Очистка стоков промышленных предприятий от твердых взвесей методом фильтрации: Физическое и математическое моделирование тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 11.00.11, кандидат технических наук Шарафутдинова, Анастасия Валерьевна

• Шарафутдинова, Анастасия Валерьевна
• кандидат технических наук
• 1999

Оглавление диссертации кандидат технических наук Шарафутдинова, Анастасия Валерьевна

ОГЛАВЛЕНИЕ

стр

Список обозначений

Введение

Глава 1. Литературный обзор

Глава 2. Разделение промышленных стоков фильтрованием на осадок и фильтрат

2.1. Математическая модель процесса разделения суспензии на осадок и фильтрат в фильтровальных аппаратах

2.2. Экспериментальное определение зависимости пористости осадка от сжимающего напряжения

2.3. Экспериментальное определение зависимости проницаемости, осадка от пористости

2.4. Экспериментальное определение коэффициента межфазового взаимодействия в суспензии

2.5. Решение задачи разделения суспензии фильтрованием

2.6. Расчет производительности аппаратов фильтрационного разделения суспензий

Глава 3. Продувка воздухом насыщенного жидкостью осадка

3.1. Математическая модель процесса продувки воздухом насыщенного жидкостью осадка

3.2. Определение параметров математической модели процесса продувки воздухом насыщенного жидкостью осадка

3.3. Решение задачи определения влажности осадка в процессе его продувки воздухом

Глава 4. Промывка осадков

4.1. Математическая модель процесса промывки осадков

4.2. Решение задачи промывки осадка

4.3. Определение параметров математической модели процесса промывки осадка и численные расчеты

Выводы

Список литературы

Заключение об использовании результатов диссертационной работы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Очистка стоков промышленных предприятий от твердых взвесей методом фильтрации: Физическое и математическое моделирование»

Введение

Объем производимой развитыми странами промышленной продукции удваивается каждые 15 лет и, соответственно, увеличивается количество отходов производства и потребления, загрязняющих окружающую природную среду. Очистка сточных вод во все времена является проблемой чрезвычайной важности. По данным различных авторов [1-4] 30% загрязнений приходится на хозяйственно - фекальные, а 70% на промышленные сточные воды.

Большинство промышленных предприятий являются потребителями воды, которая используется для технологических целей и непосредственно участвует в производственных операциях. Загрязнителями производственных сточных вод являются отходы и потери производства.

Так, например, сточные воды пищевой и целлюлозно-бумажной промышленности содержат органические вещества, которые, попадая в водоемы, загнивают, губительно действуя на все живое, а, например, сточные воды металлургических, нефтеперерабатывающих, химических и других предприятий содержат токсичные вещества, которые, попадая в водоемы, также отравляют все живое в них.

Промышленные сточные воды меняются по количеству и составу от завода к заводу, от цеха к цеху, от производства к производству. Загрязненность этих вод может колебаться в очень широких пределах. Кроме того, характер сточных вод изменяется вместе с изменением процесса производства.

Таким образом нецелесообразно собирать сточные воды всех цехов завода в одно очистное сооружение и далее очищать эти воды от всех вредных веществ. Более продуктивным является создание компактных аппаратов, которые очищают сточные воды отдельных цехов от той или иной примеси.

Одним из наиболее эффективных способов очистки сточных вод от механических примесей является фильтрационное разделение этих вод на осадок и жидкость.

Поэтому модернизация существующих производств с внедрением в них эффективных и компактных фильтрационных аппаратов очищающих сточные воды, с целью сокращения выброса механических примесей в окружающую среду, является проблемой весьма актуальной.

Дальнейшее совершенствование технологии очистки сточных вод, повышение ее эффективности, успешное решение задач контроля и управления процессами очистки невозможно без правильного понимания взаимосвязанных явлений механического взаимодействия твердой фазы и жидкости в суспензии и осадке, без детального изучения процесса на основе физического и математического моделирования, что и определяет актуальность темы диссертации.

Заключение диссертации по теме «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов», Шарафутдинова, Анастасия Валерьевна

Выводы

1. Созданы экспериментальные установки для физического моделирования процессов: фильтрационного разделения сточных вод на осадок и фильтрат; продувки сформированных осадков воздухом; промывки осадков. Проведена серия экспериментов по очистке сточных вод, твердая фаза которых состояла из волокон целлюлозы различного помола.

2. На основе теории механики многофазных сред построены математические модели процессов: фильтрационного разделения сточных вод на осадок и фильтрат; продувки сформированных осадков воздухом; промывки осадков.

3. Разработан новый метод определения зависимости проницаемости сжимаемых осадков от их пористости. На основе разработанного метода создана экспериментальная установка, на которой эти зависимости определены для осадков, сформированных из волокнистой целлюлозы.

4. Разработаны методики экспериментального определения всех параметров предложенных математических моделей. Экспериментально определены параметры математических моделей для осадков, сформированных из волокнистой целлюлозы.

5. Получено аналитическое решение задачи о фильтрационном разделении сточных вод на осадок и фильтрат. На основе этого решения предложены соотношения, позволяющие рассчитать производительности аппаратов периодического действия и барабанных вакуум-фильтров.

6. Получено аналитическое решение задачи о продувке воздухом осадков, насыщенных жидкостью.

7. Построен алгоритм решения задачи о промывке осадка.

8. Сравнение результатов расчетов производительности аппаратов разделения сточных вод фильтрованием, влажности продуваемых воздухом осадков и концентраций фильтрата и промывочной жидкости в осадке после окончания его промывки с экспериментально определенными значениями этих параметров показали их удовлетворительное совпадение.

9. Разработанные методики расчетов процессов фильтрационного разделения сточных вод и продувки осадков воздухом на барабанном вакуум-фильтре были внедрены в ГосНИИХП (г. Казань).

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Шарафутдинова, Анастасия Валерьевна, 1999 год

Список литературы.

1. Мейнк Ф., Штофф Г., Колыпюттер Г. Очистка промышленных сточных вод. Д.: Гостоптехиздат, 1963, 646с.

2. Базякина H.A. Очистка концентрированных промышленных сточных вод. М.: Госстройиздат, 1958.,235с.

3. Жуков А.И., Монгайт И.Л., Родзиллер И.Д. Канализация промышленных предприятий. М.: Госстройиздат, 1962г., 603с.

4. Жуков А.И., Демидов Л.Г., Монгайт И.Л., Родзиллер И.Д. Канализация промышленных предприятий. М.:Изд. Лит-ры по строительству, 1969г., 374с.

5. Дуденков C.B., Шубов Л.Я. Обогащение редких и цветных металлов. М.: Недра, 1976г., 368с.

6. Роев P.A., Юфин В.А. Очистка сточных вод и вторичное использование нефтепродуктов. М.: Недра, 1987г., 223с.

7. Пономарев В.Г., Иоакимис Э.Г., Монгайт И.Л. Очистка сточных вод нефтеперерабатывающих заводов. М.: Химия, 1985г., 255с.

8. Копылов В.А. Очистка сточных вод и уплотнение осадков целлюлозно-бумажного производства.//Лесная промышленность, 1983г., N5, с. 16-18.

9. Коваленко В.П., Ильинский A.A. Основы техники очистки жидкостей от механических загрязнений. М.: Химия, 1982г., 270с.

10. Когановский A.M., Клименко H.A., Левченко Т.М., Марутовский С.Т., Рода И.Г. Очистка и использование сточных вод в промышленном водоснабжении. М.: Химия, 1983г., 287с.

11. Очистка производственных сточных вод. Под редакцией Турского Ю.И., Филиппова И.В. Л.: Химия, 1967г., 331с.

12. Гвоздев В.Д., Ксенофонтов Б.С. Очистка производственных сточных вод и утилизация отходов. М.: Химия, 1988г., 112с.

13. Проскуряков В.А., Шмитд Л.И. Очистка сточных вод в химической промышленности. Л.: Химия, 1977г, 464с.

14. Погодин М.А., Леонов Б.М., Страшко Т.К. Очистка сточных вод и переработка шлама фосфорных заводов. Л.: Химия, 1973г., 51с.

15. Лоренц В.И. Очистка сточных вод предприятий пищевой промышленности. Киев: «Будивельник», 1972г., 185с.

16. Туровский И.С. Обработка осадков сточных вод. М.: Стройиздат, 1988г., 257с.

17. Жужиков В.А. Фильтрование. М.: Химия, 1980г., 398с.

18. Малиновская Т.А., Кобринский И.А., Кирсанов О.С., Рейнфарт В.В. Разделение суспензий в химической промышленности. М.: Химия, 1983г., 263с.

19. Лейчкис И.М. Фильтрование с применением вспомогательных веществ. Киев.: Изд. «Техника», 1976г., 192с.

20. Федоткин И.М., Воробьев Е.И., Вьюн В.И. Гидро-динамическая теория фильтрования суспензий. Киев: «Высшая школа», 1986г., 167с.

21. Ruston A. Liquid-solid separation - resent research evaluted // Filter / and Separ., 1976,V.13, N6, p.573-576,578.

22. Bowling K. Filtration and of solids from liquids. // PACE, 1974, V.27, N3, p. 13-20.

23. Малиновская Т.А. Разделение суспензий в промышленности органического синтеза. М.: Химия, 1971г., 318с.

24. Зигель 3. Фильтрация. М.: Гонти, 1939г., 172с.

25. Шейдеггер А.Б. Физика течения жидкости через пористые среды. М.: Гостоптехиздат, 1960г., 249с.

26. Jrace Н.Р. Resistance and compressibility of bilter cakes. // Chem. Engng. Progr., 1963, V. 49, N6, p. 303-318, N7, p. 367-377.

27. Шехтман Ю.М. Фильтрация малоконцентрированных суспензий. М.: АН СССР, 1961г., 212с.

28. Ребиндер П.А. Физико-химическая механика - новая пограничная область науки. М.: Знание, 1958г., 64с.

29. Filler F.M. The role of porosity in filtration III Variable-pressure, variable-rate filtration // ALCHE Gournal, 1958, V.4, N2, p. 170-174.

30. Willis M.S., Fosun I.A. Gigorous cake filtration theory // Chem. Engng. Sei., 1980, V.35, p.2427-2438.

31. Гарсеванов H.M., Полыпин Д.Б. Теоретические основы механики грунтов и их практическое применение. М.: Госстройиздат 1948г., 248с.

32. Развитие исследований по теории фильтрации в СССР. Под ред. П.Я. Полубариновой-Кочиной. М.: Наука, 1969г., 546с.

33. Флорин В.А. Основы механики грунтов. М.: Госстройиздат, 1959г., т.2, 549с.

34. Аскадский A.A. Деформация полимеров. М.: Химия, 1973г., 448с.

35. Сухобрусов П.Н. Исследование процессов фильтрования и обезвоживания осадков суспензий при постоянном перепаде давлений. Автореф. дис. канд. техн. Наук. Харьков, 1975г., 18с.

36. Гутин Ю.В., Жужиков В.А. Влияние концентрации суспензии на удельное сопротивление осадков при фильтровании.// Хим. пром., 1967г., N5, с.68-71.

37. Гриченко A.A. Уравнения фильтрования с учетом перераспределения давлений между сжимаемым осадком и фильтровальной перегородкой.// Теорет. основы хим. техн-гии, 1975г., т.9, N4, с.627-630.

38. Atsume H., Akiyama F.A. Study of cake filtration. Formulation as a atafan problem. // g. Chem. Eng. Japan, 1975, V.8, N6, p.487-492.

39. Бернадинер М.Г., Битов B.M. Гидродинамическая теория фильтрации аномальных жидкостей. М.: Наука, 1975г., 200с.

40. Романков П.Г., Курочкина М.И. Гидродинамические процессы химической технологии. JL: Химия, 1982г., 288с.

41. Brysrewski С. Einflub der anfangsperiode auf die dynamir der Kuchen-filtration.// Chem./ Techn., 1979, V.31,N6, 5,s.300-302 .

42. Слезкин H.A. Дифференциальные уравнения движения пульпы.// Докл. АН СССР, 1956г., т.86, N2, с.47-53.

43. Франкль Ф.И. К теории движения взвешенных наносов. // Докл. АН СССР, 1953г., т. 10, N2, с.25-28.

44. Рахматуллин Х.А. Основы гидродинамики взаимопроникающих движений.// Прикладная матем. и мех., 1956г., т.20, N2, с.7-12.

45. Нигматуллин Р.И. Основы механики гетерогенных сред. М.: Наука, 1978г., 336с.

46. Криль С.И. Уравнения гидродинамики для двухфазных смесей.// Изв. ВИНИТ, 1969г., т.91, с.3-11.

47. Карпов И.Н., Жужиков В.А., Кобринский И.А. О математическом описании процесса разделения суспензий фильтрованием.// Теор. осн. хим. технолог., 1981г., т.15, N1, с.94-97.

48. Карпов И.Н., Жужиков В.А., Раих М.А., Кобринский И.А. Обобщенные уравнения фильтрования и методы их решения.// Теор. осн. хим. технолог., 1985г., т.9, N3, с.375-383.

49. Малиновская Т.А. О закономерностях фильтрования и обезвоживания осадков при разделении высокодисперсных суспензий.// Теор. осн. хим. технолог., 1975г., т.9, N1, с.76-81.

50. Болек М. Определение постоянных в уравнениях фильтрования при переменном сопротивлении осадка.// Хим. и нефт. машиностроение , 1976г., N7, с. 13-14.

51.Мирохин A.M., Кафаров В.В, Шмелев С.А. Исследование образования осадка на фильтре при потере частиц твердой фазы суспензии с фильтром.//Журн. прикл. химии, 1979г., т.52, N2, с.328-334.

52. Николаевский В.Н. Механика пористых и трещеноватых сред. М.: Недра, 1984г., 1984, 231с.

53. Шукм Л. Реологические проблемы механики грунтов. М.: Стройиздат, 1976г., 485с.

54. Федоткин И.М., Воробьев Е.И. Задача Стефана в фильтровании с учетом сжимаемости осадка и ускорения жидкой фазы./ЛГеор. основы хим. технологии, 1982г., т. 16, N1, с.70-77.

55. Воробьев Е.И., Тарасенко А.П. Влияние сжимаемости осадка на закономерности процесса фильтрования суспензий.// Теор. основы хим. технологии, 1987г., т.21, N4, с.507-513.

56. Мошинский А.И. О фильтровании суспензий с образованием сжимаемого осадка.//Журн. прикл. химии, 1986г., т.59, N7, с.1520-1523.

57. Кафаров В.В., Малиновская Т.М. О возможности моделирования процесса фильтрации на основе анализа структуры осадка.// Хим. пром., 1956г., N8, с.34-41.

58. Воробьев Е.И., Федоткин И.М. Метод расчета удельного сопротивления сжимаемого осадка.//Хим. машиностроение, 1979г., N30, с. 13-17.

59. Воробьев Е.И Исследование процесса фильтрования с образованием сжимаемого осадка и применение пульсационных колебаний для повышения эффективности работы фильтров сахарного производства.// Автореф. дис. канд.техн. наук, К., 1980г., 22с.

60. Воробьев Е.И Модель процессов фильтрования суспензий со

_

сжимаемыми осадками.// Теор. основы хим. технологии, 1983г., т. 17, N2, с.147-153.

61. Воробьев Е.И., Федоткин И.М. Расчет оптимального давления фильтрования на основе исследования фильтрационных параметров суспензии.// Хим. и нефт. машиностроение, 1984г., N5, с.24-25.

62. Мирохин А.М. Современное состояние теории промышленного фильтрования и вспомогательных процессов.// Процессы и аппараты хим. технологии. Итоги науки и техники, 1979г., т.6, с.3-115.

63. Прутковский A.C. К вопросу о методах математического описания процеса фильтрования с образованием осадка.// Тр. Ленингр. научн.-исслед. и проект, ин-та основн. хим. пром-ти, Л., Деп. в ОНИИТЭХИМ, Черкассы, 1975г., N615/75, с.29.

64. Прутковский A.C. О макромоделировании процесса фильтрования.// Тр. Ленингр. научн.-исслед. и проект, ин-та основн. хим. пром-ти, Л., 1976г.. вып.26, с.115-118.

65. Циркин И.И., Жужиков В.А. Исследование процесса разделения суспензий в фильтре с предварительно нанесенным слоем вспомогательного вещества. // Хим. Пром-ть, 1973г., №6, с 35-39.

66. Федоткин И.М., Воробьев Е.И. Линейная нестационарная и пульсируящая фильтрация с учетом намыва слоя, его сжимаемости и изменения давления в скелете.// Фильтрация воды в пористых средах.:Докл.III Междунар. симпоз. Киев, 1978г., ч.2, с.68-75.

67. Smilles D.E., Rosental MJ. The movement of water in swelling materials.// Aust. g. soil Res., 1968, N6, p.237-248.

68. Smilles D.E., Poulos H.Y. The one-dimensional consolidation of Columns of soil finife length.// Aust. g. soil Res., 1969, N7, p.285-291.

69. Smilles D.E. Steady flow experiments in saturated cloys.// Aust. g. soil Res.,1969, N7, p.91-98.

70. Smilles D.E. A theory of constant pressure filtration.// Chem. Eng. Sci.,1970, V.25, N6, p.985-996.

71.Беннет K.O., Майерс Дж.е. Гидродинамика, теплообмен и массообмен. М.: Недра, 1966г., 728с.

72. Жужиков В.А. Определение фильтрационных констант.// Хим. пром-ть, 1948г., N9, с.275-280.

73. Малиновская Т.А., Найдорф Л.Ш. О методах определения величины удельного сопротивления осадка при фильтровании суспензий.// Хим. и нефт. машиностроение, 1985г., N6, с.26-28.

74. Сибирков В.П., Мухин И.Н. Исследование зависимости удельного сопротивления осадка от давления фильтрования.// Хим. и нефт. машиностроение, 1977г., N9, с. 19-21.

75. Богомол Г.М. Формование многослойного картона.// Лесная промышленность, 1982г., N4, с.70-73.

76. Баренблат Г.И., Ентов В.М., Рыжик В.М. Движение жидкостей и газов в природных пластах. М.: Недра, 1984г., 207с.

77. Чарный И.А. Подземная гидрогазодинамика. М.: Гостоптехиздат, 1963г., 396с.

78. Нигматуллин Р.И. Динамика многофазных сред. Часть II. М.: Наука, 1987г., 359с.

79. Эфрос Д.А. Исследование фильтраций неоднородных систем. М.: Гостоптехиздат, 1963г., 315с.

80. Данилов В.Л., Кац Р.М. Гидродинамические расчеты взаимного вытеснения жидкостей в пористой среде. М.: Недра, 1980г., 264с.

81.Маскет М. Физические основы технологии добычи нефти. М.-Л.: Гостоптехиздат, 1953г., 315с.

82. Коллинз Р. Течение жидкостей через пористые материалы. М: Мир, 1964г., 512с.

83. Брук О.Л. Процессы промывки осадков. М.: Недра, 1973г., 216с.

84. Костерин А.В., Муллануров Ф Ш. Замещение капиллярно-связанной жидкости растворителем в пористой среде.// Сб. исследования по подземной гидродинамики, вып.8 Изд. Каз. ун-та. Казань, с.47-56.

85. Аксельруд Г.А., Альтшуллер М.А. Введение в капиллярно-химическую технологию. М.: Химия, 1983г., 263с.

86. Полубаринова - Кочина П.Я. Теория движения грунтовых вод. М.: Наука, 1977г., 663с.

87. Бермант А.Ф., Араманович. Краткий курс математического анализа. М.: Наука, 1967г., 736с.

88. ДвайтГ.Б. Таблица интегралов. М.: Наука, 1973г. 228с.

89. Лойцанский Л.Г. Механика жидкости и газа. М.: Наука, 1973г., 847с.