автореферат диссертации по строительству, 05.23.04, диссертация на тему:Очистка сточных вод предприятий легкой промышленности с применением установок ультрафильтрации

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИВДМНО-СТРОИТЕДЫШЙ ИНСТИТУТ ИМ. В.В.КУЙЕШЕВА

На лравах рукописи УДК 628, 165; 628, 33

Ноаман Матаниос

ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД ПРЕДПРИЯТИЙ ЛЕГКОЙ ПРОШШЛШНОСТИ С ПРИШШШЕМ УСТАНОВОК УДЬТРАШЬТРАЩИ

(05,23.04 - Бодсснабвение, канализация; строительные системы водных ресурсов)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на ооискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1992 г.

РАБОТА. БШОЛНЕНА Б МОСКОВСКОМ ЖЖЕНЕРНО-ОТРОИТЕЛЬВОМ 1ШОТ1ПУТЕ ИМ. В.В.КУЙБШЕВА

Научный руководитель - кандидат технических.наук, доцент

Емаков Г.Н.

. официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

Б.Н.Решн,' - кандидат технических наук, старший научный сотрудник В.Г.Пономарев

Ведущая организация - ГШ - 7.

Защита диссертация состоится " 16 " июня 1992 года в^часов на заседании! специализированного Совета К 053.11.08 н'МИСИ яме- . ни В.В.Куйбншева.' по адресу: Уосква» Ярославское шоссе, д.26|ауд.|

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке .МИСИ им.В.В.Куй-бышева.

Просим Вас принять;участие в залдате диссертации и направить Ваш отзыв в 2-х экземплярах по адресу: '

129337, г.Москва, Ярославское шоссе, дом 26, Ученый совет.

I . ■

Автореферат разослан "_„" мая 1992 года.

Ученый секретарь специализированного Совета

Кавдвдаг технических наук, доцент

В.А.Орлов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА. РАБОТЫ.

Актуальнооть. Предприятия легкой промышленности является наиболее многочисленным!! среди .превышенных объектов, яв.плкипнхоя источниками загрязнения водоема» труди оокисляемши органическими веществами. Существующие технологические схемы, предусматривающие локальную очистку сточных вод предприятий легкой промышленности в боль-шинотве овеем ие могут обеспечить необходимую степень очистки сточных вод'. При реагентпой обработке этих оточинх вод образуются больше по. обьему труднообрабатываемые осадки, в которых загрязнение накапливаются в высоких концентрациях и находятся в необеэврекениом состоянии. Кроме того, большинство из существующих способов обра-ботки^&деркащих сточных вод являютоя деотрунтиввши и не дают возможности осуществить рекуперацию отпх дефицитных и дорогостоящих препаратов.

В связи о этим возникает необходимость изыскании перспективных способов локальной очистки агочных вод предприятий легкой промиш*-ленности о решением вышеизложенных проблем.

Цель дносертюшониой работы заключается в разработке технологии локально!! очистки внсококонцситрировапних ПАВ содержащих сточных вод предприятий легг.сй промншлениооти о рекуперацией основного количества воды и НАБ.

Постш'ленгад цель била достигнута путем решения следующих задач:

- анализ загрязненности оточинх иод наиболее водоемких производств предприятий легкой прсииолашосш и выявление характерного для сточних вод огих предприятий загркпннщого компонента - мрфшхгно активных вещоотв;

— изучение закономерностей изменения состава технологических растворов в зависимости от продолжительности процесса обработки,

иидкоопгого модуля технологического процесса и вида лромывяого иэ-делия;

- исследование в лабораторных и полупромышленных условиях очистки ПАВ содержащих сточных вод;

- обоснование возможности многократного использования очинённых на ультрафильтрационных установках растворов от промывки трикотажного полотна; . '

- разработка и полупровзводстаенноя проверка схемы и технологии очистки сточных вод;

- технико-экономическое обоснование предложенных решений.

, Объектами 'тодедовишй служили сточные воды от линии непрерывной промывки Московской трикотажной фабрики я Ростокинского мехового комбината.

Научная значимоогь и новизна работы заключается в следующем:

• - в процессе исследования качестаенного и количественного оосте йа производственных'сточных вод предприятий легкой'(трикотажной) ' промышленности выявлены закономерности изменения концентраций загрязнений и моющих препаратов при противоточиой промывке полотна;,

- на основе системного изучения физико-химического состава про-ыывнчх растворов обоснованы принципы моделирования процесса промш ки и разработаны.экспериментальные лабораторные и полупромыпиевды« очистные установки, позволяющие выявить технически целесообразную и экономически выгодную технологию очистки и многократного использования промывных раогворов;

- экспериментально доказала неправомерность существующих ранее в отрасли требований к качеству повторно используемой воды;

- теоретически обосновала и экспериментально доказана целесообразность применения метода ультрафильтрации дал очисти; сточных в'

и рекуперации технологических растворов;

- наследованы закономерности ультрафильтращшнной очистки мо-~ дельных и производственных сточных вод, предложены математичеокие модели дли описания разделительных процессов}

- разработана и испытана высокоэффективная система повторного. использования я очистки сточных вод предприятий легкой промышленности, исключаю'пал загрязнение водоемов и обеспечивающая рекуперацию 90-95 % вспомогательных препаратов, содериащахсн в отработан- . них технологических растворах.

Практическая ценность диссертационной работы состоит:

- в разработке технологической схемы очистки высоксконцентриро-.ваиных ЛАВ содержащих оточннх вод, позволяющей рекуперации ПАВ и иоключамумоброо оточннх иод в водоотвсдтцую сеть города;

- в определении оптимальных параметров процесса ультрафильтра-Urnijнеобходимых jvu¡ раочота усшпонок,» разработке рекомендаций для проектирования систем очистки сточных.вод предприятий легкой, промышленности и рскуперм'цщ технологических растворов.

Внедрение. На сппишнии разработанных рекомендаций ниотитутом ГПИ-7 выполнен r .tíSniiuf! проект по строительству сооружений предварительной o'-i. L ir.H сточных вод Московской фабрика спортивного трикотажа.

Оог.г-.м рабе 'ы. Диссортицин состоит из.введения, четырех глав, основных ьыродон, списка литературы (33 наименования). OdmH обьем

} ■■- ■cía - 101 от])., из лих 81 страница машинописного текста; работа оодсргит ¿0 рисунков.

На защиту выносятся следу шме основные полскеши диссертации:

-результаты теоретических и-экспериментальных исследований по ввдедению ГШЗ из шделышх растворов п реальных сточных вод пред-

приятий легкой промышленности;

- олоооб очистки ПАВ оодехжавшх оточных вод без сброса их в во-доотводащую сеть города; материалы теоретических и пр®стичеоких разработок по определению оптимального режима ультрафильтрации при обработке рекуперируемых растворов сточных вод и расчету сооружений и оиотем, входшдих в состав установки ультрафильтрационного ■ раздел ели«;

- рекомендуемая технологическая схсыа для рекуперации технологических растворов и глубокой доочиитка общих потоков сточных вод;

- технико-экономическое сравнение предлагаемой технедогичеокей охемы с оущеотвующей^осноешшой на одсорбццошо-окислительном методе обработки ПАВ содеркавдх растворов.

Содержание работы.

Первая глава посвящена анализу загрязнений сточных вод наиболее. водоемких производств и современного состояния очистки их на предприятиях легкой промышленности.

Состав загрязнений сточных еод предприятий легкой промшленноо-ти определяется прежде всего используемым сырьем и вспомогательными химячеокиш веществами. Для большинства предприятий отрасли общим среди применяемых вспомогательных химпчеоких веществ являются поверхностно активные вещества (ПАВ). Причем в промывочных и моечных процессах концентрация ПАВ достигает нескольких грамм в литре.

На основании анализа литературных источников сделан вывод о целесообразности выделения для самостоятельной локальной очистки стсч пах род промывных и моечных процеооов, что позволит рекуперировать игн растворы и повторно использовать как воду, так и растворенные ' в ней высокие концентрации ПАВ, которые отрицательно .влияют на про-

цеооы очиотки общих потоков сточных вод как на локальных, так и на городских очистных сооружениях.

Специфические овойогва ПАВ вызывают серьезные затруднения при очиотке оточных вод химичеокими и биохимичеокими методами, следствием чего является увеличение загрязнения воды водоемов.

Среди методов удаления из растворов ПАВ наиболее широко применяемыми являются: флотация, електрофлотация или совмещенные процессы о коагуляцией ионами многовалентных металлов} адсорбцией на активированных углях, биохимическое,окиолешие или окисление озоном. Каждый из методов имеет овои доотоинотва и недоотатки. Критериями при оценке технологических охем с применением разных методов обработки доляны быть: эффективность очистки по комплексу показателей, характеристика офаэуедегося осадка, экологическая безопаонооть метода, экономическая целесообразность, еоэмоклооть рекуперации ценных химических материалов. Детальный анализ, яа ооновании которого можно было бы выбрать опоооб очиотки-ПАВ содеркащйх оточных вод, удовлет-* воряодиР„ целям, поставленным наотояшей работой, показал, что достижение необходимой степени очиотки отояних вод возмокно только комбинацией перечисленных методов, но при отйм не лредоотавляется воз-моанооть рекуперации находящихся в растворах ПАВ. По пооледнему критерию преимущества сразу же получает метод 'ультрафильтрации, так как это единственный метод, дающий возмокность рекуперации ПАВ.

Однако, с: юность и неизученнооть процеоса не позволяет применять без более полного изучения как процесса, гак и конструктивных особенностей аппаратов при их использовании для очиотки оточных вод,

Во второй главе представлено теоретическое и экспериментальное исследование закономерностей процесса у лмраг|ильтрации. Описаны лабораторные и полупроизвсматвешше ультрафильтрациошше уотанолш.

Б результате рассмотрения теоретических основ барсмшбранной. технологии установлено, что в настоящее время отсутствует однознач ное представление о механизме селективного разделения. Еаромембрак пне процессы'зависят от большого количества факторов, среди кото-, рык материал мембраны, толщина и величина пор мембраны, тип мембраны и конструкция ультрафильтрационного аппарата, гидродинакиче -оких уолоеий над мембраной, зависящих от таких величин как давление, скорость потока, температура раствора и т.д.

Исследования по ультрафильтравдонной очиотке осуществлялись на установках о использованием элементов, выпуокаемнх промышленностью, типа ВГУ 0,6/2 и типа "Проток 16-УШ". Экспериментальные установки позволяли имитировать лроцеоо ультрафильтрашонного разделения в уоловиях подобных производственным установкам, что позволяло пол; чить результаты о учетом многообразия загрязняющих веществ, образ: ющихоя непооредотвенно в -технологическом процеоое.

Полученные экспериментальные исследования влияния на яроцесо' ультрафильтрацш давления и скорости потока над мембраной, хорошо согласуются о результатами, полученными ранее исследователями.

Эти.результаты показывают, что при концентрации ПАВ в растворе ниае К1Ш, их задеркание о увеличением давления сшиавтся«- При. кон центраодш ПАВ в растворе втве КК1Л и, сообенно, вьше ШШ2 ик задер кшше увеличивается при увеличении давления. В то йе время прении емооть дрИ' увеличении давления всегда раотет. Оптимальным давлеки следует считать давление равное 2-3 Ша. Для обеспечения удаления о поверхности мембраны гелеевого олон, образующегося в результате поляризационной концентрации вецеагва,необходимо создавать скорое ной поток в пределах 1-2 м/с. Дальнейшее увеличение окорооти пого ка незначительно увеличивает проницаемость, но при атом значитель

увеличивается сопротивление, двияешт, что по существу определяет повышение затрат мощнооти электродвигателя.

Ультрафшьтрадия ПАВ содержащих раотаороя происходит с образованием гелеобразнога олоя у поверхности мембраны, что значительно изменяет характер процесса. Адоорбируяоь на поверхности и в порах полупроницаемых мембран, ПАВ изменяет размер пор, природу поверхности и исходные разделительные свойства мембран. О повышением концентрации ПАВ скачкообразно изменяются поверхностные и объемные свойства растворов ПАВ. Благодаря этим овойогвам ILAB при ультрафильтрации иотиншх растворов проницаемость мембран незначительно снижается, при увеличении концентрации ПАВ (выше 100 шУл для превоцела) проницаемость увеличивается. В то кз время селективность плавно (в пределах 10 %) увеличивается. Абсолютное значение параметров в значи-, тельной степени 'зависит от природ« ПАВ и его отроения. Так, для превоцела селективность достигает "30 % при проницаемости 35-40 в то ке время селективность мембраны для хоотопадя не превышает 6С$ при'«рождаемости 12-14 л/м*^ч, при походных концентрациях ПАВ в пределах 0,1 + 0,6 г/л.

Повышение температуры растворов ПАВ от 10 до 80°С снимет селективность мембран л увеличивает проницаемость, Это обьясняется уменьшением вязкости растворов, увеличением размеров нор и смещением концентраций кщеллообразования в зону больших концентраций.

.. Обработка экспериментальных, данных о.применением регреооивного анализа позволила получить математическую зависимость для определении проницаемости,-которая для мембраны из фторолона выражается уравнением:

« 02,2X2 'ч 0,1х2 + .0,68x3 - 0,147x^2 - II,5XjX3 - 0,Ix^x3 + + 70,5xj + 4,04 • ЮЛ* + xj ,

- в -

а мембрана из пслиоульфоналдана выракаегся уравнением:

0-е •= 34Xj + 0,6х2 + 6х3 + 2Xjir2 - 20xjXg - 0,2XjXg - 40х| -

- 3,9 • 10"^х22 4 х| ,

где Xj - давление, в пределах О,Г - 0,6 Mtlaj х2 - температура, в пределах ДО - 80°С; "

хэ - окорооть двикенйя раотвора над мембраной, в пределах 1-5м/о

Доверительная вероятность уравнений по критерию йгаера соответственно ооотав&ла 0,92 и 0,95 %.

Экспериментальные и вычисленные по уравнениям значения проницаемости' приведены в таблице I.

Из сравнения значений проницаемости для ^поролоновой и полисуль-фонамиднсй мембран видно, что полиоульфэнашдная мембрана имеет большую проницаемость, что связано о большими размерами пор и соответственно о меньшей, селективностью этой мембраны к задерживаемому веществу. ' .

Изменение величина рН в Пределах от I до 12 для различных концентраций растворов двух видов-ПАВ позволило проследить изменение проницаемости и селективности в зависимости от величины рН. Изменение величины рН наиболее сильно влияет на оелектшшость а проницаемость за пределами рН 6,5-8,5. Максимальная оелективность мембраны по отношению к хсотопалю составляла 50 %, в то время как для прево-цела не превышала 35 %, но при этом влияние величины рН на процесо разделения завиоит и от концентрации разделяемых растворов ЛАВ. При более низких концентрациях для одного вида ПАВ влияние величины рй менее интенсивно, чем при более высоких концентрациях (рио.1). В т< fee время.Проницаемсоть превоцела значительно выше хостопаля, что мокнр объяснить меньшими размерами молекул П/В.

Результаты исследований, полученные Р лабораторных условиях, бы-

ли проверены на реальных сточных водах о использованием разделительного блока типа "Проток 16-УШ".

Таблица I.

Расчетные и экспериментальные значения проницаемости при разных факторах разделения

I® а к горы

Проницаемость, л/м2« ч, мембран типа

хг давление, Ша х2 температуру . х3 скорость, м/о Ф-1 бх ) ПСА-1 \в2)

расчатн. экспер. расчетн. экспер.

0,Г 10 2 11*31 12,1 18,61 20,1

0,4 10 2- 39,40 38,3 16,81 18,5

ОД .80 2 28,74 29,53 22 •23,7

0,4 80 . 2 53,74 52,12 62,2 53,5

ОД 10 5 27,89 28,0 45,61 43,1

0,4 10 . 5 45,6Г 44,3 25,61 25,5

ОД . 80 5 24,32 25,3 7 " 15,1

0,4 . 80 5 38,96 37,7 29,2 28,5

0,4 45 3,5 37,22 35,8 36,05 36,2

од 45 3,5 15,86 17,3 25,85 26,1

0,25 80 3,5 33,21 34,1 28,75 29,1

0,25 3,5 27,23 28,3 25,36 25,8

0,25 45 5 27,66 28,1 32,6 33,01

0,25 45 2 26,76 27,5 35,6 36,1

0,25 45 3,2 24,96 25,5 31,85 30,8

Проверке у л ь трафтл ь траци окно й очистки растворов от .непрерывной промывки трикотажного полотна предшествовали исследования лзмеле-

ния состава загрязнения в течение времени. '

«Тактическая загрязненность промывной воды в ваннах промывочной машины позволила предположить возможность повторного использования очищенной на ультрафильтрах воды.

- ю-

« Pli

Рис.1. Влияние величины PIÎ на оелекташооть извлечения ILAB

трубчатой мембраной <Ы (Р = 0,3 Ша, Т = 20°С, V в I,5(.'/i

1 - Хоотопаль (]] ПАВ) с 0Q » 0,1 r/л ( . ).

2 - Хоотопаль (Н ПАВ) о С0 = 0,25з/л ( а ).

3 - Хоотопаль (11 ПАВ) о С0 = 0,5 г/л ( и ).

4 - Еревоцел' (I! ПАВ) с С,, = О,S г/л ( о' )«

Для экспериментального .обоснования этого положения зз лаборато]>-ншс условиях бил смоделирован промывочный процесс.

Многократное «оподьаоваяие очищенная на ультрафильтрах веда в промывочный процсооах позволяло подтвердить ранее высказанной пред] полокение о возможности ое повторного использования без ухудшении качества продукции, */то • подтвердили параллельно проводит^ не следования сотрудники научно-исследовательского клетнтута трикотаы ной промышленности.

Окончательная проверка возможности многократного использования

осуществлялась в производственных условиях Московского трикогазного комбината. .

В реалышх условиях исследования показали, что благодаря работе промывочных линий на умягченной воде, в процесое ее повторного использования не происходит накапливание солей. Этому опоообствует и еотоотвешшЯ унос кидкооти из промывной ванны и постоянная ео подпитка з обьеме 10-15 % от'объема промывной шиш, в результате ко-торм через 8-10 циклов состав ванны практически обновляется.

Работа ультрафильтрационного аппарата" при высокой температуре (60-70°С) и высоких концентрациях ПАВ (1,5-3 г/л)не требует регенерации мембран, если перед установкой установлены сетчатые фильтры, предназначенные для задержания мелких волокон трикотажного полотна.

В третьей главе на основе лабораторных и полупроизводственных наследований разработана технология очиотки промывных вод, по которой проектный институт ШИ-7 запроектировал комплекс очистных соору-аений для Московской фабрики спортивного трикотша, схема которой представлена на рис.2.

В отличие от существующих технологических схем, для очиотки вы-оскокснцентрирогчнян? ПАВ содержащих сточках вод, не предусматривается сброс в окруаающую среду, так как-процеооы обработки оточннх вод и осадков осуществляют в замкнутой цикле с максимальной рекуперацией мощах растворов.

Очистка ПАВ содераещх оточных вод по предлагаемой технологии обеспечивает 100 % возврат растворов в производство. Получаемые в процеосе обработки обьемы.осадка в 5 раз меньше по сравнению о .тра-^дяциошшш методами очистки (реагентная обработка всего обьема'оточ-ных вод), имеют хорошие фильтрационные свойства, а отсутствие в них высоких концентраций ПАВ открывает перспективу их утилизации. Ооу-

палотен (».в,»,о - валим ирсыивки трикогамы» полотен) 1 - оатчатый {шльтр| 2 - яромс»лочнал еиковп эагряэиеыш* яряовш» асд/ 3,16 - повиоителадие насосы| 4 - цльтраЛцяьтрациоюше раздшштем, "Протон"} В - накопительная емкооть пернеата I группы» 6 - хииотаицин в проиэйояотве} 7 - накопительная емкоать кониептрагв! в - накопительная емкооть пегыеа^а П-в груши ( Я - пасоо подачи-сточлыК вод на елекгропнпмескув очаатки Ю -недориы! алоигроиоагулитор! II - фютатол 12 -'промежуточная емкость для обора очинённого концентрата} 13 - Накопитмьнап емкость осадка > 4дотоюа-/ иа| Т4- повиоитичшИ насос или осадки} •15 - {мльтр-иреос,

щеотвление рекуперации 50 % ПАВ, дает всзмоянооть вернуть в производство цёнйый химический продукт, что соответствует современным экономичеоким тенденциям.

С целью проверки возмокнооти рекуперации растворов других производств предприятий легкой промышленности бьиш проведены иооледова-ция по рекуперации дубильных и протравных растворов, а такке глубокой очясткя оточтх вод мехового предприятия пооле шаэробнси^ТГ ре-агеятной флотации. Исследования подтвердили цалесообразность использования ультрафальтрационных установок для рекуперации технологических растворов моховых производотв. При этом мембраной задерживаются белковые вещества, вымываемые из шсуры животного и препятотвунаие дальнейшему использованию растворов, а соли трех- и шеотивааентного хрома свободно проходчг сквозь мембрану, благодаря чему раствор рекуперируется.

Селективность и проницаемость этих рвотаеров находится в пределах соответственно 5-10 % и 25-30 л/м2. ч.

Технико-экономическое сравнение технологий очистки о применением Остановок ультрафильтрации о базовой охемой счистки промывных вод До требований, ; зволяющих их прием в городскую канализацию, показало, что рекомендуемая технология дает экономический аффект более 700 тысяч рублей (в ценах 1985 а гад.

В четвертой главе даются рекомендации по использованию установок ультрафильтрами на различных производствах предприятий легкой промышленности.

Рекомендациями предусматривается деление всех сточных вод на две категории. Первая предусматривает выделение из обща потоков сточных вод растворов, позволяющих повторное использование содержащихся в них химических вспомогательных веществ как соли хрома, сульфиды,

некаторые классы красителей, ГШ и другие препараты.

Другая группа предусматривает глубокую степень очиотки о гарантированными конечными концентрациями загрязнений вне довольно шире кого изменения внешних условий (колебаний концентраций загрязнении в исходной воде, несвоевременное удалении осадка из -.отстойников и т.д.) при сбросе сточных-вод в водоем или при их повторном использовании..

Выводы

1. Обоснована айек'лшность применения ультрафшьтршшонних установок для очники сточных под предприятий лог ко Л нрсшшдениоотц.

2. Обьедишвдиы заг^иэшшщш компонентом сточных вод предприятл легкой промышленности яшшютоя паверхностно-актиЕпые.вещества, используемые е качестве моющего, смягчающего и вмудьгирувдего компонента,

3. Оптимальными параметрами процесоа очиотки на ультрафильтрах являются рН = 6,5-0,5; давление 0,10-0,3 ША, температура 20-60°С скорость движения потока под мембраной 1-2 и/о.

4. Иоследован метод очистки швдих рас,творив ультрацшьтрацией, получены математические уравнении:, адекватно описшзаидае прсцсссы ультрафильтрацаи по основным параметра процесса (давление, скорсс ль потока) и характериотикарастворов (температура),

б. На основании проведенных исследований созданы аффективны«5 схемы очиотки сточных вод предприятии легкой прог.шшлеиноетзГ (трМ« тадной и иехоиий), обеспечивание их повторное использование в технологических операциях и полностью исключающие загрязнение водоемов.

6. Результаты исследований испсльзоракы лрн разработке проектов очистных сооружения Московской фабрики спортивного трикотажа (ГПЙ-7) и Ростокинского мехового комбината (ПШ-2).

7. Применение метода ультрафпльтрадии дли рекуперации технологических растворов позволяет сократить сброо в водоем токсичных препаратов, снизать потребление сие»ей воды и получить экономический э.ЭДект более 700 тысяч рублей (в ценах 1965 года)« гад.

С. Механизм полупроницаемое™ №1 растворов ПАВ более многообразен и, безусловно, требует дальнейших детальных экспериментальных и теоретических исследований.

-'

Подписейо в печать 27.05,92 Зормет 60x84^/16 Печ.офс. И-159 Объем I уV.-изд.л. ТЛОО Заказ20Бесплвтно

Ротапринт ШСИ ии.В.В. Куйбышева