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 для 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.

Таблица1 Сравнение вариантов блоков ультрафильтрации

Оборудование и параметры

Классический

Комбинированный

Тип мембран:

 

 

1-я ступень

Трубчатая 5мм

Полоболоконная, 1.5 мм

2-я ступень

-

Трубчатая 5мм

Площадь ФП, м2

1-я ступень

60

60

2-я ступень

-

5

Энергозатраты, кВт

40

5

Ориентировочная

стоимость блока УФ, евро

24000

5000

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.

Таблица 2, концентрации в мг/л

Показатели

В ИСХОДНЫХ СТОКАХ

В очищенном растворе

рН

9,5-10,5

6.5-8,5

Взвешенные вещества

До 200

Менее 0,2

Сухой остаток

До 500

Менее 50

Хлориды

До 150

Менее 35

Сульфаты

До 150

Менее 10

Железо

До 4

Менее 0,1

Кремний

До 25

Менее 0,1

Оксид кремния

До 0,1

Менее 0,1

Нефтепродукты

До 150

Менее 0,5

ПАВ

До 200

Менее 0,4

Мутность

До 50

Менее 1,5

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.
(c) 2010 НПК "Медиана - фильтр"
Все права защищены.