Pek çok dünya ülkesinde tatlı su kaynaklarının giderek tükenmesi ve kirlenmesinin yanı sıra kıtlık da yaşanıyor. Yüzey suyu kirliliğinin ana nedeni, evsel ve endüstriyel atık suların arıtılmadan ve yeterince arıtılmadan deşarj edilmesi olup, bu durum alıcı su kütlelerinin su kullanım ihtiyaçları için uygun olmamasına yol açmaktadır. Son derece tehlikeli atık su türleri arasında, yüksek konsantrasyonlarda askıda katı maddeler, ağır metal iyonları, yüksek moleküler ağırlıklı organik bileşikler, yağlar, yüzey aktif maddeler ve diğer kirleticileri içeren hafif, gıda imalatı ve diğer endüstrilerden kaynaklanan atık suları vurgulamakta fayda var. .

Birçok arıtma görevini yerine getirmek için belirli bir yöntemin kullanılmasına izin vermeyen şey, konsantrasyon ve bileşim bakımından kirleticilerin çeşitliliğidir. Ve en uygun yöntem seçilse bile, süreçler genellikle kimyasal reaksiyonların uzun sürmesi, kimyasal maddelerin aşırı tüketimi, arıtma tesisleri için alanların düşük verimli kullanımı, yüksek elektrik tüketimi vb. ile ifade edilen dezavantajlardan muaf değildir. Bu nedenle, mevcut atık su arıtma yöntemlerinin verimliliğinin arttırılması konusu geçerliliğini korumaktadır.

Ferromanyetik parçacıkların girdap katmanına sahip bir elektromanyetik cihazın çalışma prensibi

Girdap katmanına sahip bir elektromanyetik cihaz Ferromanyetik parçacıkların, dönen bir elektromanyetik alanın indüktörüne yerleştirilmiş bir çalışma odasından oluşan bir cihazdır. Çalışma odası belirli bir uzunluk ve çap oranına sahip silindirik ferromanyetik parçacıklar içerir. Elektromanyetik alan tarafından yönlendirilen parçacıklar, girdap katmanını oluşturan karmaşık yörüngeler boyunca hareket etmeye başlar. Bu tür bir cihazın tipik bir tasarımı Şekil 1’de gösterilmektedir.

Şekil 1 – Ferromanyetik parçacıklardan oluşan bir girdap katmanına sahip cihaz: 1 – koruyucu burç; 2 – dönen elektromanyetik alanın indüktörü; 3 – indüktör mahfazası; 4 – manyetik olmayan malzemeden yapılmış çalışma odası; 5 – ferromanyetik parçacıklar

Tasarımın göründüğü kadar basit olması nedeniyle, cihazın çalışma odasında çok sayıda işlem gerçekleşir ve kapsamlı etkisi atık su işlemeyi faydalı bir şekilde etkileyen faktörler ortaya çıkar:

• dönen (harici) manyetik alan;
• ferromanyetik parçacıkların birbirleriyle, çalışma odası duvarlarıyla ve işlenmiş malzemeyle sayısız etkileşimi;
• akustik titreşimler;
• kavitasyon;
• elektroliz.

Ferromanyetik parçacıkların hızlı hareketi ve kavitasyon, birçok fiziksel ve kimyasal reaksiyonun seyrini hızlandırır. Suyun elektrolizi sonucu serbest hidrojenin oluşması, indirgeme reaksiyonlarını önemli ölçüde aktive eder. Aynı zamanda suyun H+ ve (OH)’a ayrışması, ikincisinin metal hidroksitlerin çökelmesiyle ilgili reaksiyonlarda önemli bir rol oynayabileceğini iddia etmek için nedenler sağlar.

Yukarıda sayılan tüm faktörlerin tek bir çalışma alanındaki birleşik etkileri, aynı anda neredeyse tüm fiziksel ve kimyasal, ayrıca mekanik ve fiziksel reaksiyonları yüz ve binlerce kat hızlandırmakta ve dolayısıyla teknolojik hat kapasitesini aynı ölçüde artırmaktadır.

Şekil 2, tarafından üretilen AVS-100 girdap katmanı cihazını göstermektedir GlobeCore.

Şekil 2 – AVS-100 girdap katmanı cihazı

Altı değerlikli krom ve diğer ağır metalleri içeren atık suyun arıtılması

Galvanizleme atölyelerinden, kimya, petrokimya ve diğer endüstrilerden kaynaklanan atık sular krom, nikel, çinko, kurşun, demir, bakır, manganez ve diğer ağır metalleri içerebilir.

Listelenen türlerdeki atık suyun, kimyasal maddelerin tüketimini önemli ölçüde azaltmayı, daha eksiksiz bir arıtma elde etmeyi ve bunu sürekli kılmayı mümkün kılan elektromanyetik girdap katmanlı cihazlar aracılığıyla arıtılmasına yönelik çeşitli yöntemler ve proses akış şemaları vardır.

Altı değerlikli kromun üç değerlikli kroma indirgenmesi, ağır metallerin hidroksit formunda eşzamanlı çökeltilmesiyle birlikte demir sülfat kullanılarak alkali bir ortamda gerçekleştirilir. Bu yöntem, Cr+6 konsantrasyonu 10–200 mg/L, atık su asitliği pH = 6’dan birkaç grama kadar olan ve diğer ağır metallerin varlığı 10 ila 1.000 mg/L arası olan atık sular için uygulanır (Şekil 3).

Şekil 3 – Eş zamanlı ağır metal çökeltme ve atık su nötrleştirme ile alkali bir ortamda CR+6 azaltımının proses akış şeması: 1 – kireç bulamaç tankı; 2 – demir sülfat tankı; 3 – atık su toplama ve dengeleme tankı; 4 – elektromanyetik girdap katmanı cihazı; 5 – kireç bulamaç dozajlayıcı; 6 – demir sülfat harmanlayıcı; 7 — atık su pompası

Proses akış diyagramının (Şekil 3) endüstriyel ortamda test edilmesinin sonuçları Tablo 1’de gösterilmektedir. Ca(OH)2 ve FeSO4 tüketimleri stokiyometrik hesaplamayla tutarlıydı.

Tablo 1 – Bir girdap katman cihazında eş zamanlı ağır metal çökeltmesiyle alkali bir ortamda CR+6 indirgemesiyle atık su arıtımı (ferromanyetik elemanlar: d = 1,6 mm; m = 175 g; arıtmadan önce – рН = 2…3, arıtmadan sonra – рН = 8,5…9)

Atık su durumu			Arıtılmış su durumu
pH	Kirletici metaller	Metal konsantrasyonu, mg/L	Cihazda işlendikten sonra sudaki metal konsantrasyonu, mg/L	pH
2–3	Cr+6	50–100	0	8.5–9
	Cr+3	50–100	0
	Fe	500 e kadar	izler
	Ni	50–100	0
	Mg	300’e kadar	izler
	Pb	50–100	0,09
	Cu	50–100	izler

Girdap katmanı cihazlarının uygulanmasındaki deneyim, çözeltideki krom miktarının 200 mg/L’yi aşmayacağı alkali bir ortamda Cr+6’yı Cr+3’e indirgeme yönteminin uygulanmasının en uygun olduğunu göstermiştir, çünkü büyük miktarda Krom ve demir hidroksit daha yüksek miktarda Cr+3 ile çöker. Büyük miktarda krom söz konusu olduğunda, asidik bir ortamda sodyum bisülfit kullanılarak Cr+6’nın Cr+3’e indirgenmesi ve ardından her iki tarafta da elektromanyetik vorteks katman cihazı kullanılarak alkali bir ortamda Cr+3 çökeltilmesi önerilebilir. birinci ve ikinci aşamalar (Şekil 4).

Şekil 4. Сr+6 indirgemesinin ardından hidroksit formunda çökeltmenin proses akış şeması: 1 – atık su toplama ve dengeleme tankı; 2 – atık su pompası; 3 – sodyum bisülfit tankı; 4 – kireç bulamaç tankı; 5 – elektromanyetik girdap katmanı cihazı

Asit-alkali atık suyun ağır metal iyonlarına karşı cihazla yoğunlaştırılmış ve tam olarak arıtılması, metal hidroksitlerin oluşması, bunların çökelmesi ve ağır metal iyonlarının demir hidroksit tarafından soğurulması sonucunda bileşenlerin bir girdap tabakasında kapsamlı bir şekilde işlenmesi nedeniyle oluşur. ferromanyetik elementlerin girdap tabakasında dağılmasından dolayı oluşan ve iyi bir indirgeyici madde olarak görev yapan aktifleştirilmiş kolloid demir aracılığıyla. Girdap tabakasında ortaya çıkmasıyla birlikte suyun elektrolizi nedeniyle hidrojen oluşum süreçleri meydana gelir. Bu özellik, Cr+6 üretiminin reaksiyona etki etmesine ve demir sülfat tüketiminin azalmasına yol açtığı gibi, yalnızca hidrojen çıkışının kolloid metali nedeniyle atık sularda bulunan Cr+6 ve diğer metallerin tamamen yeniden üretilmesine yol açar.

Şekil 5, girdap katman cihazında ve farklı miktarlarda indirgeyici madde içeren karıştırma cihazında Cr+ 6 indirgemesinin hızı ve tamlığına ilişkin karşılaştırmalı verileri göstermektedir [Logvinenko, 1976]. Yukarıdaki verilerden görülebileceği gibi, demir sülfat tüketimi stokiyometrik tüketimin %30’undan fazla olmadığında girdap katmanında neredeyse tam bir azalma elde edilebilir. Girdap katmanındaki indirgeme işlemi, bileşenlerin işlem süresinin 1 saniye olması durumunda elde edilir ve bu da sürekli bir işlemin gerçekleştirilmesine olanak sağlar.

Şekil 5. İşleme süresinin altı değerlikli krom indirgeme işlemi üzerindeki etkisi: 1, 2, 3 – FeSO4 tüketimi stokiyometrik tüketimin sırasıyla %50, 80 ve 100’üne eşit olan mekanik bir karıştırıcı içeren bir cihazda; 4, 5 — stokiyometrik tüketimin %10 ve %30’una eşit FeSO4 tüketiminde bir girdap katmanı cihazında

İşleme prosesi, girdap katmanı cihazında işlendiğinde aktif hale gelen kimyasal madde olarak kireç süspansiyonu kullanıldığında en verimli şekilde gerçekleşir. Aktive edici etki, CaO’nun özelliklerindeki yapısal ve fiziksel değişiklikleri gösteren bir girdap tabakasında işlendikten sonra kireç sütünün CaO’sunun IR spektrumları ile doğrulanır. Teorik olarak gerekli olanın %90-100’üne kadar CaO tüketimi ile izin verilen maksimum konsantrasyona kadar arıtma derecesi elde edilmesini sağlar. Aynı zamanda, kimyasal maddelerin yoğun şekilde karıştırılması, elektromanyetik alan etkisi ve elde edilen bileşiklerin öğütülmesi, girdap katman cihazından sonra elde edilen metal hidroksitlerin, karıştırma cihazlarında elde edilenlere kıyasla daha fazla dağılmasına neden olur. (Tablo 2).

Tablo 2 – Karıştırma ve girdap katmanı cihazlarında elde edilen metal hidroksitlerin dağılma yeteneğinin incelenmesi

Hidroksitlerin dağılma yeteneği, mikron	Elde edilen metal hidroksitlerin kantitatif durumu
	karıştırma cihazında, %	girdap katmanı cihazında, %
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

Tablo 2, 675 mg/L’ye kadar kurşun tuzları, demir – 275 mg/L, bakır içeren atık suyu arıtmak için bir girdap katman cihazı kullanılarak endüstriyel bir ortamda elde edilen çökeltinin dağılma kabiliyetine ilişkin verileri göstermektedir. — 68 mg/L ve manganez — 480 mg/L (Logvinenko, 1976). Gösterilen dağılma yeteneğinin çökelme sürecinin yavaşlamasına yol açmadığına dikkat edilmelidir; bunun yerine, girdap katmanı cihazından sonra katıların çökelmesi, karıştırma cihazından sonrakinden 1,5-2 kat daha hızlı gerçekleşti. Hidroksit içeren suyun arıtılması, birleşik kimyasal ve polarizasyon pıhtılaşması ve topaklaşması nedeniyle daha yüksek oranda gerçekleşir.

Fenol içeren atık suyun arıtımı

Vortex katman cihazları, fenol-formaldehit reçinelerinin üretiminden, fenol, metanol, formaldehit ve diğer kirleticileri içeren kok-kimya ve odun-kimyası işletmelerinin atık sularının arıtılmasında etkili bir şekilde kullanılabilir. Fenol içeren atık suyun arıtımı, fenolün (0,5-10 g/L konsantrasyonunda) asidik bir ortamda oksidasyonunu içeren kimyasal bazlı yöntemlerle gerçekleştirilir.

Oksitleyici madde olarak piroluzit, potasyum veya sodyum bikromat, ozon, kireç klorür ve potasyum permanganat kullanılabilir. Listelenen kimyasal maddelerden, 1 g fenol başına 2,5-3,3 g tüketimde cihazdaki fenolün giderilmesi için potasyum veya sodyum bikromat önerilir.

Uygulamada, fenol konsantrasyonuna bağlı olarak Na2Cr2O7 başına 50-200 g/L konsantrasyona sahip bir oksitleyici maddenin sulu çözeltisinin ve asitleştirme için %30-50 sülfürik asit çözeltisinin kullanılması tavsiye edilir.

Fenol içeren atık suyun arıtılması için karıştırıcılı reaktörler kullanılır ve buradaki oksidasyon işlemi 95–100 ºС sıcaklıkta 3–4 saat sürer.

Bir girdap katmanı cihazının kullanılması, proses akış şemasının büyük ölçüde basitleştirilmesine, oksidasyon reaksiyon sıcaklığının 20–40 ºС’ye düşürülmesine ve proses süresinin en aza indirilmesine olanak tanıyarak arıtmanın sürekli bir modda gerçekleştirilmesini mümkün kılar. Bir girdap katman cihazında etkili bir şekilde oksitlenebilen atık suyun bileşimi Tablo 3’te gösterilmektedir.

Tablo 3 – Fenol oksidasyonu için girdap katman cihazlarının kullanıldığı çeşitli üretim tesislerinden gelen atık suyun karakterizasyonu

Kirleticiler	Çeşitli üretim tesislerinden gelen atık sudaki kirletici madde miktarı, g/L
	Fenol-formaldehit reçinelerinin sentezi	Epoksi reçine sentezi	Difenilolpropan sentezi
H2O4	–	–	10
Fenol	0,5–5	0,3–0,5	10
Formaldehit	2–12	–	–
Difenilolpropan	3–5	1.5	3.3
Metanol	0,8–10	6.0	–

Sürekli bir proseste girdap tabakası cihazı kullanılarak arıtılmaya tabi tutulan atık su:

• bileşim ve kirletici konsantrasyonu bakımından ortalaması alınmalıdır;
• mekanik kirliliklerden arınmış olmalı;
• Reçine ve petrol ürünleri içermez.

Proses akış şeması (Şekil 6) kullanılarak atık su arıtımı aşağıdaki sırayla gerçekleştirilir.

Şekil 6. Bir girdap tabakası cihazı vasıtasıyla fenolün endüstriyel atık sudan uzaklaştırılması için proses akış şeması: 1 – atık su toplama ve dengeleme tankı; 2 – H2SO4 tankı; 3 – oksitleyici madde tankı; 4,8 – girdap katmanı cihazı; 5, 6 – dozajlayıcılar; 7 – pompa

Atık su toplama ve dengeleme tankına girer1 ortalamasının alındığı ve konsantrasyonun eşitlendiği yer. Atık sudaki asit miktarının yetersiz olması durumunda gerekli miktarda sülfürik asit tanktan temin edilir.2 bir toplu işleyici kullanma5. Atıksu, toplama ve dengeleme tankından 15 m3/saat’e kadar miktarda elektromanyetik vorteks katman cihazına pompalanır. Ferromanyetik elementler olarak 150-200 g miktarında l/d=10 oranında 1,2-1,8 mm çapında silindirik parçacıklar kullanır. Bu tür elemanların çalışma süresi 4-6 saattir, bundan sonra elemanlar değiştirilir veya otomatik bir dozajlayıcı kullanılarak ilave girdiler gerçekleştirilir. Bileşenlerin yoğun bir şekilde karıştırıldığı cihaza eşzamanlı olarak bir oksitleyici madde beslenir ve fenol ile diğer organik maddelerin (metanol, formaldehit vb.) oksidasyon reaksiyonu, su ve karbon gazı oluşana kadar devam eder.

Fenolün uzaklaştırılmasından sonra atık su, fenolün oksidasyonu sırasında oluşan altı değerlikli kromun indirgenmesinin yanı sıra diğer girdap katmanı cihazında nötralizasyona tabi tutulur (gösterim 8, Şekil 6). Cr+6’nın Cr+3’e indirgenmesi için demir sülfat, nötralizasyon için ise kireç sütü kullanılır.

Siyanür içeren atık suyun arıtılması

Siyanürlü atık su arıtımında elektromanyetik girdap tabakası cihazlarının kullanılması, toksik olmayan karbonatlar ve amonyak aynı anda oluştuğunda siyanürlerin siyanatlara oksidasyonunun gerçekleştirilmesine olanak sağlar. İşlem alkali bir ortamda pH = 9-10’da gerçekleşir. Alkali madde olarak kireç, soda,% 5-10’luk bir su çözeltisi formunda kullanılır ve oksitleyici bir madde olarak, kalsiyum hipoklorit veya klor ile% 5-10’luk bir kireç klorür çözeltisi kullanılır.

Arıtmadan sonra kalan siyanür miktarı, 30-350 mg/L başlangıç ​​konsantrasyonunda 0,005-0,09 mg/L’dir.

Bir girdap katmanı cihazı kullanıldığında atık su arıtımının kalitesini etkileyen önemli faktörler şunları içerir:

• optimal diyagramın ve tedavi yönteminin seçimi;
• proses ekipmanının seçimi ve yerleşimi;
• tedavi modlarının seçimi;
• tedavi parametrelerinin izlenmesi ve kontrolü;
• cihazların doğru kullanımı;
• atık su ortalaması vb.

Vorteks katman cihazlarının ve atık su arıtımının verimli kullanımı, ortalama 1,5-2 saat içinde alınan bileşim ve kirletici konsantrasyonu açısından ortalamanın derecesine bağlıdır.

Girdap katmanı cihazlarının avantajları

Elektromanyetik vorteks katman cihazları, işletmelerde suyun su kütlelerine deşarj edilmeden kapalı kullanımı ile kimyasal bazlı yöntemle atıksu arıtımında proses akış diyagramlarında etkin bir şekilde kullanılabilmektedir. Arıtma tesislerinin proses akış diyagramlarında ve aşağıdaki proseslerin gerçekleştirilmesinde kullanılırlar:

• altı değerlikli kromun (Cr+6) üç değerlikli kroma (Cr+3) indirgenmesi;
• ağır metallerin çökeltilmesi (Cr+3, nikel, çinko, kurşun, bakır, kobalt, demir, manganez vb.);
• asit-alkali atıkların nötrleştirilmesi;
• oksidasyon (fenol, siyanojen, petrol ürünleri).