I. Известно большое количество методов извлечения тяжелых металлов из промышленных сточных вод. Наиболее используемые методы подразделяются на реагептные, биохимические, электрохимические, мембранные, сорбционные, комбинированные. Каждый из них имеет свои преимущества и недостатки. Сводный анализ этих сведений представлен в таблице 2. Стоит отметить, что одной из наиболее распространенных групп способов очистки стоков от тяжелых металлов являются электрохимические методы, которые находят все болсс широкое применение 2. К ним относятся процессы анодного окисления и катодного восстановления, электрокоагуляции, электрофлокуляцни и электродиализа . Все эти процессы протекают на электродах при пропускании через раствор электрического тока. Основываясь на законах физической химии, электрохимии и положений химической технологии возможно разделить все электрохимические методы очистки воды на три основные группы методы превращения, методы разделения и комбинированные методы рис. Рис. Классификация электрохимических методов обработки воды Первая группа методов обеспечивает изменение физикохимических и фазоводисперсных характеристик загрязнения с целыо их обезвреживания или болсс быстрого извлечения из поды ,,. Вторая группа методов предназначена для концентрирования примесей в локальном объеме электролита без существенного изменения фазоводисперсных или физикохимических свойств извлекаемых веществ. К третьей группе относятся методы, которые предполагают совмещение одного или нескольких методов превращения и разделения загрязнений в одном аппарате , . Таблица. Преимущества и недостатки традиционных филкохимических методов очистки сточных вод от тяжелых металлов 9. Реагектный 1 Широкий интервал начальных концентраций ионов тяжелых металлов. Универсальность. Простота эксплуатации. Отсутствует необходимость в разделении промывных вод и концентратов. Не обеспечивается ПДК для рыбохозяйственных водоемов. Громоздкость оборудования. Значительный расход реагентов. Дополнительное загрязнение сточных вод. Невозможность возврата в оборотный цикл очищенной воды изза повышенного солссодсржания. Затрудненность извлечения из шлама тяжелых металлов для утилизации. Потребность в значительных площадях для шламоотвалов. Элехтрокоагудяни ониый 1 Очистка до требовании ПДК. Высокая производительность. Простота эксплуатации. Малые занимаемые плошали. Малая чувствительность к изменениям параметров процесса. Получение шлама с хорошими структурномеханическими свойствами 1 Не достигается ПДК при сбросе в водоемы рыбохозяйственного назначения. Значительный расход электроэнергии. Значительный расход металлических растворимых анодов. Пассивация анодов.