Очистка сточных вод — важнейший этап для всех промышленных предприятий, особенно для металлургических и целлюлозно-бумажных, где сточная вода содержит тяжелые металлы и токсичные вещества. Поскольку вода, прошедшая через производственный цикл, выбрасывается обратно в окружающую среду или повторно используется в производстве, ее качество напрямую влияет на безопасность окружающей среды и производимых продуктов. Именно поэтому необходимо, чтобы очистка производилась с учетом всех возможных вариантов химических реакций.
Раньше в основном использовали формулы для отдельных частиц, однако в сточную воду часто попадают разные примеси одновременно, которые могут по-разному друг с другом взаимодействовать, и это тоже необходимо учитывать. Поэтому ученые Томского политехнического университета (ТПУ) сначала провели комплексные исследования компонентов, которые чаще всего встречаются в сточных водах металлургических и целлюлозно-бумажных предприятий — в частности, керосина, сульфата железа, диспергированной древесины (массы из мелких древесных частиц), хлорида натрия, карбоната натрия. Каждый компонент был изучен как по отдельности, так и в сочетании с другими. В результате этих исследований были получены данные, которые и легли в основу новой математической модели. Об этом «Научной России» рассказал Михаил Микулич, инженер-исследователь лаборатории тепломассопереноса ТПУ.
«В ходе экспериментов было установлено, что классические модели — формула Стокса и уравнение Адамара-Рыбчинского — не описывают в полной мере реальные процессы, так как не учитывают коллективные эффекты: стесненное осаждение, агломерацию (слипание) частиц и коалесценцию (слияние) капель. На основе полученных данных были сформулированы математические выражения, которые наилучшим образом (с отклонением не более 2%) аппроксимировали экспериментальные кривые. Эти эмпирические зависимости были положены в основу математической модели, описывающей перенос примеси в жидкой фазе с учетом геометрии отстойника», — объяснил Михаил Микулич.
Речь идет не только о свойствах веществ, но и о физико-химических процессах, которые происходят с многокомпонентными смесями в очистных сооружениях. Именно это обеспечивает точность математического прогноза.
«Исследование объединяет гидродинамику (седиментация, расслоение), физико-химические процессы (агломерация, коалесценция, гидролиз) и тепломассоперенос, что позволяет оптимизировать процессы механической очистки сточных вод на предприятиях металлургической и целлюлозно-бумажной промышленности. В частности, мы получили математические выражения, связывающие скорости седиментации и расслоения с массовой концентрацией примесей, температурой и кислотностью среды», — отметил Михаил Микулич.
Отмечается, что математическая модель уже может применяться на реальных отстойниках. Таким образом, прогнозирование процессов поможет специалистам принимать определенные технологические решения — например, определять оптимальные геометрические параметры отстойника или выбирать глубину забора осветленной воды.
Новость подготовлена при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ
Фото: Александр Волков / пресс-служба ТПУ
