Розглянуто існуючі установки з очищення трудноокісляемимі стічних вод. пропонується конструктивно-технологічне рішення сепараторні елементи нової конструкції для дискових мембранних апаратів, що дозволило використовувати їх в якості мембранних каталітичних реакторів для газо-рідинних процесів, значно поліпшити їх роботу і ефективність очищення. Показано, що перемички сепараторних елементів мембранних модулів повинні мати форму відрізків логарифмічною спіралі, що дозволяє підвищити продуктивність дискових мембранних агрегатів і знизити енергоспоживання.

Анотація наукової статті з екологічних біотехнологій, автор наукової роботи - Баландіна А.Г.


STRUCTURALLY-TECHNOLOGICAL SOLUTION FOR DISK MEMBRANE CATALYTIC REACTORS FOR OZONATION OF HARD OXIDATED WASTEWATER

The existing installation for cleaning hard oxidated wastewater. We propose a design and technology decision separator elements of the new design for the disk membrane units, which will use them as catalytic membrane reactors for gas-liquid processes, significantly improve their performance and cleaning efficiency. It is shown that the bridge separating element membrane modules must be in the form of segments of a logarithmic spiral that improves the performance of disk membrane units and reduce power consumption.


Область наук:

  • екологічні біотехнології

  • Рік видавництва: 2015


    Журнал: Башкирська хімічний журнал


    Наукова стаття на тему 'Конструктивно-технологічне рішення для дискових мембранних каталітичних реакторів озонування трудноокісляемимі стічних вод'

    Текст наукової роботи на тему «Конструктивно-технологічне рішення для дискових мембранних каталітичних реакторів озонування трудноокісляемимі стічних вод»

    ?УДК 665.662

    А. Г. Баландіна (асп.)

    КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГІЧНЕ РІШЕННЯ ДЛЯ дискові МЕМБРАННИХ КАТАЛІТИЧНИХ РЕАКТОРІВ озонування трудноокісляемимі

    СТІЧНИХ ВОД

    Уфімський державний нафтовий технічний університет, кафедра технології нафтового апаратобудування 450062, г. Уфа, вул. Космонавтів, 1; тел. (347) 2420719, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    A. G. Balandina

    STRUCTURALLY-TECHNOLOGICAL SOLUTION FOR DISK MEMBRANE CATALYTIC REACTORS FOR OZONATION OF HARD OXIDATED WASTEWATER

    Ufa State Petroleum Technological University 1, Kosmonavtov Str., 450 062, Ufa, Russia; ph. (347) 2420719, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    Розглянуто існуючі установки з очищення трудноокісляемимі стічних вод. Пропонується конструктивно-технологічне рішення - сепараторні елементи нової конструкції для дискових мембранних апаратів, що дозволило використовувати їх в якості мембранних каталітичних реакторів для газо-рідинних процесів, значно поліпшити їх роботу і ефективність очищення. Показано, що перемички сепараторних елементів мембранних модулів повинні мати форму відрізків логарифмічною спіралі, що дозволяє підвищити продуктивність дискових мембранних агрегатів і знизити енергоспоживання.

    Ключові слова: дискові мембранні апарати; газо-рідинні процеси; конструктивно-технологічне рішення; озонування; сепараторні елементи; трудноокісляемие стічні води; форма логарифмічною спіралі; ефективність очищення.

    Удосконалення конструкцій, розробка нових апаратів і застосування нетрадиційних методів очищення стічних вод з метою збільшення продуктивності, зменшення енерговитрат та шкідливого впливу на навколишнє середовище є актуальною проблемою. У зв'язку з цим, особливої ​​актуальності набуває розробка апаратів, що дозволяють мінімізувати скиди шкідливих забруднювачів (нафтопродукти, феноли та ін.), Що відносяться до розряду трудноокісляемимі, в водні об'єкти.

    Діючі норми якості зворотних вод і скидання забруднюючих ве-

    Дата надходження 03.09.15

    The existing installation for cleaning hard oxidated wastewater. We propose a design and technology decision - separator elements of the new design for the disk membrane units, which will use them as catalytic membrane reactors for gas-liquid processes, significantly improve their performance and cleaning efficiency. It is shown that the bridge separating element membrane modules must be in the form of segments of a logarithmic spiral that improves the performance of disk membrane units and reduce power consumption.

    Key words: disc membrane devices; gas-liquid processes; structural and technological solution; ozonation; separator elements; difficult-waste water; shape logarithmic spiral; cleaning efficiency.

    речовин у водойми вимагають застосування більш досконалих, у порівнянні з існуючими, технологій очистки стічних вод, заснованих на методах і апаратах нового покоління, що забезпечують глибоке очищення стічних вод до сучасних екологічних і санітарних вимог.

    В роботі проведено аналіз існуючих установок для очищення біологічно важко-розкладаються стічних вод з використанням газів-окислювачів.

    Так, для очищення стічних вод, забруднених органічними речовинами, відома установка 1 з невисокою ефективністю очищення води, так як при обробці стічні води

    відбувається їх повного змішання з окислюючими газом.

    Установка для очищення стічних вод 2 дозволяє проводити окислення стічних вод пе-роксідом водню з інжекцією озоно-кисло-рідний суміші в присутності каталізатора. Недоліком установки є низька ефективність очищення води і значні витрати реагентів.

    Найбільш відповідною для досліджень трудноокісляемимі стічних вод за технічною суттю є установка, описана в роботі 3.

    У роботах 4 5 описані технологічна схема і принцип роботи напівпромислової установки із застосуванням дискового мембранного апарату, розробленого і виробленого ФГУП «Червона Зірка».

    Як показує аналіз літературних даних, в даний час цей апарат є найбільш досконалим для очищення працю-ноокісляемих стічних вод.

    Дисковий мембранний агрегат з метало-керамічними мембранами для розділення рідких сумішей відноситься до апаратів нового покоління, що забезпечує глибоке очищення стічних вод до рівня сучасних екологічних і санітарних вимог, що дозволяє оптимально вирішувати проблему оборотного водопостачання в виробничому процесі. Дискові мембранні агрегати ефективно працюють при очищенні трудноокісляемимі стічних вод в корозійно агресивних умовах хімічно забруднених територій (хімічні та нафтохімічні підприємства, нафтові і газові родовища, нафтоперекачечні станції, нафтобази, АЗС, полігони промислових та побутових відходів, звалища і ін.). Можуть також з високим ступенем надійності використовуватися для поділу емульсій і згущення осадів стічних вод, в тому числі рідких радіоактивних відходів.

    Перевагами агрегатів є висока ефективність очищення, гнучкість, можливість адаптуватися до змінюється якості стічних вод. Одним з вирішальних факторів застосування пропонованої технології є висока ступінь очищення стічних вод в поєднанні з надійністю збереження цього показника в процесі експлуатації.

    Однак при всіх перевагах застосування апарату показало, що недостатньо ефективно використовується газ-окислювач озон, який, не встигнувши прореагувати в мембранному реакторі, направляється по трубопроводу кін-

    центрата в сатуратор. Це призводить до значної витрати озону і великих енерговитрат.

    Таким чином, установка вимагала вдосконалення, що дозволяє підвищити її продуктивність і ефективність, а також спростити експлуатацію.

    Завданням даної роботи є розробка конструктивно-технологічного рішення для дискових мембранних апаратів, вироблених ФГУП «Червона Зірка», з метою їх вдосконалення, підвищення продуктивності і можливості використання в якості мембранних каталітичних реакторів в процесах очищення трудноокісляемимі-мих стічних вод.

    Матеріали і методи дослідження

    Методика досліджень і пристрій установки описані в роботах 4 5.

    Об'єктом досліджень були фенолсо-які тримають стічні води такого складу: фенол - 1,5 мг / дм3, ГПК - 6560 мг О2 / дм3, БПКп - 3250 мг О2 / дм3, завислі речовини - 3 мг / дм3. Газом-окислювачем була озоно-киснева суміш з концентрація озону 20 мг О3 / дм3. Тиск в мембранному реакторі становило 0.6 МПа. Експерименти проводилися при різній частоті обертання дискових мембранних елементів в мембранному каталітичному реакторі при температурі 20 ° С.

    Ефективність окислення стічних вод оцінювалася за величиною хімічного споживання кисню (ХПК), що характеризує вміст органічних речовин в стічній воді.

    Результати та їх обговорення

    Результати досліджень ефективності очищення стічних вод на вищеописаної установці з дисковим каталітичним реактором і мембранними елементами від ФГУП «Червона Зірка» наведені в табл.1.

    Таблиця 1

    Ефективність очищення стічних вод при різній частоті обертання дискових мембранних елементів від ФГУП «Червона Зірка» в мембранному каталітичному реакторі при температурі 20 ° С

    Частота обертання мембранних елементів, об. / Хв ГПК після обробки, мг О2 / дм3 Ефект очищення,%

    200 4100 38

    1000 4650 29

    1500 4800 27

    2000 4930 25

    Проведені експерименти показали, що ефективність такого апарату різко падає, якщо обробляється рідина насичена розчиненими газами, що ускладнює його застосування як реактора для здійснення газорідинних хімічних каталітичних процесів і, перш за все, для очищення води газоподібними окислювачами.

    Недоліком такого апарату є те, що при подачі в нього насиченою газом рідини в першу чергу починає відбуватися поділ газу і рідини, і площа контакту газорідинної суміші з каталітично активною поверхнею мембран при цьому зменшується, внаслідок чого і падає продуктивність апарату. При цьому неефективно використовується газ-окислювач, який вільно виходить через мембранні елементи.

    Для того, щоб забезпечити можливість проведення хімічних каталітичних реакцій в насиченою газами-окислювачами рідини при максимально можливої ​​продуктивності реактора необхідно було усунути зазначені недоліки.

    Для вирішення поставленого завдання в конструкцію реактора було внесено технічне удосконалення, що полягає в зміні форми перемичок сепараторних елементів. Існуючі радіальні перемички сепараторних елементів спрямовані не перпендикулярно векторах швидкості обертається в апараті рідини, що, мабуть, викликає утворення між перемичками «паразитних» вихорів, в центрі яких можуть з'являтися зони розрядження. При подачі в такий апарат газо-насиченою рідини в зонах розрядження починається виділення з неї газів. Тому перемички повинні мати форму, максимально способствовуют припинення обертального руху рідини в апараті.

    Згідно гідродинамічної теорії решіток, що вивчає лопатеві системи в гідромеханіки, найбільш оптимальною формою лопатей багатьох гідромашин є лопаті, виконані у вигляді відрізків логарифмічною спіралі (рис. 1), описуваної формулою в загальному вигляді в полярних координатах:

    Я = свку ,

    де з і до - довільні позитивні константи; е - основа натурального логарифма; у - кут, радий.

    У

    1

    Мал. 1. Відрізок логарифмічною спіралі

    З цієї причини перемички кожного сепараторного елемента були виконані у формі відрізків логарифмічною спіралі, опуклі частини яких спрямовані в бік обертання мембранних елементів (рис. 2).

    На змінену конструкцію перемичок сепараторних елементів отримано позитивне рішення про видачу патенту на корисну

    7

    Модель .

    Для оцінки ефективності очищення дисковим мембранним каталітичним реактором при роботі сепараторних елементів нової конструкції була проведена серія експериментів з тими ж стічними водами в тих же умовах.

    Результати роботи реактора з сепараторними елементами нової конструкції представлені в табл. 2.

    Таблиця 2

    Ефективність очищення стічних вод при різній частоті обертання дискових мембранних елементів в мембранному каталітичному реакторі зі зміненими сепараторними

    елементами при температурі 20 ° С

    Частота обертання мембранних елементів, об. / Хв ГПК після обробки, мг О2 / дм3 Ефект очищення,%

    200 4100 38

    1000 1100 83

    1500 1000 85

    2000 1100 83

    З табл. 2 видно, що ефект очищення фе-нолсодержащіх стічних вод при використанні мембранного каталітичного реактора з сепараторними елементами нової конструк-

    г

    -i--

    а б

    Мал. 2. Сепараторний елемент: а - конструкції від ФГУП «Червона Зірка»; б - зміненої конструкції: 1 - внутрішнє кільце; 2 - периферійне кільце; 3 - перемичка, що з'єднує внутрішнє і периферійне кільце.

    ції при частоті обертання 1000 об. / хв і більше майже в 3 рази вище.

    Таким чином, запропоноване конструктивно-технологічне рішення - сепараторні елементи нової конструкції - дозволило використовувати дискові мембранні апарати в якості реакторів для газо-рідинних процесів, що значно поліпшило їх роботу і ефективність очищення.

    При використанні сепараторних елементів нової конструкції досягнуті гідродинамічні режими потоків всередині реактора, що сприяють створенню більш рівномірного поля тисків всередині нього і, тим самим, що не сприяють розділенню газу і рідини, яке спостерігалося до цього.

    література

    1. Пат. №2359919 РФ Установка і спосіб очищення стічних вод / Ден Катрін, Шротта Жан-Кріс-ТОФ, Пейар Ерве // Опубл. 27.06.2009.

    2. Пат. №2278829 РФ Спосіб очищення стічних вод / Чураков В. В., Фомін В.М., Климова М.Н., Курочкін A.A. // Опубл. 20.05.2005.

    3. Пат. №2502682 РФ. Спосіб очищення води / Хангільдін Р.І., Фаттахова A.M., Шарафут-диновая Г.М., Кірсанова А.Г., Мартяшова В.А., Абдрахімов Ю.Р., Хангільдіна А.Р. // Опубл. 27.12.2013.

    4. Баландіна А.Г., Хангільдін Р. І., Мартяшева

    B. А., Шундеева Е. В. Аппаратурное оформлення процесу очищення трудноокісляемимі стічних вод // Баш. хім. Ж. 2015.- Т. 22, №2.-

    C. 101-108.

    5. Баландіна А.Г., Хангідльдін Р.І., Мартяшева В. А. Каталітичні процеси очищення важко-окислюваних стічних вод і їх апаратурне оформлення // Баш. хім. Ж. 2015.- Т. 22, №3.- С. 31-40.

    6. Пат. №2179062 РФ. Мембранний апарат для розділення рідких сумішей / Охрименко Е.А.Т-

    Referenses

    1. Dan Catherine, Schrott, Jean-Christophe, Herve Peyar. Ustanovka i sposob ochistki stochnykh vod [Installation and method for purification of waste water]. Patent RF, no. 2359919 2009.

    2. Churakov V.V., Fomin V.M., Klimova M.N., Kurochkin A. A. Sposob ochistki stochnykh vod [The method of sewage treatment]. Patent RF, no. 2278829, 2005.

    3. Khangil'din R.I., Fattakhova A.M., Sharafut-dinova G.M., Kirsanova A.G., Martiashova V.A. Abdrakhimov Y.R., Khangil'dina A.R. Sposob ochistki vody [A method of purifying water]. Patent RF, no. 2502682, 2013.

    4. Balandina A.G., Khangil'din R.I., Martiasheva V.A., Shundeeva E.V.Apparaturnoe oformlenie protsessa ochistki trudno okisliaemykh stochnykh vod [Process equipment of cleaning hard oxidation wastewater]. Bashkirskii khimicheskii zhurnal [Bashkir Chemical Journal], 2015-го, v. 22, no. 2, pp. 101-108.

    5. Balandin A.G., Khangildin R.I., Martyasheva V.A. Catalytic processes difficult-purification of waste water and their hardware design

    русів Л.І., Геліс В.М., Пензин P.A., Світцов A.A., Тарасов В.П. // Опубл. 10.02.2002.

    7. Мембранний реактор для газорідинних реакцій / Баландіна А.Г., Хангільдіна A.P., Хангільдін Р.И .: позитивне рішення про видачу патенту на корисну модель (лист Роспатенту №2015132780 / 05 (050413) від 10.09.2015 р).

    [Catalytic processes difficult-purification of waste water and their hardware design] Bashkirskii khimicheskii zhurnal [Bashkir Chemical Journal], 2015-го, v. 22, no. 3, pp. 31-40.

    6. Okhrimenko E.A., Trusov L.I., Gelis V.M., Penzin R.A., Switz A.A., Tarasov V.P. Membrannyi apparat dlya razdeleniya zhidkikh smesei [Membrane apparatus for separating liquid mixtures]. Patent RF, no. 2179062, 2002.

    7. Balandin A.G., Khangildina A.R., Khangildin R.I. Membrannyi reaktor dlya gazozhid-kostnykh reaktsii [The membrane reactor for gasliquid reactions]. Positive decision on granting a patent for utility model (an Rospatent №2015132780 / 05 (050413) on 09.10.2015).


    Ключові слова: ДИСКОВІ МЕМБРАННІ АПАРАТИ /DISC MEMBRANE DEVICES /ДАЗО-РІДИННІ ПРОЦЕСИ /GAS-LIQUID PROCESSES /КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГІЧНЕ РІШЕННЯ /STRUCTURAL AND TECHNOLOGICAL SOLUTION /озонування /OZONATION /сепараторні ЕЛЕМЕНТИ /SEPARATOR ELEMENTS /DIFFICULT-WASTE WATER /ФОРМА логарифмічної спіралі /SHAPE LOGARITHMIC SPIRAL /ЕФЕКТИВНІСТЬ ОЧИЩЕННЯ /CLEANING EFFICIENCY /Трудноокісляемимі СТІЧНІ ВОДИ

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити