Көптеген дүниежүзілік елдерде тұщы су көздерінің тапшылығы, сонымен қатар бірте-бірте сарқылуы және ластануы артып келеді. Жер үсті суларының ластануының негізгі себебі тазартылмаған және жеткіліксіз тазартылған тұрмыстық және өндірістік ағынды сулардың ағуы болып табылады, бұл су объектілерінің су пайдалану қажеттіліктеріне жарамсыздығына әкеледі. Ағынды сулардың аса қауіпті түрлерінің ішінде құрамында қалқыған қатты заттардың, ауыр металл иондарының, жоғары молекулалық органикалық қосылыстардың, майлардың, беттік белсенді заттар мен басқа да ластаушы заттардың жоғары концентрациясы бар жеңіл, тамақ өнеркәсібі және басқа да өнеркәсіптердің ағынды суларын атап өткен жөн. 

Бұл ластаушы заттардың концентрациясы мен құрамы бойынша алуан түрлілігі, ол көптеген емдеу міндеттерін шешу үшін белгілі бір әдісті қолдануға мүмкіндік бермейді. Оңтайлы әдіс таңдалса да, процестер көбінесе химиялық реакциялардың ұзаққа созылуымен, химиялық агенттердің шамадан тыс тұтынылуымен, тазарту құрылыстары үшін аумақтардың төмен тиімділігімен, электр энергиясын жоғары тұтынумен және т.б. көрінетін кемшіліктерден бос емес. Осылайша, ағынды суларды тазартудың қолданыстағы әдістерінің тиімділігін арттыру мәселесі өзекті болып қала береді.

Ферромагниттік бөлшектердің құйынды қабаты бар электромагниттік құрылғының жұмыс істеу принципі

Құйынды қабаты бар электромагниттік құрылғы ферромагниттік бөлшектер – айналмалы электромагниттік өрістің индукторына орналастырылған жұмыс камерасынан тұратын құрылғы. Жұмыс камерасында ұзындығы мен диаметрінің белгілі бір қатынасы бар цилиндрлік ферромагниттік бөлшектер бар. Электромагниттік өрістің әсерінен бөлшектер құйынды қабат деп аталатын күрделі траекториялар бойымен қозғала бастайды. Мұндай құрылғының типтік дизайны 1-суретте көрсетілген.

1-сурет – Ферромагниттік бөлшектердің құйынды қабаты бар құрылғы: 1 – қорғаныс втулкасы; 2 – айналмалы электромагниттік өрістің индукторы; 3 – индуктор корпусы; 4 – магнитті емес материалдан жасалған жұмыс камерасы; 5 – ферромагниттік бөлшектер

Қарапайым дизайнмен құрылғының жұмыс камерасында бірқатар процестер орын алады және ағынды суларды өңдеуге тиімді әсер ететін факторлар бар:

• айналмалы (сыртқы) магнит өрісі;
• ферромагниттік бөлшектердің бір-бірімен, жұмыс камерасының қабырғаларымен және өңделген материалмен көптеген өзара әрекеттесулері;
• акустикалық тербеліс;
• кавитация;
• электролиз.

Ферромагниттік бөлшектердің жылдам қозғалысы және кавитация көптеген физикалық және химиялық реакциялардың жүруін тездетеді. Судың электролизі нәтижесінде бос сутегінің түзілуі тотықсыздану реакцияларын айтарлықтай белсендіреді. Сонымен бірге судың H+ және (OH)-ға диссоциациялануы соңғысының тұнбалы металл гидроксидтерінің түзілуіне байланысты реакцияларда маңызды рөл атқара алатынын дәлелдеуге негіз береді.

Бір жұмыс кеңістігіндегі барлық жоғарыда аталған факторлардың біріккен әсерлері бір уақытта барлық дерлік физикалық және химиялық, сондай-ақ механикалық және физикалық реакцияларды жүз және мың есе жылдамдатады, демек, технологиялық желінің өнімділігін бірдей дәрежеде арттырады.

2-суретте өндірілген АВС-100 құйынды қабат құрылғысы көрсетілген GlobeCore.

2-сурет – АВС-100 құйынды қабат құрылғысы

Құрамында алты валентті хром және басқа да ауыр металдар бар ағынды суларды тазарту

Мырыштау цехтарының, химия, мұнай-химия және басқа да өнеркәсіптердің ағынды суларында хром, никель, мырыш, қорғасын, темір, мыс, марганец және басқа да ауыр металдар болуы мүмкін.

Электромагниттік құйынды қабат құрылғыларының көмегімен аталған типтегі ағынды суларды тазартудың бірнеше әдістері мен технологиялық схемалары бар, бұл химиялық агенттердің шығынын едәуір азайтуға, толық тазартуға және оны үздіксіз жүргізуге мүмкіндік береді.

Алты валентті хромды үш валентті хромға дейін тотықсыздандыру сілтілі ортада темір сульфатын пайдаланып, бір мезгілде ауыр металдарды гидроксидтер түрінде тұндыру арқылы жүзеге асырылады. Бұл әдіс ағынды сулардың қышқылдығы pH = 6-дан бірнеше грамға дейін Cr+6 концентрациясы 10-200 мг/л және басқа ауыр металдар 10-нан 1000 мг/л-ге дейінгі ағынды сулар үшін қолданылады (3-сурет).

3-сурет – Сілтілі ортадағы CR+6 тотықсыздануының бір мезгілде ауыр металдарды тұндыру және ағынды суларды бейтараптандыру процесінің схемасы: 1 — әк суспензиясының резервуары; 2 — темір сульфатының резервуары; 3 — ағынды суларды жинайтын және теңестіретін цистерна; 4 — электромагниттік құйынды қабат құрылғысы; 5 — әк ерітіндісін араластырғыш; 6 — темір сульфаты қоспасы; 7 — ағынды суларды сорғы

Өнеркәсіптік ортада технологиялық процестің сызбасын (3-сурет) сынау нәтижелері 1-кестеде көрсетілген. Ca (OH)2 және FeSO4 шығыны стехиометриялық есептеуге сәйкес болды.

1-кесте – Ағынды суларды сілтілі ортада CR+6 қалпына келтіру арқылы құйынды қабат құрылғысында бір мезгілде ауыр металдарды тұндыру арқылы тазарту (ферромагниттік элементтер: d = 1,6 мм; м = 175 г; тазартуға дейін – рН = 2…3, тазартудан кейін – рН = 8,5…9)

Ағынды сулардың жағдайы			Тазартылған су жағдайы
рН	Ластаушы металдар	Металдардың концентрациясы, мг/л	Құрылғыда өңдеуден кейін металдардың судағы концентрациясы, мг/л	рН
2–3	Cr+6	50–100	0	8,5–9
	Cr+3	50–100	0
	Fe	500-ге дейін	іздер
	Ni	50–100	0
	Mg	300-ге дейін	іздер
	Pb	50–100	0,09
	Cu	50–100	іздер

Құйынды қабат құрылғыларын енгізу тәжірибесі ерітіндідегі хром мөлшері 200 мг/л-ден аспайтын сілтілі ортада Cr+6-дан Cr+3-ке дейін тотықсыздандыру әдісін қолдану ең орынды екенін көрсетті, өйткені көп мөлшерде хром және темір гидроксиді Cr+3 көп мөлшерде тұнбаға түседі. Хромның көп мөлшерімен қышқыл ортада натрий бисульфитін пайдаланып Cr+6-ны Cr+3-ке дейін қалпына келтіру ұсынылады, содан кейін сілтілі ортада электромагниттік құйынды қабат құрылғысын қолдану арқылы Cr+3 тұндыру. бірінші және екінші кезеңдері (4-сурет).

4-сурет. Гидроксид түріндегі жауын-шашынның Сr+6 тотықсыздануының технологиялық схемасы: 1 – ағынды суларды жинайтын және теңестіретін резервуар; 2 – ағынды су сорғышы; 3 – натрий бисульфитінің резервуары; 4 – әк суспензиясы бар резервуар; 5 – электромагниттік құйынды қабат құрылғысы

Қышқылды-сілтілі ағынды суларды ауыр металл иондарынан тартылған құрылғымен күшейтілген және толық тазарту металл гидроксидтерінің түзілуі, олардың тұнбаға түсуі және темір гидроксидімен ауыр металл иондарын сорбциялау нәтижесінде құйынды қабаттағы компоненттерді кешенді өңдеуге байланысты болады. , сондай-ақ құйынды қабатта ферромагниттік элементтердің дисперсиясы нәтижесінде түзілетін және жақсы қалпына келтіруші ретінде қызмет ететін белсендірілген коллоидты темір арқылы. Оның құйынды қабатта пайда болуымен қатар судың электролизі есебінен сутегі түзілу процестері жүреді. Бұл қасиет Cr+6 репродукциясының реакциясына әсер етеді және темір сульфатының шығынын азайтады, сонымен қатар сутегінің бөлінуінің коллоидты металы есебінен ғана ағынды сулардың құрамындағы Cr+6 және басқа металдардың толық көбеюіне әкеледі.

5-суретте құйынды қабат құрылғысындағы және тотықсыздандырғыштың әртүрлі мөлшерімен араластырғыш құрылғыдағы Cr+ 6 тотықсыздану жылдамдығы мен толықтығының салыстырмалы деректері көрсетілген [Логвиненко, 1976]. Жоғарыда келтірілген мәліметтерден көрініп тұрғандай, темір сульфатының шығыны стехиометриялық көрсеткіштен 30%-дан аспайтын кезде құйынды қабатта толық дерлік қысқаруға қол жеткізуге болады. Құйынды қабаттағы қысқарту процесі компоненттерді өңдеу уақыты 1 секунд болғанда жүзеге асырылады, бұл үздіксіз процесті жүргізуге мүмкіндік береді.

5-сурет. Хромның алты валентті тотықсыздану процесіне өңдеу ұзақтығының әсері: 1, 2, 3 — FeSO4 шығыны тиісінше стехиометриялық 50, 80 және 100% тең болатын механикалық араластырғышы бар құрылғыда; 4, 5 — құйынды қабат құрылғысында FeSO4 шығыны стехиометриялық 10 және 30% тең.

Өңдеу процесі құйынды қабат құрылғысында өңделген кезде белсендірілетін химиялық агент ретінде әк суспензиясын қолданғанда тиімдірек болады. Белсендіру әсері СаО қасиеттерінің құрылымдық және физикалық өзгерістерін көрсететін құйынды қабатта өңдеуден кейін әк сүтінің СаО ИК-спектрлерімен расталады. Бұл теориялық қажетті мөлшерден 90-100% дейін CaO тұтынуымен емдеу дәрежесіне максималды рұқсат етілген концентрацияға жетуге мүмкіндік береді. Бұл ретте химиялық агенттерді қарқынды араластыру, электромагниттік өріс әрекеті, сондай-ақ алынған қосылыстарды ұнтақтау құйынды қабат құрылғысынан кейін алынған металл гидроксидтерінің араластырғыш құрылғыларда алынғандармен салыстырғанда көбірек дисперсті болуына әкеледі. (2-кесте).

2-кесте – араластырғыш және құйынды қабат құрылғыларында алынған металл гидроксидтерінің дисперстік қабілетін зерттеу

Гидроксидтердің дисперстік қабілеті, микрон	Алынған металл гидроксидтерінің сандық күйі
	араластырғыш құрылғыда, %	құйынды қабат құрылғысында, %
100–50	1.5	–
50–30	28	–
30–25	25.55	–
25–30	44.95	–
20–10	–	–
10–5	–	0.31
5–3	–	5.23
3–2	–	28.56
2–1	–	46.9
1	–	19.0

2-кестеде 675 мг/л дейін қорғасын тұздарының, темір — 275 мг/л, мыс ерітіндісі бар ағынды суларды тазартуға арналған құйынды қабат құрылғысының көмегімен өндірістік ортада алынған тұнбаның дисперстік қабілетінің деректері көрсетілген. — 68 мг/л, ал марганец — 480 мг/л (Логвиненко, 1976). Көрсетілген дисперсиялық қабілеттілік жауын-шашын процесінің баяулауына әкелмегенін атап өткен жөн; оның орнына құйынды қабат құрылғысынан кейінгі қатты заттардың тұнбасы араластырғыш құрылғыдан кейінгіге қарағанда 1,5-2 есе жылдамырақ болды. Құрамында гидроксидтері бар судың мөлдірленуі аралас химиялық және поляризациялық коагуляция мен флокуляцияның арқасында жоғары жылдамдықпен жүреді.

Құрамында фенол бар ағынды суларды тазарту

Құрамында фенол, метанол, формальдегид және басқа да ластаушы заттар бар фенолформальдегидті шайырлар, кокс-химия және ағаш-химия кәсіпорындарының ағынды суларын тазарту үшін құйынды қабат құрылғыларын тиімді пайдалануға болады. Құрамында фенол бар ағынды суларды тазарту фенолды (0,5-10 г/л концентрацияда) қышқыл ортада тотығудан тұратын химиялық әдістермен жүзеге асырылады.

Тотықтырғыш ретінде пиролюзит, калий немесе натрий бихроматы, озон, әк хлориді және калий перманганаты қолданылуы мүмкін. Аталған химиялық агенттердің ішінен калий немесе натрий бихроматы фенолдың 1 г үшін 2,5-3,3 г тұтыну кезінде құрылғыда фенолды кетіру үшін ұсынылады.

Тәжірибеде фенол концентрациясына байланысты Na2Cr2O7 концентрациясы 50–200 г/л болатын тотықтырғыштың су ерітіндісін және қышқылдандыру үшін күкірт қышқылының 30–50% ерітіндісін қолдану ұсынылады.

Құрамында фенол бар ағынды суларды тазарту үшін араластырғыштары бар реакторлар қолданылады және ондағы тотығу процесі 95-100 ºС температурада 3-4 сағатты алады.

Құйынды қабат құрылғысын пайдалану технологиялық процестің схемасын айтарлықтай жеңілдетуге, тотығу реакциясының температурасын 20–40 ºС дейін төмендетуге және процестің ұзақтығын азайтуға мүмкіндік береді, бұл үздіксіз режимде өңдеуді жүргізуге мүмкіндік береді. Құйынды қабат құрылғысында тиімді тотығуға болатын ағынды сулардың құрамы 3-кестеде көрсетілген.

3-кесте — Фенолды тотықтыру үшін құйынды қабат құрылғылары қолданылатын әртүрлі өндірістік объектілердің ағынды суларының сипаттамасы

Ластаушы заттар	Әртүрлі өндіріс орындарының ағынды суларындағы ластаушы заттардың мөлшері, г/л
	Фенолформальдегидті шайырлардың синтезі	Эпоксидті шайырдың синтезі	Синтезі дифенилолпропан
H2O4	–	–	10
Фенол	0.5–5	0.3–0,5	10
Формальдегид	2–12	–	–
Дифенилолпропан	3–5	1.5	3.3
Метанол	0.8–10	6.0	–

Үздіксіз процесте құйынды қабат құрылғысы арқылы тазартуға жататын ағынды сулар:

• құрамы мен ластаушы концентрациясы бойынша орташа болуы керек;
• механикалық қоспалардан тазартылады;
• құрамында шайырлар мен мұнай өнімдері жоқ.

Ағынды суларды тазарту технологиялық схеманы (6-сурет) пайдалана отырып, келесі реттілікпен жүзеге асырылады.

Сурет 6. Құйынды қабат құрылғысы арқылы өнеркәсіптік ағынды сулардан фенолды жоюдың технологиялық схемасы: 1 – ағынды суларды жинайтын және теңестіретін резервуар; 2 – H2SO4 резервуары; 3 – тотықтырғыш заттың резервуары; 4,8 – құйынды қабат құрылғысы; 5, 6 – мөлшерлегіштер; 7 – сорғы

Ағынды сулар жинағыш және теңестіруші резервуарға түседі1 қай жерде орташа, ал қай жерде концентрация теңестіріледі. Ағынды судағы қышқылдың мөлшері жеткіліксіз болса, резервуардан күкірт қышқылының қажетті мөлшері беріледі 2 қоспаны пайдалану 5. Ағынды су жинау және теңестіру цистернасынан электромагниттік құйынды қабат құрылғысына 15 м3/сағ дейін айдалады. Ферромагниттік элементтер ретінде диаметрі 1,2–1,8 мм цилиндрлік бөлшектерді l/d = 10 қатынасында 150–200 г мөлшерінде пайдаланады. Мұндай элементтердің жұмыс уақыты 4-6 сағатты құрайды, содан кейін элементтер өзгертіледі немесе оларды қосымша енгізу автоматты қоспаны қолдану арқылы жүзеге асырылады. Құрамдас бөліктер қарқынды араласатын құрылғыға бір мезгілде тотықтырғыш агент беріледі де, фенолдың және басқа органикалық заттардың (метанол, формальдегид және т.б.) тотығу реакциясы су мен көміртегі газы пайда болғанға дейін жүреді.

Фенолды алып тастағаннан кейін ағынды сулар фенолдың тотығуы кезінде түзілетін алты валентті хромның тотықсыздануына, сондай-ақ басқа құйынды қабат аппаратында бейтараптандыруға ұшырайды (8 белгілеу, 6-сурет). Cr+6-ны Cr+3-ке дейін тотықсыздандыру үшін темір сульфаты, бейтараптандыру үшін әк сүті қолданылады.

Құрамында цианидтері бар ағынды суларды тазарту

Цианидті ағынды суларды тазарту үшін электромагниттік құйынды қабат құрылғыларын пайдалану улы емес карбонаттар мен аммиак бір мезгілде пайда болған кезде цианидтердің цианаттарға дейін тотығуын жүргізуге мүмкіндік береді. Процесс рН = 9–10 кезінде сілтілі ортада жүреді. Сілтілік агент ретінде 5-10% су ерітіндісі түрінде әк, сода, ал тотықтырғыш ретінде кальций гипохлориті немесе хлор бар 5-10% әк хлоридінің ерітіндісі қолданылады.

Өңдеуден кейінгі цианидтің қалдық мөлшері 30-350 мг/л бастапқы концентрацияда 0,005–0,09 мг/л құрайды.

Құйынды қабат құрылғысын пайдалану кезінде ағынды суларды тазарту сапасына әсер ететін маңызды факторларға мыналар жатады:

• оңтайлы схема мен емдеу әдісін таңдау;
• технологиялық жабдықты таңдау және орналастыру;
• емдеу режимдерін таңдау;
• өңдеу параметрлерін бақылау және бақылау;
• құрылғыларды дұрыс пайдалану;
• ағынды суларды орташалау және т.б.

Құйынды қабат құрылғыларын және ағынды суларды тазартуды тиімді пайдалану оның құрамы мен ластаушы концентрациясы бойынша орташалау дәрежесіне байланысты, ол орташа 1,5-2 сағат ішінде қабылданады.

Құйынды қабат құрылғыларының артықшылықтары

Электромагниттік құйынды қабат құрылғылары суды су объектілеріне жібермей, кәсіпорындарда жабық пайдалану арқылы химиялық негізде ағынды суларды тазартудың технологиялық схемаларында тиімді қолданылуы мүмкін. Олар тазарту құрылыстарының технологиялық схемаларында және келесі процестерді жүргізу үшін қолданылады:

• алты валентті хромды (Cr+6) үш валентті хромға (Cr+3) қалпына келтіру;
• ауыр металдардың (Cr+3, никель, мырыш, қорғасын, мыс, кобальт, темір, марганец және т.б.) тұнбаға түсуі;
• қышқылды-сілтілі ағынды суларды бейтараптандыру;
• тотығу (фенол, цианоген, мұнай өнімдері).