Комплексная система переработки жидких отходов

Статья опубликована в журнале «Экология производства» № 10, 2009

А.А. Пантелеев, А.Р. Сидоров, Б.Е. Рябчиков, С.Ю. Ларионов, ЗАО НПК «Медиана-Фильтр»

Н.И. Казимиров, В.Д Соклаков, СЛ. Шевченко. ОАО «Подольский химико-металлургический завод»

Эффективно утилизировать жидкие отходы можно путём применения комплексных схем, включающих как традиционные, так и мембранные методы очистки сточных вод.

Установка ультрафильтрации

При работе многих производств образуется значительное количество жидких отходов/сточных вод, содержащих взвеси, поверхностно-активные, моющие, неорганические вещества или масла.

К установкам по переработке таких отходов предъявляются требования обеспечения минимального расхода реагентов и образования минимального объёма вторичных отходов (концентратов). Последнее особенно актуально, когда данные отходы под­вергаются дальнейшей переработке или захоронению. Б идеальном слу­чае часть реагентов и воды может бьггь использована вторично.

Мембранные методы позволяют создать систему очистки стоков, работающую при минимальном расходе реагентов и обеспечивающую высокую степень очистки по многим компонентам. Но наиболее перспективны комплексные схемы, в которых используются традиционные методы (отстаивания, флотации, осаждения, коагуляции) совместно с мембранными (микро- и ультрафильтрация, нанофильтрация и обратный осмос). Каждый метод должен быть применён для «своей» операции, на которой он обеспечивает максимальную эффективность.

На Подольском химико- металлургическом заводе (ПХМЗ) в процессе резки и отмывки кремниевых пластин образуется значительное количество сточных вод, содержащих нефтепродукты, смесь поверхностно-активных веществ (ПАВ) неионогенного и анионного типа, взвеси абразивного материала и кремния, соли неорганических веществ. Задача их очистки состояла в получении воды, пригодной для вторичного использования или для сброса в промканализацию, и минимального объёма отходов, пригодных для отверждения, захоронения или использования в других процессах.

Для решения этой сложной задачи специалистами НПК «Медиана- Фильтр» и ОАО ПХМЗ создана промышленная установка, в которой комбинируются традиционные и мембранные методы разделения [1].

Для очистки сточных вод, содержащих нефтепродукты и ПАВ, например СОЖ, часто предлагаются методы, основанные на мембранном разделении. Недостатком таких способов является низкая степень концентрирования при работе в непрерывном режиме или необходимость применения режима периодического концентрирования. Для повышения степени концентрирования предложена новая схема установки ультрафильтрации (УФ), в которой функции очистки основного потока и сокращения объёма вторичного стока разделены [2-4]. На дополнительной ступени концентрирования используется режим с высокой степенью циркуляции раствора, обеспечивающий интенсивное его перемешивание. Это необходимо для снижения влияния концентрационной поляризации при переработке растворов с высокой концентрацией примесей. При этом состав оборудования и тип мембран подбираются оптимальными для выполнения данной операции.

При высоком концентрировании в одну ступень необходимо использовать трубчатые мембраны и интенсивную циркуляцию всего потока очищаемой воды. Это требует больших энергозатрат и набора заданной поверхности фильтрации из дорогостоящих трубчатых модулей. Предлагаемая комбинированная система использует на 1-й ступени половолоконные модули с волокнами диаметром 1,5 мм, имеющие большую рабочую поверхность - 30 м2. На дополнительной ступени концентрирования применяются трубчатые модули с диаметром трубок 5 мм, но со значительно меньшей поверхностью - 5 м2.

Сравнение двух вариантов исполне­ния УФ-установки приведено в табл. 1. Видна существенная разница по экономичности и стоимости.

Схема разработанной установки показана на рис. 1. Стоки поступают в приёмную ёмкость 1, в её нижней части накапливаются твердые частицы, а в верхней - нефтепродукты. ПАВ, имеющиеся в сточных водах, частично коагулируются с нефтепродуктами и накапливаются с ними в верхних слоях. Основная же часть ПАВ в растворённом виде вместе со взвесями и растворёнными солями поступает на очистку в установку ультрафильтрации.

Установка ультрафильтрации состоит из двух блоков: очистки и концентрирования.

УФ-блок очистки 2 производительностью 4 м3/час содержит два модуля на полых волокнах диаметром 1.5 мм фирмы Inge (Германия) с размером пор 150 кДа. Он работает в непрерывном тангенциальном режиме с расходом на циркуляцию 20 м3/час. Концентрирование производится в 20 раз. На мембранах задерживаются практически все нефтепродукты, взвеси и твёрдые вещества. ПАВ, растворённые соли и ничтожное количество низших фракций нефтепродуктов остаются в фильтрате. Фильтрат после системы ультрафильтрации в количестве 3.8 м3/час направляется в бак осветлённой воды 4. Автоматически через определённое время мембраны промываются потоком чистой воды в обратном направлении. Используется также известный принцип импульсной ультрафильтрации воды, описанный в статье [5]. Всё вместе это обеспечивает длительную работу системы очистки сточных вод без химических моек.

Концентрат, содержащий взвеси и нефтепродукты, со скоростью 200 л/ч направляется в ультрафильтрационный блок 2-й ступени (концентрирования) 3 с мембранами типа Norit (Голландия), размерами трубок 5,2 мм и размером пор 30 нм. Этот блок работает в тангенциальном режиме с интенсивным перемешиванием при расходе очищаемого раствора на циркуляцию 20 м3/час. Здесь происходит концентрирование еще в 10 раз и очистка концентрата 1-й ступени от нефтепродуктов. Производительность по концентрату составляет 10-20 л/ч.

Очищенный пермеат после установок ультрафильтрации представляет собой смесь чистых ПАВ и неорганических веществ. Он собирается в буферной ёмкости 4 и подается в модуль обратного осмоса с мембранами BW 30-400. Обессоленный пермеат после установки обратного осмоса при необходимости дочищается на активированном угле и используется в технологическом процессе или сбрасывается.

Установка обеспечивает при стабильной суточной производительности 96 м3 получение 91.2 м3 обессоленной воды, 0.3 м3 концентрата, загрязненного маслами, ПАВ, взвесями, а также 4.5 м3 солевого концентрата, пригодного для дальнейшего отверждения.

При работе не наблюдается снижение производительности обоих модулей ультрафильтрации и установки обратного осмоса.

Качество очистки характеризуют данные табл. 2.

Комбинированная мембранная система обеспечивает очистку стоков, содержащих взвешенные вещества, ПАВ различного состава, нефтепродукты, неорганические вещества. При этом получают менее 0.3 % отходов, направляемых на захоронение, и менее 5% солевых стоков, пригодных для использования в стройиндустрии. Очищенная вода в количестве более 95% возвращается в производство или сбрасывается в промканализацию.

Установка может с успехом применяться для очистки: жидких отходов в микроэлектронике, ливневых стоков, СОЖ, жидких отходов при производстве шампуней, сбросных вод прачечных, жидких радиоактивных отходов.

ЛИТЕРАТУРА

1. Установка для переработки жидких отходов мембранными методами. Пат. РФ на полезную модель № 79710 от 03.06.2008.
2. Рябчиков Б. Е., Свитцов А. А. Установка для переработки жидких радиоактивных отходов //Тез. докладов межд. рабочего семинара «Мембранные беседы - 2006». Мембранные технологии в энергетике. 17-20 окт, 2006 г., Санкт-Петербург. - М„ 2006. С. 36-37,
3. Установка для переработки жидких радиактивных отходов: Пат. РФ на полез­ную модель No 55500 от 10.02.2006.
4. Установка для переработки жидких отходов: Пат. РФ на полезную модель Ns 77097 от 10.10.2008.
5. Духин С. С. и др. Импульсная ультрафильтрация // Химия и технология воды, 1991. Т. 13. No 10. С. 867-880.