МЕМБРАННЫЕ СПОСОБЫ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД

Использование мембранных способов в практике очистки сточных вод пока получило ограниченное применение из-за необходимости достаточно глубокой предварительной очистки воды, подаваемой на мембрану, а также в связи с дороговизной применяемого оборудования. Однако может сложиться ситуация, когда требуются глубокая доочистка и обессоливание сточной воды перед сбросом или при ее использовании в оборотном цикле.

В таких случаях могут применяться следующие типы мембранной очистки сточных вод: микрофильтрация, ультрафильтрация, нанофильтрация, обратный осмос.

Выбор процесса, применяемого в заданной области разделения смесей, зависит от различных факторов: характера разделяемых веществ, требуемой степени разделения, производительности процесса и его экономической оценки.

Микрофильтрация — процесс мембранного разделения коллоидных растворов и взвесей под действием давления. Размер разделяемых частиц — от 0,1 до 10 мкм. Микрофильтрация — переходный процесс от обычного фильтрования к мембранным методам.

Для микрофильтрации используют мембраны с симметричной микропористой структурой. Размеры пор — от 0,1 до 10 мкм. Мелкие частицы растворенного вещества и растворитель проходят через мембрану, а концентрация задерживаемых частиц возрастает. Поток раствора вдоль разделительной мембраны позволяет удалять концентрированный слой, примеси твердых частиц и других образований, от которых была необходимость освободить раствор и растворитель. Прошедший через мембрану растворитель выносит микровключения, которые направляют на технологические линии для разделения в следующих циклах.

Широко мембранный метод микрофильтрации используют при разделении суспензий, эмульсий и очистке загрязненных механическими примесями промышленных сточных вод, а также при получении стерильных растворов.

При ультрафильтрации происходят разделение, фракционирование и концентрирование растворов. Один из растворов обогащается растворенным веществом, а другой обедняется. Мембраны пропускают растворитель и определенные фракции молекулярных соединений. Движущая сила ультрафильтрации — разность давления по обе стороны мембраны. Эта сила затрачивается на преодоление сил трения и взаимодействия между молекулами жидкой фазы и полимерными молекулами мембраны. Обычно процесс ультрафильтрации проводят при сравнительно низких рабочих давлениях — 0,3-1 МПа.

Эффективность разделения зависит от структуры мембран, скорости течения и концентрации разделяемого раствора, формы, размера и диффузионной способности растворенных молекул.

Недостаток процесса — сильная концентрационная поляризация, т.е. на поверхности мембраны может образовываться плотный осадок — слой геля.

Из всех видов мембранного разделения ультрафильтрация нашла наиболее разнообразное применение. Важное промышленное применение ультрафильтрации — разделение эмульсии масла и воды.

Ультрафильтрация — мембранный процесс очистки воды от взвешенных веществ, крупных органических макромолекул массой более 50 000 Да (дальтон), коллоидных частиц (коллоидные растворы). Установки ультрафильтрации могут быть собраны на основе трубчатых керамических элементов, рулонных элементов и полых волокон. Размер пор УФ-мембран составляет 0,01-0,1 мкм.

Ультрафильтрация позволяет производить очистку сточных вод от примесей нефтепродуктов, когда гидрофобные молекулы углеводородов задерживаются гидрофильными полярными ацетатцеллю- лозными мембранами (АЦМ) с размерами пор, превышающими размеры молекул задерживаемых веществ (рис. 8.22).

Нанофильтрация — мембранный процесс, обеспечивающий удаление из воды многозарядных ионов и молекул размером 0,01—0,001, молекул органических веществ массой более 200 Да и вирусов. Селективность при очистке воды от тяжелых металлов и солей жесткости составляет 98—99%, при удалении однозарядных ионов — порядка 50%.

Ниже приведена селективность нанофильтрационных элементов, %:

Кальций.................................................................................93-95

Магний..................................................................................92-94

Железо (III)...........................................................................98-99

Алюминий.............................................................................95—98

Сульфаты...............................................................................96—98

Фосфаты................................................................................90-95

Бикарбонаты.........................................................................50—60

Силикаты...............................................................................90-95

Хлориды................................................................................40-60

Общий органический углерод....................................................90

ХПК.......................................................................................50-70

ПАВ (анионные и неионогенные).......................................90—95

Цветность (красители)................................................................95

Модуль ультрафильтрации

Рис. 8.22. Модуль ультрафильтрации:

7 — поток разделяемой смеси; 2 — крышка модуля ультрафильтрации; 3 — корпус модуля ультрафильтрации; 4 — полые волокна; 5 — блок-коллектор; 6 — поток концентрата; 7 — поток фильтрата; Л и 6 — варианты подачи и отвода компонентов

разделяемой системы

Нанофильтрация нашла применение в области очистки сточных вод и для организации оборотного водоснабжения, в частности для повторного использования воды в прачечных, после мойки бутылок и т.д., а также для технологий возврата ценного сырья в производство. Нанофильтрация совмещает черты ультрафильтрации и обратного осмоса. С помощью нанофильтрации можно достичь селективности 90—98%, что ниже обратного осмоса (97—99,5%), однако в ряде случаев такая высокая селективность не требуется, поэтому выгоднее использовать менее энергоемкий процесс нанофильтрации (рабочее давление в 1,5—2 раза ниже).

Установки обратного осмоса обеспечивают возможность очистки воды одновременно от растворимых неорганических (ионных) и органических загрязняющих примесей, высокомолекулярных соединений, взвешенных веществ, вирусов, бактерий и других вредных примесей.

Как правило, обратный осмос применяется в технологических процессах опреснения морской и солоноватой воды, производства сверхчистой воды для фармацевтической, радиоэлектронной и приборостроительной отраслей промышленности, а также при создании систем оборотного водоснабжения предприятий (мембранное концентрирование промывных вод и обессоливание очищенных сточных вод в гальваническом производстве и производстве печатных плат). За границей наиболее широкое распространение в промышленности получили мембранные установки обратного осмоса: Dow Chemical Filmtec, GE Osmonics, Toray, Norit, Inge, Hydranautics и др. В России для сборки установок обратного осмоса (Технопарк РХТУ им. Д.И. Менделеева, ФГУП «Исследовательский центр им. М.В. Келдыша») широкое применение находят как рулонные и половолоконные элементы перечисленных выше производителей, так и отечественные обратноосмотические ацетатцеллюлозные (АЦ) и полиамидные (ПА) полимерные мембраны производства НТЦ «Владипор» (табл. 8.7).

Таблица 8.7

Характеристики мембранных процессов

Мембранный

процесс

Размер пор, мкм

Рабочее

давление,

бар

Мембранные элементы

Материал

Конфигурация

Микрофильтрация

0,2-4,0

< 2

Полипропилен, ПВДФ, лавсан, фторопласт, керамика

Рулонные, полноволоконные, трубчатые

Ультрафильтрация

0,02-0,2

1-10

Полипропилен, акрилонитрил, ПВДФ, поли- сульфон, керамика

Рулонные, половолоконные, трубчатые

Нанофильтрация

0,001-0,01

5-35

Ацетат целлюлозы, ароматические полиамиды (полисульфон), керамика

Рулонные, половолоконные, трубчатые

Обратный

осмос

  • 0,0001—
  • 0,001

10-70

Ацетат целлюлозы, ароматические полиамиды

Рулонные, половолоконные, плоскорамные

Специальные методы очистки сточных вод, в том числе с использованием, например, экстракции, вызывают только познавательный интерес, так как очень редко применяются в практике очистки сточных вод.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >