ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ЭЛЕКТРОКОАГУЛЯЦИИ И КАВИТАЦИИ ПРИ ПЕРЕРАБОТКЕ УГЛЕВОДОРОДСОДЕРЖАЩИХ СТОКОВ

Краткое содержание

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми, сформульовано мету і завдання дослідження, визначено об'єкт і предмет дослідження, показана наукову новизну і практичне значення отриманих результатів, а також особистий внесок здобувача.

         У першому розділі проведено аналіз основних напрямів розвитку сучасних технологій, апаратних засобів і процесів переробки вуглеводневмісних стоків. Наведено основні характеристики ВСВ, що містять вільні, емульговані та розчинені нафтопродукти концентрацією до 20 г/л. Аналіз існуючого рівня технологій переробки стічних вод, що містять вуглеводні, доводить особливу гостроту й актуальність розроблення сучасної економічно ефективної технології переробки вуглеводневмісних стоків, що містять стабільні емульговані вуглеводні, до екологічно безпечного рівня, який становить 0,1 мг/л. Саме ці складові вуглеводнів і викликають найбільшу складність під час очищення стічних вод. Очищення ВСВ від вільних і великих (~50 мкм) нестабільних емульгованих частинок вуглеводнів є вирішеним завданням для хімічної технології і здійснюється в резервуарах для збирання стоків. Шляхом гравітаційного розділення з ВСВ видаляється більша частка вуглеводнів. Традиційно відстояні ВСВ попередньо обробляють коагулянтами і сепарують у статичних і динамічних відстійниках, гідроциклонах, флотаторах до рівня (15–20) мг/л. Переробка ВСВ принципово може бути забезпечена фільтрацією на мембранних, сорбційних фільтрах або в електроімпульсних, ультразвукових апаратах і за допомогою УФ-випромінюванням. Однак, це пов'язано з необхідністю використання великої кількості різнорідного, унікального енергоємного обладнання, хімічних реагентів, витратних матеріалів, заміни, регенерації фільтруючого обладнання та ін., а, отже, і зазначними фінансовими витратами.

Вказаних недоліків у певній мірі позбавлена апаратурно-технологічна схема, заснована на процесах, які відбуваються під час електрокоагуляційної та кавітаційної обробки водних систем, що містять вуглеводні. Перспективними апаратурними засобами для реалізації є колонний електрокоагулятор і гідродинамічний кавітатор.

Другий розділ присвячено експериментальному дослідженню особливостей процесу електрокоагуляції вуглеводнів і визначенню механізмів, які забезпечують підвищення ефективності роботи колонного електрокоагулятора. Експерименти проведено у лабораторії кафедри хімічної техніки та промислової екології НТУ «ХПІ».

         Ефективність роботи електрокоагулятора визначається питомими витратами електроенергії, металу анода на створення коагулянту і досягненням необхідної якості очищення стоків.

         Процеси електрохімічного очищення води від різних забруднень у відомих типах електрокоагуляційних апаратів, у тому числі колонних, звичайно розглядаються поза їх залежністю від властивостей коагулянту і часу його утворення в електродній камері, не враховується вплив гідродинаміки потоку в реакційній камері апарата, дисперсний склад частинок гідроксиду алюмінію і вплив їх розмірів на швидкість коагуляції частинок вуглеводнів та якість очищення ВСВ.

         Встановлено, що властивості й основні характеристики електрогенерованого коагулянту істотно залежать від часу його утворення, а показники якості та швидкості очищення ВСВ від вуглеводнів визначаються як часом утворення коагулянту та його дисперсністю, так і гідродинамічними характеристиками потоків у реакційній камері апарата.

         Експериментальні дослідження процесу утворення коагулянту здійснено в електрохімічній комірці з вертикально встановленими плоскими алюмінієвими електродами, що мають міжелектродний зазор 10 мм, в інтервалі часу 10–40 с за густини анодного струму 0,2 А/см², рН електроліту 6,4. Вивчення складу частинок електрогенерованого гідроксиду алюмінію показало, що вони полідисперсні, їх розміри (d_i) становлять від 0,2 до 6,0 мкм. Найбільша кількість частинок знаходиться в межах (0,2–2,2) мкм. За умови збільшення часу утворення гідроксиду алюмінію від 10 с до 40 с ймовірність появи дрібних частинок коагулянту (діаметром 0,2–0,6 мкм) зменшується приблизно на 20–30 %, а частинок з розмірами (1,0–2,2) мкм – збільшується.