Исследование процессов очистки загрязненных почв и сточных вод с помощью гидроциклонов и биореакторов

Проект направлен на проведение комплексного исследования процессов очистки загрязненных почв и сточных вод с помощью гидроциклонов и биореакторов с целью увеличения качества очистки и определения оптимальных режимов функционирования гидроциклонов и биореакторов. Основное внимание в проекте уделяется моделированию следующих процессов:

1. протекание биохимических реакций, сопряженное с нестационарным массообменном в гетерогенной системе и разрушением биопленки под влиянием гидродинамических сил;
2. отделение твердой фазы от жидкой и разделение твердой фазы по фракциям с учетом коллективных эффектов взаимодействия частиц в плотных суспензиях;
3. применение полученных результатов к предсказанию производительности биореакторов и характеристик разделения опытных и промышленных гидроциклонов.

При эксплуатации биореакторов, использующих в качестве основного компонента биопленки, которые закреплены на поверхности пористой засыпки, возникают серьезные проблемы неустойчивости процессов, выражаемые в закупоривании межпорового пространства или в срыве и уносе биопленки. Острота этих проблем особенно возрастает при попытке увеличить производительность реактора за счет увеличения скорости прокачки субстрата (очищаемой воды) или увеличения удельной рабочей поверхности реактора, применив зерна сложной перфорированной формы.

При эксплуатации гидроциклонов, центрифуг и декандеров, использующих законы седиментации (или всплывания) частиц в поле массовых сил, возникают серьезные проблемы "ложного" выноса частиц мельчайшей фазы в крупнодисперсный продукт. Это снижает качество классификации, что приводит в ряде случаев к существенному ухудшению продукта технологии. 

Научная новизна подхода заключается в том, что при теоретическом моделировании рассматриваются нестационарные процессы массообмена (например, типичная пространственно-временная перемежаемость потоков в пористой среде) и процессы разрушения биопленки под влиянием гидродинамических сил. При анализе экспериментальных результатов используются методы современного химического анализа. В качестве зерен для организации засыпки используются кольца Рашига с различными характеристиками и зерна со специально произведенной на них перфорацией, значительно увеличивающей удельную поверхность засыпки.

При теоретическом моделировании процесса седиментации учитываются различные коллективные процессы взаимодействия частиц в суспензии, действующие на существенно различающихся пространственных масштабах. Особенно значительно проявляется роль экспериментально открытого и теоретически описанного эффекта увлечения мелких частиц суспензии частицами крупных фракций. Этот эффект и даёт основу появления "ложного" перемещения мелкой фракции в крупнодисперсный продукт.

Проверка полученных теоретических результатов будет осуществляться исследованием процессов с использованием лабораторного оборудования Университета Ерланген-Нюрнберг (Германия).

Основные ожидаемые результаты заключаются в установлении теоретических основ:

1. протекания биохимических реакций в биопленках, образующихся на зернах упаковки в проточном реакторе, проверки результатов теоретического моделирования, выяснении границ устойчивого высокопроизводительного режима работы реактора;
2. описания процессов межфазного разделения в полидисперсных суспензиях, создания основ управления и автоматического регулирования классификационного процесса с целью достижения устойчивых характеристик разделения в лабораторных (в перспективе и промышленных) гидроциклонах.  

Томский государственный университет
Адрес: Россия, 634050, Томск, пр. Ленина, 36
Телефон: (382-2)-529-845
Факс: (382-2)-529-621
Физико-Технический Факультет
Руководитель: Миньков Леонид Леонидович

Источник: Комитет по науке и инновационной политике
Администрации Томской области.