Исследование закономерностей отложения твердой фазы сточных вод горных предприятий в волокнистом полимерном материале
Свалова Кристина Витальевна,
аспирант Забайкальского государственного университета.
Экологическая безопасность горных работ предопределяет повышенные требования к качественной очистке сточных вод. Существующие гравитационный, физико-химический, механический способы очистки промышленных стоков от загрязняющих веществ не обеспечивают чистоту воды до норм предельно-допустимой концентрации. Поэтому совершенствование механического способа очистки с использованием многослойных фильтров из полимерных волокнистых материалов не только является актуальной задачей науки, но и позволяет повышать качество осветления воды до требуемых норм.
Из большого разнообразия фильтровальных материалов предпочтение отдается полотнам, полученным иглопробивным способом, формируемым из синтетических волокнистых полимеров путем скрепления и уплотнения волокон, благодаря их однородности и объемности структуры, пористости, эластичности и упругости [Герасимов В.М.].
Процесс фильтрования заключается в фазовом разделении суспензий и получении твердого осадка на фильтрующий материал [Жужиков В.Л.].
Твердые частицы, увлекаемые потоком жидкости к фильтровальной перегородке, попадают в различные условия. Общая классификация закономерностей фильтрования приведена на рисунке 1.
Рис. 1. Общая классификация закономерностей фильтрования.
Настенный,настольные светильники,светильники в детскую, смотрите на exit-svet.ru
Наиболее простой случай, когда твердая частица задерживается на поверхности фильтровальной перегородки и не проникает в пору вследствие того, что размер последней в начальном сечении меньше размера твердой частицы. Если размер же твердой частицы меньше размера поры, то частица может пройти через фильтровальную перегородку вместе с фильтратом. Она может задержаться внутри перегородки в результате адсорбции или механического торможения на стенках поры. Такая застрявшая частица уменьшает эффективное сечение поры, и вероятность задерживания в ней последующих твердых частиц увеличивается. Это второй случай закономерности фильтрования. Третий случай – когда, отдельная твердая частица полностью закупоривает пору и делает ее непроходимой для других частиц. И, наконец, четвертый случай, когда небольшая твердая частица может не войти в пору и остается на поверхности фильтровальной перегородки. По утверждению В.А. Жужикова, это происходит тогда, когда над входом в пору на поверхности фильтровальной перегородки образуется сводик из нескольких относительно небольших твердых частиц, который пропускает жидкость и задерживает другие твердые частицы.
Для того чтобы разобраться, как твердая фаза сточных вод будет откладываться в волокнистом полимерном материале, исследуем структуру данных полотен.
Данное исследование проходило в два этапа. На первом этапе эксперимента для изучения структуры материала исследовался чистый, в сухом состоянии волокнистый полимерный материал, полученный иглопробивным способом разной поверхностной плотности. В качестве измерителя использовался микроскоп БМИ-1, снабженный метрическим лимбом и сменными объективами. Используемое увеличение – 30x. Исследовались только сквозные поры, представляющие наибольший интерес для процесса фильтрования. В каждом образце измерялось по 20 пор, среди которых определялось среднее значение диаметра в мкм. Таблица 1 отражает результаты исследований.
Таблица 1.
Результаты исследований первого этапа эксперимента
|
№ п/п |
Размеры образца (L*B*h), мм |
Поверхностная плотность, кг/м2 |
Вид материала под микроскопом |
Описание |
Средний диаметр пор d, мкм |
|
1 |
11*7*1 |
100 |
|
В образце сквозных пор очень много, волокно тонкое, хаотически расположенное, форма пор различная: от треугольников до шестиугольников со скругленными углами. Диаметр пор колеблется от 190 до 420 мкм |
289 |
|
2 |
11*7*1,5 |
150 |
|
Сквозных пор в образце меньше, но достаточно для измерений, наблюдается их хаотическое расположение. Диаметр пор находится в пределах от 100 до 290 мкм |
186 |
|
3 |
11*7*2,5 |
200 |
|
Сквозных пор в образце уже намного меньше, наблюдается их слияние и хаотическое расположение. Диаметр пор находится в пределах от 100 до 240 мкм |
166 |
|
4 |
11*7*2,7 |
250 |
|
|
150 |
|
5 |
11*7*3 |
300 |
|
Сквозных пор очень мало, наблюдается их слияние и хаотическое расположение. Диаметр пор находится в пределах от 95 до 200 мкм |
135 |
|
6 |
11*7*3,5 |
450 |
|
Сквозных пор практически не наблюдается, на образце видны лишь несколько отдельных пор диаметром от 80 до 150 мкм |
114 |
По результатам эксперимента строился график зависимости среднего диаметра пор от поверхностной плотности, приведенный на рисунке 2.
Рис. 2. График зависимости диаметра пор от поверхностной плотности материала.
Кривая 2 построена по данным средних величин, а кривые 1, 3 показывают отклонение от данного значения.
График показывает, что при увеличении поверхностной плотности происходит уменьшение среднего диаметра пор.
На втором этапе эксперимента для определения закономерностей отложения твердых частиц в волокнистом полимерном материале, образцы заранее подготовили. Сначала через слой материала пропускали загрязненную воду, по составу, схожую с промышленными стоками горных предприятий, затем образцы сушили, а после изучали под микроскопом марки БМИ-1с увеличением 30x. Таблица 2 показывает результаты исследований.
Таблица 2.
Результаты 2 этапа эксперимента.
|
№ п/п |
Размеры образца (L*B*h), мм |
Поверхностная плотность, кг/м2 |
Вид материала под микроскопом |
Описание |
Количество задерживаемых частиц |
|
1 |
11*7*1 |
100 |
|
Ввиду того, что сквозных пор в материале много, средний диаметр которых 285 мкм твердые частицы размером 90-100 мкм в порах не задерживались |
0-6 |
|
2 |
11*7*1,5 |
150 |
|
Частицы размером 90-100 мкм успешно задерживались в порах материала |
8-10 |
|
3 |
11*7*2,5 |
200 |
|
Частицы размером 90-120 мкм успешно задерживались в порах материала |
11-15 |
|
4
|
11*7*2,7 |
250 |
|
Частицы диаметром около 100 мкм задерживались в порах материала на различных слоях |
16-20 |
|
5 |
11*7*3 |
300 |
|
Частицы диаметром около 100 мкм задерживались в порах материала на различных слоях |
20-24 |
|
6 |
11*7*3,5 |
450 |
|
Наблюдается наибольшее количество задерживаемых частиц средним диаметром 100 мкм на разных слоях материала |
27-32 |
По результатам эксперимента строился график зависимости количества задерживаемых частиц от поверхностной плотности, приведенный на рисунке 3.
Рис. 3. График зависимости количества задерживаемых частиц от поверхностной плотности материала.
Кривая 2 построена по данным средних величин, а кривые 1, 3 показывают отклонение от данного значения.
График показывает, что с увеличением поверхностной плотности материала увеличивается количество задерживаемых частиц, и, следовательно, повышается задерживающая способность.
Также графические зависимости 1 и 2 показывают, что для фильтрования сточных вод горных предприятий целесообразно использовать материал с большей поверхностной плотностью. Чем она выше, тем меньше диаметр пор, тем больше задерживается в нем твердых частиц. При фильтровании они сначала будут попадать внутрь материала и закупоривать поры, так как размер твердых частиц меньше размера пор, а затем, когда твердые частицы закупорят все поры, взвешенные вещества начнут откладываться на поверхности волокнистого материала, так как эффективный размер пор уменьшится. Проведенные исследования позволят спроектировать эффективные фильтры для очистки промышленных стоков горных предприятий на основе волокнистых полимерных материалов.
Литература
1. Герасимов В.М. Волокнистые полимерные материалы в геотехнологии: монография / В.М. Герасимов. – Чита: ЧитГУ, 2010. – 207 с.
2. Жужиков В.Л. Фильтрование. Теория и практика разделения суспензий / В.Л. Жужиков. – М.: Химия, 1971. – 440 с.
Поступила в редакцию 08.11.2012 г.