Введение
Природная вода - не только источник водоснабжения и транспортное средство, но и среда обитания животных и растений. Круговорот воды в природе создает необходимые условия для жизни человечества на Земле. Происхождение воды на земле связано с происхождением самой Земли.
Существует две гипотезы образования воды на Земле. В первом случае это существование готовых молекул воды в газопылевом облаке, из которого произошла Земля и которое наблюдается в кометах и метеоритах сегодня. Во втором случае вода образовалась из водорода и кислорода после конденсации газопылевого облака в планету Земля.
Впоследствии при повышении температуры недр Земли и их дегазации, а также в процессе миграции водорода и кислорода из центральной части планеты к периферии и химических реакций образовались молекулы воды.
Происхождение воды, ее первичное образование как растворителя и ее миграция представляют единое целое в изучении природной воды. Одним из невосполнимых природных ресурсов является нефть, которая в процессе добычи, транспорта, переработки и потребления постоянно соприкасается с окружающей средой и загрязняет ее, особенно воду. В настоящее время защита окружающей среды от нефтесодержащих сточных вод - одна из главных задач.
Мероприятия, направленные на очистку воды от нефти, помогут сберечь определенные количества нефти и сохранить чистым воздушный и водный бассейны.
На земном шаре много воды, но чистой пресной воды очень мало. Круговорот воды в природе создает необходимые условия для существования человечества на земле.
Физические методы очистки сточных вод
К физическим методам очистки сточных относят методы, освоенные на воздействии на водную систему при различных технологических процессах: воздействие магнитных, электрических полей, радиационного облучения.
Использование магнитных и электрических полей при очистке сточных вод
Основным элементом представляемых технологий являются аппараты активации процессов (УАП)
УАП - это аппараты, использующие энергию вращающегося электромагнитного поля с высокой удельной концентрацией в единице объёма рабочей зоны. Под воздействием поля в рабочей зоне, компоненты очень быстро и тщательно перемешиваются и активируются.
Очень привлекательной выглядит возможность встраивания УАП в существующие технологические линии без их существенной конструктивной перестройки. В результате многократно увеличивается производительность и улучшается качество продукции.
Рабочая зона аппарата – это труба диаметром 60-150 мм, установленная в расточке индуктора, генерирующего вращающееся электромагнитное поле.
В рабочей зоне размещаются ферромагнитные частицы, которые под воздействием вращающегося электромагнитного поля вращаются вокруг своей наименьшей оси со скоростью, близкой к скорости вращения магнитного поля, и одновременно перемещаются по рабочей зоне. Рис 1. Кроме того, частица совершает колебания относительно вектора напряжённости магнитного поля. Эти колебания, по расчётам, могут достигать нескольких тысяч периодов в секунду.
Устройство аппаратов активации процессов
рис. 1 Схема УАП
| 1. Корпус 2. Рабочая зона (труба) | 3. Сменная вставка 4. Рабочие тела (иголки) 5. Индуктор |
Таким образом, каждая ферромагнитная частица является своеобразной мешалкой, совершающей вращение с большой, но переменной угловой скоростью. Такое движение нескольких сотен частиц приводит к быстрому перемешиванию и диспергированию компонентов. При этом удельная энергия вращающегося электромагнитного поля весьма велика и достигает 10 кВт/м3 энергетическая насыщенность УАП выше по сравнению, например, с энергонасыщенностью вибромельниц в 100-200 раз.
Рассмотрим ещё ряд факторов существенно влияющих на технологическую эффективность процессов происходящих в рабочей зоне УАП, они складываются из ряда физических факторов, таких как:
1. Намагничивание ферромагнитных частиц (иголки) под воздействием вращающегося магнитного поля, которое существенно влияет на сами иголки, а также обрабатываемое вещество;
2. Вращение иголок в жидкой фазе вызывают акустические явления, кавитацию, которые самым активным способом воздействуют на обрабатываемое вещество, и изменяя его свойство, а также иголки, и стенки реакционной зоны;
3. Особенности движения иголок во вращающемся электромагнитном поле их масса и другие параметры приводят к большому количеству столкновений, т.е. к прямым и скользящим ударам, к трению, как между иголками, так и обрабатываемому веществу. Число таких соударений достигает на каждую иголку 103–104 в секунду. Сила удара сравнительно велика, что приводит к образованию зарядов разной величины и потенциала, как на самой иголке, так и на веществе;
4. Каждая иголка во вращающемся магнитном поле является ярко выраженным магнитом. При её вращении происходит смена полярности на полюсах иголки, т.е. она перемагничивается. При этом возникает явление магнитострикция, что влечёт за собой изменение линейных размеров иголок, которые происходят с очень высокими скоростями. В результате по окружающей среде наносится удар с силой около 150тн/мм2, действующей, однако на очень малом расстоянии. Таким образом, при своём движении иголка как бы непрерывно излучает силовые импульсы, выдержать которые при непосредственном контакте не могут земные материалы. В жидкой среде расстояние воздействия этих импульсов увеличивается в несколько раз;
5. В жидкой среде каждая иголка является микроэлектролитезёром, непрерывная работа которой насыщает рабочую зону ионами различной полярности. Указанное явление способно резко изменять скорости, и даже направление окислительно-восстановительных реакций;
6. Движение иголок во вращающемся магнитном поле позволяет создавать на короткое время замкнутые цепи из иголок, которые под воздействием внешнего поля индуцируют токи, нагревающие иголки до высокой температуры и даже инициирует появление электродуг. Указанные явления способствуют нагреву, ионизации материалов и способствуют прямому переносу вещества.
Предложен Вермаереном для предотвращения накипи. Суть метода состоит в том, что вода пропускалась через магнитные активаторы (С- образные магниты, в рабочий зазор которых помещается ионообменная колонна). Магнитное поле интенсифицирует ионообмен, т.е. корректирует солевой обмен и способствует уменьшению накипообразования.
Магнитная обработка водных систем, прежде всего, ускоряет процесс кристаллизации примесей и тем самым уменьшает количество накипи на стенках. При магнитной обработке скорее идет процесс осветления воды.
Радиационная очистка
При обработке воды излучением высокой энергии (у-излучение) происходят окисление и полимеризация органических и неорганических веществ, в том числе биологически не разлагаемых (предельные углеводороды)и токсичных соединений, осаждение коллоидных и взвешенных частиц,дезинфекция и дезодорация. Радиационная очистка, являющаяся быстрымодностадийным процессом, дает комплексный эффект. Очищенная радиационным способом вода может быть использована дляорганизации замкнутого водооборотного снабжения. Радиационная обработка не создает остаточной радиоактивности, так как применяемые источники имеют энергию ниже порога ядерных реакций. Продукты радиолиза воды реагируют с растворенными в ней загрязнениями,полностью разрушая их до СО 2 и Н 20 или окисляя до соединений, которые потоксикологическим показателям менее опасны, чем исходные. Основой процесса радиационной очистки сточных вод может быть такжесоосаждение органических веществ с осадком, образующимся при радиационной полимеризации в водных растворах. Эти вещества могут присутствовать в стоке или специально туда вводиться. Процесс радиационной полимеризации происходит по цепному механизму. Поэтому, для его реализации необходимы небольшие дозы излучения и малое время пребывания в реакторе. У-облучение кобальтом –60 в проточной системе при мощности дозы 0,48Вт/кг водных растворов, содержащих 10 мг/л фенолов в течении 20 минполностью разлагает его до воды и углекислого газа), орость разложениясоставляет 0,25 мг/(л мин). Барботирование воздуха через слой воды, обрабатываемой излучением,резко интенсифицирует процесс очистки, и органические соединения полностью разлагаются при меньшей дозе облучения, чем без барботирования воздуха. Повышение температуры до 80 0С увеличивает в 2 раза выход продуктов разложения фенола. При очистке облучением у-лучами необходимо предусмотреть повышенные меры контроля за техникой безопасности при работе с радиоактивными изотопами и организовать специальную подготовку обслуживающего персонала.