Пятница, 09.12.2016, 16:26
Высшее образование
Приветствую Вас Гость | RSS
Поиск по сайту


Главная » Статьи » Экология

Возможности интенсификации извлечения ионов металлов из сточных вод

Рассмотрены возможности интенсификации использования ионной флотации для очистки сточных вод от ионов металлов. Показано, что для более полного извлечения ионов металлов из сточных вод целесообразно использовать в качестве собирателя биомассу микроорганизмов или продукты ее переработки. Приведены теоретические и экспериментальные данные извлечения ионов металлов из сточных вод флотацией и их сравнение.

 

Б.С.Ксенофонтов, д-р техн. наук, проф., МГТУ им. Н. Э. Баумана, Москва

Возможности интенсификации извлечения ионов металлов из сточных вод

 

Проблема извлечения ионов металлов из сточных вод некоторых производств, в том числе и машиностроительных, является весьма актуальной и в ряде случаев недостаточно разработанной. Использование ионной флотации для решения этой задачи представляет научный и практический интерес.

Впервые процесс ионной флотации был описан Ф. Себба [1]. В отечественной литературе описание этого процесса и обзор основных работ по ионной флотации был выполнен Гольманом A. M. и Кузькиным С. Ф. [2]. Гольманом A. M. была предложена математическая модель процесса ионной флотации [2], представляющая собой одну из первых попыток создания модели ионной флотации. Ее основным недостатком является отсутствие рассмотрения образования флотокомплекса как отдельной стадии процесса. Между тем именно флотокомплекс играет главную роль в процессе флотации.

Автором была разработана многостадийная модель флотации, учитывающая основные особенности процесса, в том числе и образование флотокомплекса [3]. Основные стадии флотационного процесса согласно этой модели представлены на рис. 1, где A, B, С — состояние системы, к1 — кинетические константы (скорости переходов частиц), с-1, характеризующие интенсивность перехода частиц (ионов) из одного состояния системы в другое в единицу времени.

 Схема многостадийной модели флотации
Рис. 1. Схема многостадийной модели флотации


Значения констант флотационного процесса, кроме константы k1, введены и определены автором в монографии [3].

 Зависимость изменения концентрации от времени флотации
Рис. 2. Зависимость изменения концентрации от времени флотации:
СА — концентрация частиц в жидкости в состоянии А (без образования флотокомплексов); С0 — концентрация частиц в жидкости в состоянии А в начальный момент времени; Св — концентрация частиц в жидкости в состоянии В (с образованием флотокомплексов); Сс — концентрация частиц в пене

Для описания процессов ионной флотации представляется целесообразным рассмотреть многостадийную модель ионной флотации, которую можно представить в виде последовательности следующих состояний системы (рис. 3):
А — ионы коллигенда (извлекаемого металла) и собирателя и газовые пузырьки существуют автономно;
B — образование сублата в результате взаимодействия собирателя и коллигенда;
С — образование флотокомплекса собиратель— газовый (воздушный) пузырек;
D — образование флотокомплекса ион коллигенда — собиратель — газовый пузырек;
Е — образование пенного слоя, содержащего ионы коллигенда и собирателя и газовые пузырьки;

Схема многостадийной модели ионной флотации

Рис. 3. Схема многостадийной модели ионной флотации

 

F — образование пенки, содержащей ионы коллигенда и собирателя без газовых пузырьков (концентрат сублата).
Математическое описание флотационного процесса, приведенного на рис. 3, может быть представлено следующей системой уравнений [3]:

Предлагаемая система должна удовлетворять, по крайней мере, двум условиям, а именно в начальный момент времени концентрация коллигенда на первой стадии равна его исходной концентрации в растворе и в любой момент времени сумма концентраций коллигенда по всем стадиям равна его исходной концентрации.

Такая система, как правило, решается с использованием численных методов. Для практических случаев, как показали расчеты, вполне можно использовать упрощенные расчеты по схемам, представленным на рис. 4—5. При этом схема, приведенная на рис. 4, может быть применена для флотомашины без кондиционирующей камеры, а схема, приведенная на рис. 5, — с использованием кондиционирующих камер, которые активно предлагал применять на практике Н. Ф. Мещеряков [4].

Упрощенная модель ионной флотации во флотомашине без кондиционирующей камеры

Рис. 4. Упрощенная модель ионной флотации во флотомашине без кондиционирующей камеры

 
Упрощенная схема процесса ионной флотации во флото- машине с кондиционирующей камерой

Рис. 5. Упрощенная схема процесса ионной флотации во флотомашине с кондиционирующей камерой

Показатели извлечения отдельных металлов из сточных вод с применением ионной флотации

 

Кинетические зависимости концентрации ионов коллигенда на основании решения системы уравнений

Рис. 6. Кинетические зависимости концентрации ионов коллигенда на основании решения системы уравнений (2):
а — зависимость концентрации коллигенда в осветляемой жидкости C-(t) от времени t; б — зависимость концентрации коллигенда в пенном продукте CE(t) от времени t

Считая, что собиратель полностью прореагировал с коллигендом в реакторе смешения, система уравнений (1) примет вид:


 так как именно эти концентрации имеют важное практическое значение.

Эффективность извлечения отдельных металлов из сточных вод, полученная расчетным путем и определенная экспериментально, представлена в таблице. При этом в качестве собирателя использовалась биомасса бактерий рода Pseudomonas с дозой 0,7 г/л, причем перед внесением в воду биомасса бактерий подвергалась дезинтеграции д о отдельных фрагментов клеток бактерий.

Сравнение расчетных и экспериментальных значений эффективности извлечения ионов отдельных металлов из сточных вод показывает на небольшое расхождение, не превышающее примерно 7 %, что позволяет пользоваться расчетными данными для оценки эффективности очистки сточных вод, в том числе от металлов, с применением ионной флотации.

Следует также отметить, что эта возможность позволяет определить концентрацию извлекаемого вещества на каждой из рассматриваемых стадий процесса в любой момент времени без проведения дорогостоящих экспериментов, что особенно важно при проектировании системы очистки сточных вод [5]. Кроме того, имеется возможность найти лимитирующую по времени стадию, влияя на протекание которой можно сократить общее время процесса извлечения загрязнений, в том числе ионов металлов.

Список литературы

1. Себба Ф. Ионная флотация. — М.: Металлургия, 1965. — 172 с.

2. Гольман A. M. Ионная флотация. — М.: Недра, 1982. — 143 с.

3. Ксенофонтов Б. С. Флотационная обработка воды, отходов и почвы. — М.: Новые технологии, 2010. — 272 с.
4. Мещеряков Н. Ф. Кондиционирующие и флотационные машины и аппараты. — М.: Недра, 1990. — 236 с.

5. Ксенофонтов Б. С. Проблемы очистки сточных вод промышленных предприятий // Безопасность жизнедеятельности. — 2011. — № 3. — Приложение.

_______________________

Ключевые слова: очистка сточных вод, ионы металлов, флотация

Категория: Экология | Добавил: x5443 (04.03.2015)
Просмотров: 361 | Теги: Металл, Ион, очистка, флотация, вода, сточные | Рейтинг: 5.0/1
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]
...




Copyright MyCorp © 2016