Clarification Of Aqueous Suspensions With A High Content Of Suspended Solids In Rapid Sand Filters

The presented work is devoted to solving the actual problem of increasing the efficiency of rapid sand filters with granular filling, which operate at a constant filtration rate when cleaning suspensions with a relatively high concentration of contaminants. The proposed mathematical model for clarifying the suspension by filtration consists of three interconnected blocks: clarified, filtration, and hydraulic. Convenient dimensionless mathematical dependencies are obtained for calculating the concentrations of contaminants and sediment from the height of the filter and suspension in the filtrate; head loss in the filter loading; the effective time of the filter (the duration of the filter cycle). The design of the experimental setup and the methodology for conducting experimental studies and mathematical processing of the results are valid. The results of experimental studies of the suspension filtering process through the granular loading are presented, and the obtained data is analyzed. Measurement of pressure losses in the filter loading is performed when a suspension is passed with a relatively high concentration of contaminants at various filtration rates. The nature of the change in the filtration rate with time and height (length) loading at various filtration rates and initial contamination concentrations is determined. Measured variable concentration of suspended matter in filtered water and retained contamination over time. As a result of the experiments, it is confirmed that an increase in the concentration of retained contaminants S leads to an increase in the parameter Δn/n. Upon reaching a certain value of the concentration of the retained sediment S (in our case S=30 g/dm3), an increase in the relative specific volume of the sediment greater than Δn/n0=0.65 is not observed. It is established that an important characteristic of the retained sediment is the ratio of the volume concentration of the sediment to the volume concentration of solid particles in this sediment γ=Csd/Сs. The values of the adhesion and detachment of particles of contaminant in the particles of the material loading =4,9; =0,009. The results of experimental studies in general confirm the correctness and reliability of the obtained analytical dependencies

CLARIFICATION OF AQUEOUS SUSPENSIONS WITH A HIGH CONTENT OF SUSPENDED SOLIDS IN RAPID SAND FILTERS

The presented work is devoted to solving the actual problem of increasing the efficiency of rapid sand filters with granular filling, which operate at a constant filtration rate when cleaning suspensions with a relatively high concentration of contaminants. The proposed mathematical model for clarifying the suspension by filtration consists of three interconnected blocks: clarified, filtration, and hydraulic. Convenient dimensionless mathematical dependencies are obtained for calculating the concentrations of contaminants and sediment from the height of the filter and suspension in the filtrate; head loss in the filter loading; the effective time of the filter (the duration of the filter cycle). The design of the experimental setup and the methodology for conducting experimental studies and mathematical processing of the results are valid. The results of experimental studies of the suspension filtering process through the granular loading are presented, and the obtained data is analyzed. Measurement of pressure losses in the filter loading is performed when a suspension is passed with a relatively high concentration of contaminants at various filtration rates. The nature of the change in the filtration rate with time and height (length) loading at various filtration rates and initial contamination concentrations is determined. Measured variable concentration of suspended matter in filtered water and retained contamination over time. As a result of the experiments, it is confirmed that an increase in the concentration of retained contaminants S leads to an increase in the parameter Δn/n. Upon reaching a certain value of the concentration of the retained sediment S (in our case S=30 g/dm3), an increase in the relative specific volume of the sediment greater than Δn/n0=0.65 is not observed. It is established that an important characteristic of the retained sediment is the ratio of the volume concentration of the sediment to the volume concentration of solid particles in this sediment γ=Csd/Сs. The values of the adhesion and detachment of particles of contaminant in the particles of the material loading =4,9; =0,009. The results of experimental studies in general confirm the correctness and reliability of the obtained analytical dependencies

Дослідження можливості утилізації продуктів феритизаційної переробки гальванічних відходів в складі лужних цементів

A study of the products of ferritization processing of galvanic waste: sludge and spent process solutions is carried out. As a result of experiments on dynamic leaching of heavy metal ions, the immobilization properties of the sludge, obtained at different process parameters of ferritization are determined. It is shown that the level of immobilization of heavy metals in ferrite sludge after leaching is 99.96 wt % and in the sludge of traditional wastewater neutralization <97.83 wt %. The studies determine the possibility of reliable utilization of ferritized galvanic waste – introduction into the charge to produce alkaline cements. It is found that the main crystalline phases in the structure of alkaline cements with ferrite sludge are calcite, quartz and heavy metal ferrites. In addition, jelly-like formations are found, which are further capable of crystallization. Such formations reliably bind heavy metals in the chemical structure of cement. It is found that when using up to 10 wt % of ferrite sludge in the total weight of cement, the compressive strength of artificial stone reaches 40 MPa, which meets the requirements of the current standard. The chemical stability of the alkali cement matrix using ferrite sludge is confirmed by the study of leaching of heavy metals for one day in neutral, alkaline and acidic media. It is shown that the degree of immobilization of heavy metal ions in cement with a ferrite sludge content of 30 wt % is >99.98 %. In addition, the concentrations of heavy metal ions during leaching meet the national and international standards for their MPC in drinking water and soil. This approach will allow solving the problem of utilization of hazardous galvanic waste and production of general construction materialsПроведено исследование продуктов ферритизационной переработки гальванических отходов: шламов и отработанных технологических растворов. В результате экспериментов с динамического выщелачивания ионов тяжелых металлов определены иммобилизационные свойства осадков, полученных при различных технологических параметрах процесса ферритизации. Показано, что уровень иммобилизации тяжелых металлов в ферритных осадках после выщелачивания составляет 99,96 % масс., а в осадках традиционной нейтрализации сточных вод <97,83 % масс. Проведенные исследования определяют возможность надежной утилизации ферритизованных гальванических отходов ‒ их введения в шихту для получения щелочных цементов. Установлено, что основными кристаллическими фазами в структуре щелочных цементов с ферритными осадками является кальцит, кварц и ферриты тяжелых металлов. Кроме того, обнаружены желеобразные новообразования, которые в дальнейшем способны к кристаллизации. Такие новообразования надежно связывают тяжелые металлы в химической структуре цемента. Установлено, что при использовании до 10 % масс. ферритных осадков в общей массе цемента прочность при сжатии искусственного камня достигает 40 МПа, что соответствует требованиям действующего стандарта. Химическую устойчивость матрицы щелочных цементов с использованием ферритных осадков подтверждено исследованием выщелачивания тяжелых металлов в течение одних суток в нейтральном, щелочной и кислой средах. Показано, что степень иммобилизации ионов тяжелых металлов в цементе с содержанием ферритного осадка 30 % масс. составляет >99,98 %. Кроме того, концентрации ионов тяжелых металлов при выщелачивании соответствуют требованиям отечественным и международным стандартам, по их ПДК в воде и почве. Применение такого подхода позволит решить вопрос утилизации опасных гальванических отходов и получения материалов общестроительного назначения.Проведено дослідження продуктів феритизаційної переробки гальванічних відходів: шламів і відпрацьованих технологічних розчинів. В результаті експериментів з динамічного вилуговування іонів важких металів визначено іммобілізаційні властивості осадів, які отримані при різних технологічних параметрах процесу феритизації. Показано, що рівень іммобілізації важких металів у феритних осадах після вилуговування становить 99,96 % мас., а в осадах традиційної нейтралізації стічних вод <97,83 % мас. Проведені дослідження визначають можливість надійної утилізації феритизованих гальванічних відходів – їх введення в шихту для отримання лужних цементів. Встановлено, що основними кристалічними фазами в структурі лужних цементів із феритними осадами є кальцит, кварц і ферити важких металів. Крім того, виявлені желеподібні новоутворення, які у подальшому здатні до кристалізації. Такі новоутворення надійно зв’язують важки метали в хімічній структурі цементу. Встановлено, що при використанні до 10 % мас. феритних осадів в загальній масі цементу, міцність при стиску штучного каменю сягає 40 МПа, що відповідає вимогам діючого стандарту. Хімічну стійкість матриці лужних цементів з використанням феритних осадів підтверджено дослідженням вилуговування важких металів протягом однієї доби в нейтральному, лужному та кислому середовищах. Показано, що ступінь іммобілізації іонів важких металів в цементі із вмістом феритного осаду 30 % мас. становить >99,98 %. Крім того, концентрації іонів важких металів при вилуговуванні відповідають вимогам вітчизняним і міжнародних стандартів, щодо їх ГДК в питній воді та ґрунті. Застосування такого підходу дозволить розв’язати питання утилізації небезпечних гальванічних відходів та отримання матеріалів загальнобудівельного призначення

Визначення впливу рН реакційної суміші на процес феритизації з електромагнітною імпульсною активацією на переробку гальванічних шламів

This paper considers prospects for increasing the level of environmental safety of industrial enterprises as a result of the implementation of resource-saving technology of processing galvanic sludge using the ferritization method. The effectiveness of the use of electromagnetic pulse discharges for resource-saving activation of the ferritization process with the extraction of heavy metal ions from sludge (Fe, Ni, Cu, Zn) has been confirmed. The influence of key parameters of the process such as the pH value of the reaction mixture and the initial concentrations of metals in the solution on the quality of processing galvanic sludge by ferritization has been experimentally investigated. It was determined that with an increase in the pH value from 8.5 to 10.5 the residual concentrations of metal ions decrease to the values of 0.1÷0.25 mg/dm3 regardless of the total initial concentrations. It has been established that the technique of electromagnetic pulse activation ensures an adequate degree of extraction of metal ions of 99.9 %; it also has indisputable energy advantages compared to the thermal method: energy costs are reduced by more than 60 %. That indicates the suitability of purified water for reuse in galvanic production in terms of the requirements for the content of heavy metal ions in it. In addition, the structural studies of ferritization sediment samples have been carried out. The sediment is characterized by the maximum content of crystalline ferromagnetic phases of ferrite. It was established that an increase in the pH of the initial reaction mixture leads to an increase in the ferrite phase in sedimentation: at pH=10.5, phases were detected, which are characterized by a maximum ferrite content (exceeding 76 %). The proposed resource-saving ferritization process prevents environmental pollution, ensures efficient and rational utilization of raw materials and energy in the industry; it also makes it possible to obtain commodity products from industrial waste.Рассмотрены перспективы повышения уровня экологической безопасности промышленных предприятий в результате реализации ресурсосберегающей технологии переработки гальванических шламов с использованием метода ферритизации. Подтверждена эффективность применения электромагнитных импульсных разрядов для проведения ресурсосберегающей активации процесса ферритизации с изъятием из шламов ионов тяжелых металлов (Fe, Ni, Cu, Zn). Экспериментально исследовано влияние ключевых параметров −  величины рН реакционной смеси и исходных концентраций металлов в растворе на качество переработки гальванических шламов методом ферритизации. Определено, что при увеличении величины рН от 8,5 до 10,5 конечное содержание ионов металлов снижается до значений 0,1÷0,25 мг/дм3 независимо от суммарных исходных концентраций. Установлено, что способ электромагнитной импульсной активации обеспечивает необходимый уровень извлечения ионов металлов – 99,9 %, а также имеет неоспоримые энергетические преимущества по сравнению с термическим методом: энергозатраты снижаются более чем на 60 %. Это свидетельствует о пригодности очищенной воды для повторного использования на гальваническом производстве с учетом требований к содержанию в ней ионов тяжелых металлов. Также, выполнены структурные исследования образцов осадков ферритизации. Осадки характеризуются максимальным содержанием кристаллических ферромагнитных фаз ферритов. Установлено, что повышение величины рН исходной реакционной смеси приводит к увеличению ферритной фазы в осадках: при рН=10,5 обнаружены фазы, характеризующиеся максимальным содержанием ферритов (более 76 %). Предложенный ресурсосберегающий процесс ферритизации предотвращает загрязнение окружающей среды, обеспечивает эффективное и рациональное использование сырья и энергии в промышленности, а также позволяет получить товарные продукты из отходов производстваРозглянуто перспективи підвищення рівня екологічної безпеки промислових підприємств в результаті реалізації ресурсозберігаючої технології переробки гальванічних шламів з використанням методу феритизації. Підтверджено ефективність застосування електромагнітних імпульсних розрядів для проведення ресурсоощадної активації процесу феритизації із вилученням з шламів іонів важких металів (Fe, Ni, Cu, Zn). Експериментально досліджено вплив ключових параметрів процесу – величини рН реакційної суміші та вихідних концентрацій металів в розчині на якість переробки гальванічних шламів феритизацією. Визначено, що при збільшенні величини рН від 8,5 до 10,5 залишкові концентрації іонів металів знижується до значень 0,1÷0,25 мг/дм3 незалежно від сумарних вихідних концентрацій. Встановлено, що спосіб електромагнітної імпульсної активації забезпечує належний ступінь вилучення іонів металів – 99,9 %, а також має незаперечні енергетичні переваги в порівнянні з термічним методом: енергозатрати знижуються більш ніж на 60 %. Це свідчить про придатність очищеної води для повторного використання на гальванічному виробництві з огляду на вимоги до вмісту в ній іонів важких металів. Також, виконано структурні дослідження зразків осадів феритизації. Осади характеризуються максимальним вмістом кристалічних феромагнітних фаз феритів. Встановлено, що підвищення величини рН вихідної реакційної суміші призводить до збільшення феритної фази в осадах: при рН=10,5 виявлені фази, які характеризуються максимальним вмістом феритів (понад 76 %). Запропонований ресурсозберігаючий процес феритизації запобігає забрудненню навколишнього середовища, забезпечує ефективне і раціональне використання сировини та енергії в промисловості, а також дозволяє отримати товарні продукти з відходів виробництв

Вдосконалення розрахунку збірних перфорованих трубопроводів для очисних споруд

This paper reports the results of the experimental and theoretical studies of the characteristics of perforated pipelines, which are used to collect and dispose water from capacitive treatment structures of water supply and sewerage systems. The value and nature of the change in the flow rate through the perforation holes µcol lengthwise a pipeline have been examined depending on the design characteristics of the perforated pipes and parameters of a fluid flow in the pipeline. Measurements were carried out at a specially assembled experimental bench. The experiments determined the nature of changes in the flow rate value, as well as in the piezometric line along the collector. The obtained data showed that the flow rate factor µcol varies along the length of the collecting channel. Its value depends on the ratio of the velocity of the fluid jets that enter the pipe to the average velocity in the examined cross-section (Uh/V). In this case, this ratio also changes along the path; it has a maximum value at the beginning of the pipe and a minimum value at its end. The variable flow rate factor of perforation holes, on the contrary, had a minimum at the beginning and a maximum at the end of the collector. The result of the analysis of initial equations and the findings based on experimental data has shown that calculations may assume, without a significant error, the flow rate factor value of perforation holes µcol to be constant lengthwise the collector. The impact of the transit flow rate on the value of this coefficient has also been estimated. It is shown that the increase in transit leads to a certain increase in the flow rate factor, which is averaged for the entire collector. The paper proposes empirical dependences that are convenient to use in order to calculate the flow rate factor, both variable and constant, for the case of the presence and absence of transit in the head drainage channelПредставлены результаты экспериментальных и теоретических исследований характеристик перфорированных трубопроводов, которые используются при сборе и отводе воды из емкостных очистных сооружений систем водоснабжения и водоотведения. Исследовалась величина и характер изменения коэффициента расхода отверстий перфорации μсб по длине трубопровода в зависимости от конструктивных характеристик перфорированных труб и параметров потока жидкости в трубопроводе. Измерения проводились на специально смонтированном экспериментальном стенде. В опытах определялся характер изменения величины расхода и пьезометрической линии вдоль сборника. Полученные данные показали, что коэффициент расхода μсб является переменным по длине сборного канала. Его величина зависит от соотношения скорости струек жидкости, которые втекают в трубу, к средней скорости потока в рассматриваемом сечении (Uо/V). При этом данное соотношение также изменяется по длине сборника, имело максимальное значение в начале трубы и минимальное в ее конце. Переменный по величине коэффициент расхода отверстий перфорации наоборот, имел минимум в начале и максимум в конце сборника. В результате анализа исходных уравнений и результатов экспериментальных данных показано, что в расчетах без существенной погрешности можно принимать значения коэффициента расхода отверстий перфорации μсб постоянным по длине сборника. Также оценено влияние транзитного расхода на величину этого коэффициента. Показано, что увеличение транзита приводит к некоторому увеличению среднего для всего сборника коэффициента расхода. Предложены удобные для использования эмпирические зависимости для расчета переменного и постоянного по величине коэффициента расхода для случая присутствия или отсутствия транзита в напорном водоотводящем каналеПредставлені результати експериментальних і теоретичних досліджень характеристик перфорованих трубопроводів, які застосовуються при зборі і відводі води з ємнісних очисних споруд систем водопостачання та водовідведення. Досліджувалась величина і характер зміни коефіцієнта витрати отворів перфорації μзб за довжиною трубопроводу в залежності від конструктивних характеристик перфорованих труб і параметрів потоку рідини в трубопроводі. Вимірювання проводились на спеціально змонтованому експериментальному стенді. В дослідах визначався характер зміни величини витрати і п’єзометричної лінії вздовж збірника. Отримані дані показали, що коефіцієнт витрати µзб є змінним за довжиною збірного каналу. Його величина залежить від співвідношення швидкості струминок рідини, які втікають в трубу, до середньої швидкості потоку в перерізі, що розглядається (Uо/V). При цьому дане співвідношення також змінюється вздовж шляху, воно має максимальне значення на початку труби і мінімальне в її кінці. Змінний за величиною коефіцієнт витрати отворів перфорації навпаки, мав мінімум на початку і максимум в кінці збірника. В результаті аналізу вихідних рівнянь і результатів експериментальних даних показано, що в розрахунках без суттєвої похибки можна приймати значення коефіцієнта витрати отворів перфорації μзб постійним за довжиною збірника. Також оцінено вплив транзитної витрати на величину цього коефіцієнта. Показано, що збільшення транзиту призводить до певного збільшення середнього для всього збірника коефіцієнта витрати. Запропоновані зручні для використання емпіричні залежності для розрахунку змінного і постійного за величиною коефіцієнта витрати для випадку наявності і відсутності транзиту в напірному водовідвідному канал

Встановлення раціональних параметрів переробки відпрацьованих травильних розчинів феритизацією з використанням змінних магнітних полів

This paper reports the results of studying the application of a ferritization method for the integrated purification of used etching solutions. A feature of this work is the use of energy-saving activation of the process by alternating magnetic fields. Its advantages are shown in comparison with traditional thermal activation. The influence of magnetic induction amplitude and key technological parameters of ferritization on the quality of cleaning an etching solution has been studied. The qualitative and quantitative composition of sediments obtained after the ferritization of etching solutions was investigated. Used etching solutions are large-tonnage waste of industrial enterprises. They contain harmful pollutants that have a detrimental effect on the environment. It is promising to treat these solutions in order to obtain valuable commodity products. It is established that with an optimal value of magnetic induction amplitude of 0.1 Tl, the degree of extraction of iron ions from the solution reaches a value of 99.99 %. The best values for the main technological parameters of the process have been determined: the concentration of iron ions in the reaction mixture is 6.6 g/dm3; pH, 11.5; the duration of ferritization is 15 min. The residual concentration of iron ions in purified solutions does not exceed 0.3 mg/dm3. Thus, according to the norms of current standards, they can be reused in production. Comparative analysis indicates the advantages of electromagnetic activation of the reaction mixture. The phases of magnetite Fe3O4 and iron monohydrate δ ‒ FeOОН were detected by the method of X-ray phase analysis in ferritization sediments. It is established that with an amplitude of 0.1 Tl, the sediment contains only magnetite. The study's results indicate the possibility of further use of sediments for the manufacture of important ferromagnetic substances. The application of the improved ferritization process in production will achieve less energy consumption compared to well-known processing technologiesПредставлені результати досліджень із застосування методу феритизації для комплексної очистки відпрацьованих травильних розчинів. Особливістю роботи є використання енергоощадної активації процесу змінними магнітними полями. Показані її переваги порівнянні з традиційною термічною активацію. Вивчено вплив амплітуди магнітної індукції та ключових технологічних параметрів феритизації на якість очищення травильного розчину. Досліджено якісний і кількісний склад осадів, отриманих після феритизації травильних розчинів. Відпрацьовані травильні розчини є великотоннажними відходами промислових підприємств. Вони містять шкідливі забруднення, які згубно впливають на довкілля. Перспективною є переробка цих розчинів з отриманням цінних товарних продуктів. Встановлено, що при оптимальному значенні амплітуди магнітної індукції 0,1 Тл ступінь вилучення іонів феруму із розчину сягає значення 99,99 %. Визначені найкращі значення основних технологічних параметрів процесу: концентрації іонів феруму в реакційній суміші 6,6 г/дм3; рН 11,5; тривалості феритизації 15 хв. Залишкова концентрація іонів феруму в очищених розчинах не перевищує 0,3 мг/дм3. Отже, згідно норм діючих стандартів, їх можна повторно використовувати на виробництві. Порівняльний аналіз свідчить про переваги електромагнітної активації реакційної суміші. Методом рентгенофазового аналізу в осадах феритизації виявлені фази магнетиту Fe3O4 та моногідрата феруму δ – FeOОН. Встановлено, що при амплітуді 0,1 Тл осад містить тільки магнетит. Результати дослідження свідчать про можливість подальшого використання осадів для виготовлення важливих феромагнітних речовин. Використання удосконаленого феритизаційного процесу на виробництві дозволить досягнути менших енерговитрат в порівнянні з відомими технологіями переробк

Розробка технології утилізації відходів очищення промислових вод гальванічних виробництв методом феритизації у лужноактивованих матеріалах

The study reported in this paper reveals the effective way of recycling water treatment products by using them as a component of alkaline cements and concretes based on them. Large-scale utilization of products from waste water purification in the composition of building materials has traditionally been limited given that heavy metal compounds are included in the composition of waste. Materials that are created using such a waste are traditionally considered to be dangerous for human health and the environment. Application of alkaline cements as matrices for binding these wastes and related products makes it possible to solve the task on reliable binding of heavy metals. It was experimentally determined that the main crystalline phases are calcite, quartz, hematite, coesite, and diopside. Also defined is the presence of gelatinous neo formations that are capable of subsequent recrystallization into zeolite-like structures. Such a composition of neo formations provides the involvement of heavy metal ions into the structure of the received material. Compressive strength of alkaline-activated systems that employ water treatment products (industrial wastes of galvanic production) reaches 40 MPa in standard mortars. Application of the developed cements in concretes makes it possible to achieve the strength of 45 MPa without changing the technological process of concrete preparation. The leaching of heavy metals from the matrix of alkaline cements was studied following the aging of up to 28 days by using atomic absorption spectroscopy. The study performed has shown that the alkaline cement matrix is characterized by high immobilizing properties relative to the heavy metal compounds (the level of immobilization of heavy metals ions is up to 99 %) and allows the use of industrial waste water purification products in the composition of alkaline cements and concretes based on them. Application of such an approach will not only solve the environmental problems related to disposing of hazardous products from water treatment, but would also make it possible to obtain building materials for general purposes with high operational propertiesПредставленные исследования раскрывают эффективный путь утилизации продуктов водоочистки – использование их в качестве компонента щелочных цементов и бетонов на их основе. Масштабное использование отходов очистки промышленных стоков в составе строительных материалов традиционно ограничено ввиду содержания соединений тяжелых металлов в составе отхода. Материалы, созданные с использованием таких отходов, традиционно считаются несущими опасность для здоровья человека и окружающей среды. Использование именно щелочных цементов как матриц для связывания указанных отходов и сопутствующих продуктов позволяет решать проблему надежного связывания тяжелых металлов. Экспериментально установлено, что основными кристаллическими фазами являются кальцит, кварц, коэцит, гематит и диопсит. Также определено присутствие гелеобразных новообразований, которые в дальнейшем способны к рекристаллизации в цеолитоподобные структуры. Такой состав новообразований обеспечивает вовлечение ионов тяжелых металлов в структуру полученного материала. Прочность при сжатии щелочеактивированных систем с использованием продуктов водоочистки (промышленных стоков гальванических производств) достигает 40 МПа в стандартных растворах. Использование разработанных цементов в бетонах позволяет достичь прочности 45 МПа без изменения технологического процесса приготовления бетона. Выщелачивание тяжелых металлов из матрицы щелочных цементов было изучено после выдерживания до 28 суток путем использования атомно абсорбционной спектроскопии. В результате исследований было показано, что матрица щелочного цемента характеризуется высокими иммобилизационными свойствами по отношению к соединениям тяжелых металлов (уровень иммобилизации ионов тяжелых металлов до 99 %) и позволяет использовать продукты водоочистки промышленных стоков в составе щелочных цементов и бетонов на их основе. Использование такого похода позволит не только решить экологические проблемы утилизации опасных продуктов водоочистки, но и также позволит получать строительные материалы общестроительного применения, характеризующиеся високими эксплуатационными свойствамиПредставлені дослідження розкривають ефективний шлях утилізації продуктів водоочистки – їх використання у якості частини лужних цементів та бетонів на їх основі. Широке використання відходів очищення промислових стоків у складі будівельних матеріалів традиційно обмежене завдяки вмісту сполук важких металів у складі відходу. Матеріали, що створюються із використанням таких відходів, традиційно вважаються такими, що несуть небезпеку для здоров’я людини та навколишнього середовища. Використання саме лужних цементів як матриць для зв’язування вказаних відходів та супутніх продуктів дозволяє розв’язати проблему надійного зв’язування важких металів. Встановлено, що основними кристалічними фазами є кальцит, кварц, коецит, гематіт та діопсит. Також визначено наявність гелеподібних новоутворень, які у подальшому здатні до рекристалізації у цеолітоподібні фази. Такий склад новоутворень забезпечує залучення іонів важких металів до хімічної структури отриманого матеріалу. Міцність при стиску розроблених лужноактивованих систем із використанням продуктів водоочищення (промислових стоків гальванічних процесів) сягає до 40 МПа у стандартних розчинах. Використання розроблених цементів у бетонах дозволяє сягнути міцності 45 МПа без зміни технологічного процесу виробництва бетону. Вилуговування важких металів з матриці лужних цементів вивчали після витримування до 28 діб шляхом використання атомно абсорбційної спектроскопії. В результаті дослідження було показано, що матриця лужного цементу характеризується високими іммобілізаційними властивостям по відношенню до сполук важких металів (рівень іммобілізації іонів важких металів до 99 %) та дозволяє використовувати продукти очистки промислових стоків у складі лужних цементів та бетонів на їх основі. Застосування такого підходу дозволить не тільки розв’язати питання утилізації небезпечних відходів водоочищення, вирішуючи екологічні проблеми, але й також дозволить отримувати будівельні матеріали загальнобудівельного призначення, що характеризуються високими експлуатаційними властивостям

Розробка енергоощадної електромагнітної імпульсної активації феритизаційної переробки гальванічних відходів

This paper considers the prospect of improving the level of environmental safety of industrial enterprises resulting from the implementation of a resource-saving technology for processing the wastes of galvanic production by a ferritization method using the electromagnetic pulse activation of the process. The influence of different activation techniques of the ferritization process has been experimentally determined: thermal and electromagnetic pulse at stable technological parameters (СΣ=10.41 g/dm3; Z=4/1; рН=10.5; τ=25 min; ʋ=0.15 m3/h) on the degree of extraction of heavy metal ions from galvanic wastes. It has been shown that the best processing indicators were achieved at the following mode characteristics for generating electromagnetic pulse discharges: the amplitude of magnetic induction 0.298 Tl, the frequency of pulses from 0.5 to 10 Hz. Such an activation technique ensures the proper degree of heavy metal ions extraction – 99.97 % enabling the use of purified solutions at an enterprise water circulation system. A structural study has been performed into the phase composition and physical properties of ferritization sediments. The environmentally safe ferritization sediments that were obtained under the thermal and electromagnetic pulse activation techniques are characterized by a high degree of compaction, exceeding 90 %, and the crystalline structure with the maximum content of ferrite phases with magnetic properties. In addition, as shown by experiments on heavy metal leaching, these sediments are characterized by a high degree of their immobilization, which reaches 99.96 %, in contrast to galvanic sludge from the neutralization of wastewater, <97.83 %. The method of electromagnetic pulse activation also has the undeniable energy advantages compared to the high-temperature one: energy costs are reduced by more than 42 %. The proposed process for galvanic waste processing by the improved method of ferritization prevents pollution of the environment, ensures efficient and rational use of water, raw materials, and energy in the system of galvanic productionРассматривается перспектива повышения уровня экологической безопасности промышленных предприятий в результате реализации ресурсосберегающей технологии переработки отходов гальванических производств методом ферритизации с электромагнитной импульсной активацией процесса. Экспериментально определено влияние различных способов активации процесса феритизации: термического и электромагнитного импульсного при постоянных технологических параметрах (СΣ=10,41 г/дм3; Z=4/1; рН=10,5; τ=25 мин; ʋ=0,15 м3/ч) на степень извлечения ионов тяжелых металлов из гальванических отходов. Показано, что лучшие показатели переработки были достигнуты при следующих режимных характеристик генерации электромагнитных импульсных разрядов: амплитуде магнитной индукции 0,298 Тл, частоте импульсов от 0,5 до 10 Гц. Таким способ активации обеспечивает надлежащий степень извлечения ионов тяжелых металлов – 99,97 % для использования очищенных растворов в оборотной системе водоснабжения предприятия. Выполнены структурные исследования фазового состава и физических свойств осадков ферритизации. Экологически безопасные ферритизационные осадки, полученные термическим и электромагнитным импульсным способами активации характеризуются високим ступенем уплотнения более 90 %, кристаллической структурой с максимальным содержанием ферритных фаз с магнитными свойствами.Кроме того, как показали эксперименты по выщелачиванию тяжелых металлов, эти осадки характеризуются высокой степенью их иммобилизации, который достигает 99,96 %, в отличие от гальванических шламов нейтрализации сточных вод <97,83 %. Метод электромагнитной импульсной активации имеет и неоспоримые энергетические преимущества по сравнению с высокотемпературным: энергозатраты снижаются более чем на 42 %. Предложенный процесс переработки гальванических отходов усовершенствованным методом феритизации предотвращает загрязнение окружающей среды, обеспечивает эффективное и рациональное использование воды, сырья и энергии в системе гальванического производстваРозглядається перспектива підвищення рівня екологічної безпеки промислових підприємств в результаті реалізації ресурсозберігаючої технології переробки відходів гальванічних виробництв методом феритизації з електромагнітною імпульсною активацією процесу. Експериментально визначено вплив різних способів активації процесу феритизації: термічного та електромагнітного імпульсного при сталих технологічних параметрах (СΣ=10,41 г/дм3; Z=4/1; рН=10,5; τ=25 хв; ʋ=0,15 м3/год) на ступінь вилучення іонів важких металів з гальванічних відходів. Показано, що найкращі показники переробки були досягнуті при наступних режимних характеристиках генерації електромагнітних імпульсних розрядів: амплітуді магнітної індукції 0,298 Тл, частоті імпульсів від 0,5 до 10 Гц. Такий спосіб активації забезпечує належний ступінь вилучення іонів важких металів – 99,97 % для використання очищених розчинів в оборотній системі водопостачання підприємства. Виконано структурні дослідження фазового складу і фізичних властивостей осадів феритизації. Екологічно безпечні феритизаційні осади, які отримані при термічному і електромагнітному імпульсному способах активації характеризуються високим ступенем ущільнення більш ніж 90 %, кристалічною структурою з максимальним вмістом феритних фаз з магнітними властивостями. Крім того, як показали експерименти з вилуговування важких металів, ці осади характеризуються високим ступенем їх іммобілізації, який сягає 99,96 %, на відміну від гальванічних шламів нейтралізації стічних вод <97,83 %. Метод електромагнітної імпульсної активації має і незаперечні енергетичні переваги в порівнянні з високотемпературним: енергозатрати знижуються більш ніж на 42 %. Запропонований процес переробки гальванічних відходів удосконаленим методом феритизації запобігає забрудненню навколишнього середовища, забезпечує ефективне і раціональне використання води, сировини та енергії в системі гальванічного виробництв

Розробка енергоощадної електромагнітної імпульсної активації феритизаційної переробки гальванічних відходів

This paper considers the prospect of improving the level of environmental safety of industrial enterprises resulting from the implementation of a resource-saving technology for processing the wastes of galvanic production by a ferritization method using the electromagnetic pulse activation of the process. The influence of different activation techniques of the ferritization process has been experimentally determined: thermal and electromagnetic pulse at stable technological parameters (СΣ=10.41 g/dm3; Z=4/1; рН=10.5; τ=25 min; ʋ=0.15 m3/h) on the degree of extraction of heavy metal ions from galvanic wastes. It has been shown that the best processing indicators were achieved at the following mode characteristics for generating electromagnetic pulse discharges: the amplitude of magnetic induction 0.298 Tl, the frequency of pulses from 0.5 to 10 Hz. Such an activation technique ensures the proper degree of heavy metal ions extraction – 99.97 % enabling the use of purified solutions at an enterprise water circulation system. A structural study has been performed into the phase composition and physical properties of ferritization sediments. The environmentally safe ferritization sediments that were obtained under the thermal and electromagnetic pulse activation techniques are characterized by a high degree of compaction, exceeding 90 %, and the crystalline structure with the maximum content of ferrite phases with magnetic properties. In addition, as shown by experiments on heavy metal leaching, these sediments are characterized by a high degree of their immobilization, which reaches 99.96 %, in contrast to galvanic sludge from the neutralization of wastewater, <97.83 %. The method of electromagnetic pulse activation also has the undeniable energy advantages compared to the high-temperature one: energy costs are reduced by more than 42 %. The proposed process for galvanic waste processing by the improved method of ferritization prevents pollution of the environment, ensures efficient and rational use of water, raw materials, and energy in the system of galvanic productionРассматривается перспектива повышения уровня экологической безопасности промышленных предприятий в результате реализации ресурсосберегающей технологии переработки отходов гальванических производств методом ферритизации с электромагнитной импульсной активацией процесса. Экспериментально определено влияние различных способов активации процесса феритизации: термического и электромагнитного импульсного при постоянных технологических параметрах (СΣ=10,41 г/дм3; Z=4/1; рН=10,5; τ=25 мин; ʋ=0,15 м3/ч) на степень извлечения ионов тяжелых металлов из гальванических отходов. Показано, что лучшие показатели переработки были достигнуты при следующих режимных характеристик генерации электромагнитных импульсных разрядов: амплитуде магнитной индукции 0,298 Тл, частоте импульсов от 0,5 до 10 Гц. Таким способ активации обеспечивает надлежащий степень извлечения ионов тяжелых металлов – 99,97 % для использования очищенных растворов в оборотной системе водоснабжения предприятия. Выполнены структурные исследования фазового состава и физических свойств осадков ферритизации. Экологически безопасные ферритизационные осадки, полученные термическим и электромагнитным импульсным способами активации характеризуются високим ступенем уплотнения более 90 %, кристаллической структурой с максимальным содержанием ферритных фаз с магнитными свойствами.Кроме того, как показали эксперименты по выщелачиванию тяжелых металлов, эти осадки характеризуются высокой степенью их иммобилизации, который достигает 99,96 %, в отличие от гальванических шламов нейтрализации сточных вод <97,83 %. Метод электромагнитной импульсной активации имеет и неоспоримые энергетические преимущества по сравнению с высокотемпературным: энергозатраты снижаются более чем на 42 %. Предложенный процесс переработки гальванических отходов усовершенствованным методом феритизации предотвращает загрязнение окружающей среды, обеспечивает эффективное и рациональное использование воды, сырья и энергии в системе гальванического производстваРозглядається перспектива підвищення рівня екологічної безпеки промислових підприємств в результаті реалізації ресурсозберігаючої технології переробки відходів гальванічних виробництв методом феритизації з електромагнітною імпульсною активацією процесу. Експериментально визначено вплив різних способів активації процесу феритизації: термічного та електромагнітного імпульсного при сталих технологічних параметрах (СΣ=10,41 г/дм3; Z=4/1; рН=10,5; τ=25 хв; ʋ=0,15 м3/год) на ступінь вилучення іонів важких металів з гальванічних відходів. Показано, що найкращі показники переробки були досягнуті при наступних режимних характеристиках генерації електромагнітних імпульсних розрядів: амплітуді магнітної індукції 0,298 Тл, частоті імпульсів від 0,5 до 10 Гц. Такий спосіб активації забезпечує належний ступінь вилучення іонів важких металів – 99,97 % для використання очищених розчинів в оборотній системі водопостачання підприємства. Виконано структурні дослідження фазового складу і фізичних властивостей осадів феритизації. Екологічно безпечні феритизаційні осади, які отримані при термічному і електромагнітному імпульсному способах активації характеризуються високим ступенем ущільнення більш ніж 90 %, кристалічною структурою з максимальним вмістом феритних фаз з магнітними властивостями. Крім того, як показали експерименти з вилуговування важких металів, ці осади характеризуються високим ступенем їх іммобілізації, який сягає 99,96 %, на відміну від гальванічних шламів нейтралізації стічних вод <97,83 %. Метод електромагнітної імпульсної активації має і незаперечні енергетичні переваги в порівнянні з високотемпературним: енергозатрати знижуються більш ніж на 42 %. Запропонований процес переробки гальванічних відходів удосконаленим методом феритизації запобігає забрудненню навколишнього середовища, забезпечує ефективне і раціональне використання води, сировини та енергії в системі гальванічного виробництв

Розробка технології утилізації продуктів очистки промислових стоків методом феритизації у матриці лужних цементів

The object of research is liquid and solid wastes resulting from the processing of highly concentrated wastewater from industrial enterprises using the ferritization method. It is known that galvanic production creates large volumes of highly toxic waste requiring further processing or safe disposal. One of the most problematic places is the use of traditional reagent methods that do not provide high rates of treated water and chemical stability of a significant amount of solid-phase waste water.The use of ferritization technology allows eliminating the indicated disadvantages and increasing the efficiency of the industrial wastewater treatment process. In the course of the study, improved ferritization method with electromagnetic activation of the process is used, which can significantly increase its energy efficiency. However, dense and stable ferritization sediments that contain toxic compounds of heavy metals need reliable disposal. But even with proper treatment of wastewater from heavy metal compounds, they contain a large amount of other pollutants, making it impossible to discharge such water into natural water bodies, in particular, because of its increased alkalinity. Environmentally safe use of such substandard products in solid and liquid state as components of building materials is developed. The most effective cementing materials with reliable immobilization of industrial waste compounds are alkaline binders. The performance properties of such modified alkaline cements and concretes based on them are obtained. The leaching of heavy metal ions from the matrix of the material is investigated and their reliable fixation in the structure of alkaline cements is proved. Due to this, immobilization of water treatment products in alkaline cements and concretes based on them does not degrade the performance of their properties and at the same time provides the advantages of such waste disposal.Compared with similar known technologies, a completely waste-free complex treatment of industrial wastes of electroplating plants of industrial enterprises is developed.Объектом исследований являются жидкие и твердые отходы, которые получены в результате переработки высококонцентрированных сточных вод промышленных предприятий методом ферритизации. Известно, что гальванические производства производят большие объемы высокотоксичных отходов, которые требуют дальнейшей переработки или безопасного захоронения. Одним из наиболее проблемных мест является использование традиционных реагентных методов, которые не обеспечивают высокие показатели очищенной воды и химической стойкости значительного количества твердофазовых отходов водоочистки.Использование ферритизационной технологии позволяет избежать указанных недостатков и улучшить эффективность процесса переработки сточных вод. В ходе исследований использовали усовершенствованный авторами метод ферритизации с электромагнитной активацией процесса, который позволяет существенно повысить его эффективность. Однако плотные и стойкие осадки ферритизации, которые содержат токсичные соединения тяжелых металлов, требуют надежной утилизации. Но даже при надлежащей очистке сточных вод от соединений тяжелых металлов они содержат большое количество других загрязнителей, что делает невозможным сброс такой воды в природные водоемы, в частности, ввиду ее повышенной щелочности. Разработана экологически безопасная технология использования таких некондиционных продуктов в твердом и жидком состоянии как компонентов строительных материалов. Наиболее эффективными цементирующими материалами с надежной иммобилизацией соединений тяжелых металлов являются щелочные вяжущие вещества. В работе получены эксплуатационные свойства таких модифицированных щелочных цементов и бетонов на их основе. Исследовано выщелачивание ионов тяжелых металлов из матрицы материала и доказана их надежная фиксация в структуре щелочных цементов. Благодаря этому иммобилизация продуктов водоочистки в щелочных цементах и бетонах на их основе не ухудшает показатели их эксплуатационных свойств и при этом обеспечивает преимущества такой утилизации отходов.В сравнении с аналогичными известными технологиями разработана полностью безотходная технология комплексной очистки промышленных стоков гальванических производств промышленных предприятий.Об'єктом дослідження є рідкі та тверді відходи, які отримані в результаті переробки висококонцентрованих стічних вод промислових підприємств методом феритизації. Відомо, що гальванічні виробництва створюють великі об’єми високотоксичних відходів, які потребують подальшої переробки або безпечного захоронення. Одним з найбільш проблемних місць є застосування традиційних реагентних методів, які не забезпечують високих показників очищеної води та хімічної стійкості значної кількості твердофазних відходів водоочищення.Використання феритизаційної технології дозволяє усунути зазначені недоліки та покращити ефективність процесу переробки промислових стічних вод. В ході дослідження використовувалися удосконалений авторами метод феритизації із електромагнітною активацією процесу, що дозволяє суттєво підвищити його енергоефективність. Проте щільні і стійкі осади феритизації, які містять токсичні сполуки важких металів, потребують надійної утилізації. Але навіть при належному очищенні стічних вод від сполук важких металів, вони містять велику кількість інших забруднювачів, що унеможливлює скидання такої води у природні водойми, зокрема, через її підвищену лужність. Розроблено екологічно безпечне використання таких некондиційних продуктів у твердому та рідкому стані як компонентів будівельних матеріалів. Найбільш ефективними цементуючими матеріалами із надійною іммобілізацію сполук промислових відходів є лужні в’яжучі речовини. В роботі отримані експлуатаційні властивості таких модифікованих лужних цементів та бетонів на їх основі. Досліджено вилуговування іонів важких металів із матриці матеріалу та доведено їх надійну фіксацію у структурі лужних цементів. Завдяки цьому іммобілізація продуктів водоочищення в лужних цементах та бетонах на їх основі не погіршує показники їх експлуатаційних властивостей і при цьому забезпечує переваги такої утилізації відходів.У порівнянні з аналогічними відомими технологіями розроблено повністю безвідходну комплексну очистку промислових стоків гальванічних виробництв промислових підприємств