Одним из обязательных требований, предъявляемых к современному производству является его экологическая безопасность. Однако известно, что доля энергии, затрачиваемой на нейтрализацию отходов предприятия при помощи традиционных технологий, может быть соизмерима с энергией, затрачиваемой на производство продукции. Таким образом, задача разработки высокоэффективных способов обработки наиболее распространенных отходов в виде сточных вод, является чрезвычайно актуальной. Учитывая усложняющуюся с каждым годом экологическую и энергетическую обстановку в мире, стоит обратить внимание на высокоэффективные методы обработки материалов с использованием процессов, протекающих в аппаратах вихревого слоя.
Для достижения результата нами был проведен опыт по очистке сточной воды с промышленного предприятия после механической очистки.
Очистка проводилась на аппарате вихревого слоя АВС-4. Обработка проводилась в течение 2 мин. с интервалом по 30 сек.
Был использован световой микроскоп Warszawa PZOSK 14, увеличение в 160 раз.
1. Исходный активный ил.
Хорошо сформированные хлопья активного ила. Имеется ряд простейших прикрепленных и свободно плавающих.
Имеются крупные щетинковые черви
 |
2. Активный ил после обработки АВС 2 мин.
Активный ил измельченный, хлопья отсутствуют:
Крупных простейших живых не обнаружено (щетинковые черви, коловратки):
 |
 |
Одной из очевидных составляющих процесса является непосредственное ударное воздействие вращающихся иголок на обрабатываемый материал. Касательная скорость концов иголок в ходе их вращательного движения, стимулируемого вращающимся магнитным полем аппарата, питаемого источником тока промышленной сети частотой 50 Гц, составляет не более 12 м/с. При разрушении кромок на концах игл происходит загрязнение обрабатываемых материалов железом. Так обработка аппаратом вихревого слоя сточных вод сопровождается расходом иголок до 0,25 г/м³, следствием чего является загрязнение обработанной воды до 0,0025 мг/м³, однако это количество меньше требований ПДК на питьевую воду.
Другой важной составляющей процесса является магнитострикция тела иголки. Магнитострикционные явления стимулируются не столько непосредственным воздействием внешнего переменного магнитного поля на материал иголки, сколько взаимодействие вторичных полей самих иголок, частота которых в значительной степени превосходит частоту базового поля. Интенсивность ударных воздействий на обрабатываемый материал, по оценкам ряда исследователей весьма велика, и достигает 15...20 т/мм2.
Магнитострикция в упругой среде неизбежно приводит к возникновению акустических явлений. Учитывая сложный характер электромагнитных взаимодействий, частотный диапазон звуковых волн довольно широк. С точки зрения энергетического воздействия, наибольший интерес представляет акустическое излучение ультразвукового диапазона. Прохождение интенсивных акустических волн высокой частоты через жидкость служит источником кавитации, которая оказывают огромное влияние на ход физико-химических процессов.
Наличие переменного магнитного поля в рабочей зоне аппарата, куда помещены металлические иголки, приводит к возникновению в них индукционных токов. Доля энергии, которая приходится на электрохимические процессы значительна, и по некоторым оценкам приближается к 15% от общих затрат. Явными признаками наличия данных процессов является снижение кислотности обработанных растворов и появление водорода в молекулярном виде.
Применение АВС (УАП) позволяет упростить технологии обезвреживания, в тысячи раз ускорить скорость физико-химических процессов и соответственно увеличить производительность, убрать громоздкие очистные сооружения, сократить в несколько раз капитальные и эксплуатационные затраты и, самое главное, достичь высокую степень очистки. Существует также и технологическая возможность выделять из промвод ценные компоненты, использовать их для получения новых продуктов, а очищенная вода может быть возвращена в производство или использоваться для технических целей.
Наряду с ускорением физико-химических и механо-физических процессов, определяющих ускорение в сотни раз ход технологических процессов и придающих им кинетический характер, обрабатываемые в рабочей зоне АВС (УАП) магнитными полями материалы приобретают новые свойства. Так частицы твердой фазы, выделенные из раствора, несмотря на очень малые размеры, оседают во много раз быстрее, чем частицы этих же веществ, полученных, например в реакторах с мешалками. Кроме того, в рабочей зоне АВС (УАП) удалось объединить несколько процессов, которые проводятся в традиционных линиях нейтрализации раздельно, например, восстановление 6-ти валентного хрома до 3-х валентного и образование гидроксидов всех тяжёлых металлов. Идеальное и очень быстрое перемешивание всех компонентов, участвующих в процессах обезвреживания, и не зависящих от физического состояния позволяет сократить расход добавок до теоретически необходимого. В результате сложилась новая аппаратурно-технологическая схема обезвреживания промстоков, содержащих тяжёлые металлы (Fe, Cr, Cu, Zn).
Предлагаемый технологический комплекс, включающий установку микродуговой обработки сточных вод во вращающихся магнитных полях, практически не имеют указанных недостатков и отличается существенно более высокой производительностью (в интервалах 5 — 10000 м.куб в час и более), в десятки раз меньшими габаритными размерами и металлоемкостью и относительно низким энергопотреблением (0,05-0,25 кВт/м.куб), более низкой стоимостью оборудования.