Су және сулық жүйелердің құрылымы мен қасиеттері

 3

фильтрат

 

 

2

 5

1.Араластырғышы бар бақ; 2. ВК 1/16 құйынды сорап; 3. Р=0-6 кгс/см2монометр; 4. АІ-ОУС мембраналық модулі; 5. Фильтрат жинактағыш; 6. Винтель.

Металлқұрамды ағынды суларды тазалайтын іс-тәжірибелік қондырғының үлгі

Үлгі құрамынды араластырғышы бар бақ (1),бөлінетін ерітіндіні айдауға арналған құйынды сорап (2), АІ-ОУС маркалы өнеркәсіпте дайындалған мембраналық модулі (4) және тазаланған суды жинағыш (5) бар. Жұмыс кысымының қажетті мәні ( 0,1-0,2 МПа). (6) винетльмен реттеліп, (3) манометрмен бақыланып  отырады. Мембраналық аппаратқа келіп түсетін ағынды судың шығыны (7) мөлшерлегішпен  бақыланып отырады. Ағынды су сыйымдылығы 1,5 м3 болатын (1) бастапқы баққа жіюеріліп , ол жерде ол 1-3 минут уақыт аралығында  комплекс  түзушімен араласады. Одан ары (2) құйынды сораппен (4) мембраналық модульге саңылауының орташа диаметрі 300 А болатын УПМ-П маркалы мембрана арқылы ультрафильтрациялау үшін айдалады. Металл иондарынан тазартылған ағынды су (5) фильтрат  жинақтағышқа түсіп, ал полиэлектролит – металл құрамдастар түріндегі металдармен байытылған  концентрат бастапқы баққа қайта өнделуге қайтарылады.Сынақтарда   комплекс түзуші ретінде КО-1 маркалы катион типті

полиеэлектролит пайдаланылды. КО-1 0,2%-дық ерітіндісінің дозасы ағынды судың 0,05 м3/ м3 құрады [14].

Сынақ барысында өңделіп жатқан ерітіндінің рН-ы және фильтрат пен концентраттағы металл-ионның құрамы бақыланып отырады.

Өңделуге берілген ағынды судың металл- иондары құрамы төмендегідей: РЪ=0,5-4,1 мг/л; са=6-18 мг/л; 2л=5,8-10мг/л; Си=0,007-0,1мг/л.

Іс-тәжірибелік-өнеркәсіптік сынақтың нәтижелері кестеде келтірілген. Бұл кестеден  көріп тұрғанымыздай, ағынды сулардан ауыр металдан иондарын тазалау дәрежесін орташа 95-99,5% құрайтынын байқадық. Тазаланған су бойынша қондырғының өнімділігі 0,1 МПа қысымда, қоршаған ортаның температурасы 20±1 С-та 1200л/сағ құрады.

Алынған нәтижелер тазаланған суды қайтадан зауыттың кері сумен қамтамасыз етуде пайдалануға болатынын көрсетіп отыр.

Іс-тәжірибелік-өнеркәсіптік сынақтардың нәтижелері.

Ағынды судың сынама аттары	рН	Металлиондарының құрамы, мг/л
		Pb	Cd	Zn	Cu
1.а) бастапқы	7,5	4,1	18	10	0,1
б)реагенттің-мембраналық тазалаудан кейін	7,5	0,2	0,17	0,05	0,01
2. а) бастапқы	7,8	2,1	16	10	0,08
б)реагенттң-мембраналық тазалаудан кейін	7,8	Од	0,1	0,04	0,009
3. а) бастапқы	8	0,9	10	8,5	-
б)реагенттің-мембраналық тазалаудан кейін	8	0,075	0,05	0,03	-
4. а) бастапқы	8,5	0,5	6	6	0,02
б)реагенттің-мембраналық тазалаудан кейін	8,5	0,07	0,03	0,01
5. а) бастапқы	8,8	0,5	6	5,8	0,02
	8,8	0,04	0,03	0,008	-

 

Сынақ барысында пайда болған концентрат ерітіндіні рН-2,5 болғанға дейін қышқылдандыру арқылы химиялық жолмен жаңғыртылды. Жұмыстық ерітінді күкірт қышқылын пайдалану арқылы қышқылданды. Жаңғыртылған полиеэлектролит КО-1 қайтадан бастапқы сулардың жаңа порцияларын өңдеугеқолданылды, ал концентраттан жаңғыртылып алынған металлиондар қайта пайдалану үшін гидрометаллургия цехына жіберілді.Алынған мәлеметтер көрсеткендей, ультрафильтрация үрдісі тазаланған суда ауыр металдар иондарының шоғырын МШШ қалыпына дейін төмендетедіУльтрафильтрация үрдісінде мембраналардың бітеліп қалуы нәтижесінде, болмаса олардың бетінде тұнба пайда болу себепті үрдіс өнімділігі төмендемейтіндігі байқалады [13].

Мұндай жағдайлардың ықтималдығын төмендету немесе мүлдем болдырмау үшін мембраналық аппараттағы судың жалпы шығыны 1,5 болғанда мембрана аралық каналдағы сұйықтың жоғары жылдамдығымен шамамен 2-3м/с шамасында ұстап отыру қажет.

Мембраналық ажырытудың меншікті өнімділігі 160-170л/м 2-сағ, ал аппараттың жалпы өнімділігі 1100-1200л/сағ тең болды және де осы мәндер сынақ өткенше төмендеген жоқ. Жеткен нәтижелердің негізінде құрамында металы бар ағынды суды жаңғырту арқылы тазалаудың технологиялық үлгісі ұсынылды. Іс-тәжірибелік сынақтың нәтижелері, іс-тәжірибелік-өнеркәсіптік сынақтың актісінде көрсетілген .Ол актіде құрамында металы бар ағынды суды жаңғырту арқылы тазарту үшін ультрафильтрация үрдісін комплекс түзушімен байланыстыру әдісінің тиімді екендігін көрсетілген.

 

 

 

 1

 

 

 2

Полиэлектролит

 

 3

 

 

 5

 рН-ты реттеу

 

4

 

 6

  7 7

 

1.Бейтараптандырғыш;2.Радиалды  тұндырғыш;3.Араластырғыш;4.Бастапқы ерітіндіні жинақтағыш;5.Мембраналық фильтр;6.Фильтрат жинақтағыш;7.Сораптар;

Металл құрамды ағынды суларды жаңғырту әдісімен тазалаудың технологиялық үлгісі

 

 

2.Құрамында металы  бар ағынды суды тазалаудың  мембраналық технологиясын экологиялық-экономикалық тиімділігін бағалау

 

Қалыптасқан шешім мен ағынды суды тазалаудың жасалған технологиясының экологиялығын және эколого – экономикалығын

салыстырмалы бағалаудың негізінде қазір күші бар заңды актілердің қалыптық талаптары мен қоршаған сулық ортаны қорғауды қамтамасыз ету құжаттары пайдаланады.

Әдістеменің негізіне әмбебап комплексті критерий салыстырмалы  уыттық  масса алынған.СУМ-ды өлшеу бірлігі ретінде салыстырмалы уыттық масса бірлігі (СУМБ) алынған.Ол шама қоспаның әр құрамдасы үшін тасталатын ағынды судың абсолюттік мөлшері (Vi ) салыстырмалы уыттық массаның индексіне( Ii) көбейту арқылы табылады.

Ағынды судың і-мәтіндегі түрі үшін белгілі бір қоспаның салыстырмалы уыттық массының индексі келесі түрлеммен анықталады:

Ii=I0*Ci

Мұнда I0-ағынды судың і-түрін су  қоймасына немесе су ағысына тастайтын жағдай үшін салыстырмалы уыттық масса индексі,ол

;

МШШ1 –су қоймасындағы 1- құрамдастың МШШ мәні,мг/л;Сі-ағынды судың  і-түріндегі қоспаның шоғыры,мг\л.

Ағынды суды су қоймасына тастайтын жағдай үшін салыстырмалы уыттық массаның бірлігі ( СУМБ) көлемі 1м3 суортасының I0=1 мәнінде және құрамында 1кг салыстырмалы уыттық масса бар кездегі ластануы.

Ағынды судың і- түрінің салыстырмалы уыттық массасы(Мі ) оның  абсолюттік мөлшерін ( Vi) ескере отырып анықталады;

Mi=Ii˖Vi

Жасалған технологиялардың салыстырмалы экологиялығын ( А ) және тиімділігін келесі қатынастар бойынша есептеуге болады: 

М1-бастапқы ағынды судағы қоспаның массасы(тазалаусыз),кг/сағ;

М2-бастапқы ағынды судан бөлінген қоспаның массасы, кг/сағ;

М3-тасталатын(тазаланған) судағы қоспаның массасы кг/сағ.

 Сулы ортадағы оған  ағынды суды тастау нәтижесінде  байқалатын эколого-экономиялық  залал (У) оғаг тасталатын ағынды  суды МШШ деңгейіне дейін таза  сумен сұйылту үшін қажетті  шығын мөлшерін есепке алып төлеу принципі бойынша анықталады:

Мұндағы Ц-қаралып отырған экологиялық аймақтағы су шаруашылығы жүйесінен алынатын судың қосылатын тариф.

Бастапқы ағынды судың ( )концентрант түрінде өндіріске қайтарылатын ағынды сулардың ( )және қалдық түрінде тасталатын судың ( )белгілі мөлшерінде,сонымен қатар оларға сәйкес қоспалардың   ( ) шоғырларында максималды залал(тазалаусыз)(Умакс)>алдын-алу залалы (У нақт)келесі түрлемдер бойынша есептелді:

Vбаст

Ағынды суды сулық қорларға тастау нәтижесінде келтіретін меншікті экономикалық залал РНД 03.3.0.5.01-96(Алматы 1996ж)бойынша мынандай  теңдеумен анықталады:

Мұндағы

Ус-сулы қорларды  ластау нәтижесінде залал,теңге,

М-ағынды судың есептік көлемі;

К сш-су шаруашылығы орнының маңыздылығын сипаттайтын тұрақты;

К с-аймақтық територияның әлуметтік-экономикалық маңыздылық.

 

Технологияның салыстырмалылық экологиялылығын бағалауға арналған бастапқы мәліметтер

№	Зерттеу нысаны	Көрсеткіштер				1 м3 тарифы
		Көлем (V), м3/ сағ	Ион шоғыры (С), мг/л
			Pb	Cd	Zn
1.	Бастапқы ағынды су	40	0,9	10	8.5	7,8
2.	Өндіріске қайтарылатын бастапқы ағынды су бөлігі	4	8,325	99,55	84,73	7,8
3.	Тасталатын су	36	0,075	0,05	0,03	7,8

 

Қалыптасқан үлгі бойынша

Салыстырмалылық  экологиялылығын бағалау нәтижелері:

1.Салыстырмалы уыттық масса индексі

+ + =10038.5

2.Салыстырмалы уыттық  масса,

/

m=I*V=10038.5*40=401540

3.Технологияның салыстырмалы  экологиялығы

A=1-

=1- *100=0.0

4.Технологияның тиімділігі,%

 

*100= *100=0.0

 

Мембраналық технология бойынша

Салыстырмалы экологиялық бағалу нәтижелері:

 

1. Салыстырмалылық уыттық масса индексі

І=

= +

 

2.Салыстырмалы уыттық  маса,

M=I*V=10038.5*40=401540

 

3.Технологияның салыстырмалы  экологиялығы

A=1-

=1-

4.Технологияның

тиімділігі

 

Салыстырмалы уыттық масса меноның индексінің салыстырмалы мәндері

 

 

Қорытынды

 

Ілімдік және эксперименталдық ізденістер нәтижесі бойынша су және сулы ерітінділердің қасиеттері және шынайы өндірістік суларды мембраналық тазарту туралы мынадай қорытындылар мен тұжырымдар жасауға болады:

1. Судың және сулық жүйелердің құрылымы мен қасиеттері кванттық-толқындық заңдылықтарға бағынады. Жеке-дара су молекулаларына және иондық бөлшектер корпускулярлық және толқындық қасиеттер тән. Олардың өлшемдері шебінде тұрып қалған де Бройл толқындары пайда болады.
2. Де Бройлдың тұрып қалған толқындары жеке-дара су молекулалары және иондық бөлшектер айналасындағы кеңістікке энергия импульстарын өткізіп импульстік кеңістік құрайды. Аталған кеңістік басқа су молекулаларымен дискретті түрде толтырылады да , ферми-беттер деп аталатын жинақ түзеді. Ферми-беттерді тузеуге қабілетті жеке-дара су молекулалары және иондық бөлшектер ферми-бөлшектер болып табылады.
3. Су мен сулық жүйелер құрамдастары бос  және байланысқан бөлшектер болып терленеді. Байланысқан бөлшектерге тән қасиет олар белгілі бір өлшемді ферми-потенциалы бар негіздік жеке-дара су молекулаларының немесе иондардың импульстік кеңістігінде орналасады. Кванттық-толқындық көзқарастар тұрғысынан судың температуралық аномальды тығыздық өзгерісі,айнымалы қалыптары себеп-салдарын санды дәйектеліне алады. Көлемдік ортадағы судың тұтқырлығының температураға байланысты өзгерісі сулық ферми-беттердің сыртқы диаметрлері өлшеміне тура пропорционалды.
4. Су және сулық жүйелер кванттық сұйықтық. Таза су және судағы электролиттер ерітінділері құрамдастарының энергетиканық, кванттық, толқындық көрсеткіштері кванттық статистика заңдылықтарына бағынады.
5. Мембрана бетіндегі байланысқан беттік қабат шебінде су мен сулық жүйелердің физико-химиялық қасиеттері анизотроптық сипатты. Беттік қабат шебінде мембрана беті бағытындағы тығыздық та,тұтқырлық тартады. Бұл жерде тұтқырлық өзгерісі ньютондық емес сипаты.
6. Құрамында металы бар ағынды су түрлемін мембраналық комплекс түзу ультрафильтрация әдісімен тазарту мүмкіндіктері, үрдістің ұтымды технологиялық көрсеткіштері анықталып, техгологиясы дайындалды. Мембраналық технология қалыптасқан шешімге қарағанда жоғары дәрежеде экологиялық және экономикалық тиімді. Ол 99,28% нәтижелікпен метал иондарын өндіріске қайта қайтаруға мүмкіндік береді. Табиғи су көзіне  тасталынатын ластанған су мөлшері қомақты азаяды және ондағы қалдықты металл иондарының мөлшері мүмкіндігі шекті шоғыр деңгейінен төмен.
7. Мембраналық технология бойынша көлемі 3132012,0теңге/сағ ең көп залалға сәйкес алдын-алу залалы 3117261,5теңге/сағ құрайды. Қарағанды облысы су қорларына келтіретін меншікті экономикалық залаз