Оборудования для очистки промышленных стоков

4. Возможность  предотвращения отложения осадка  на мембранах и снижения влияния концентрированной поляризации. Для этого необходимо обеспечить высокую скорость течения жидкости над мембраной и ее равномерное распределение по секциям и элементам мембранного модуля.

5. Возможность  нагрева или охлаждения обрабатываемых  жидкостей.

При создании мембранных модулей необходимо обеспечить их механическую прочность, герметичность и другие условия.

В настоящее время мембранные модули классифицируют по способу укладки мембран, по типу корпусов, по условиям демонтажа, по положению мембранных элементов и по режиму работы.

По способу укладки мембран используют разделительные элементы четырех типов [5]: 1) аппараты с плоскими мембранными элементами; 2) аппараты с трубчатыми элементами; 3) аппараты с элементами рулонного типа; 4) аппараты с мембранами в виде полых волокон.

Пленочные мембраны входят в состав разделительного элемента и размещаются на пористой опоре-дренаже с подложкой. Иногда подложка играет роль опоры, и в этом случае мембраны размещаются с обеих сторон подложки.

Аппарат с плоскими мембранными элементами фирмы ДДС, работающий с растворами при давлении Р = 2 МПа, рН – 14 и температуре до 100 °С рис.6. Аппарат представляет собой пакет мембранных элементов 9 эллиптической формы, находящийся между круглыми фланцами 11. Соосность элементов и их затяжка обеспечиваются направляющими штангами 8. Элементы состоят из пластин 7, покрытых с обеих сторон мембранами 6. Отверстия в пластинах и мембранах точно совмещаются и герметизируются со стороны входа разделяемого раствора в отверстие 10 проточным кольцом 5 и со стороны выхода из него – замковым кольцом 4. В проточных кольцах 5 выполнены прорези в радиальном направлении, обеспечивающие подачу раствора из отверстия одного элемента в межмембранный канал и отвод в другое отверстие следующего элемента. Для распределения разделяемого раствора по секциям одно из отверстий на соответствующих элементах перекрывают заглушкой 1. Пермеат отбирается из мембранных элементов по гибким капиллярным шлангам 2 и собирается в общий коллектор 3. Опорная пластина выполнена в виде двух склеенных пластмассовых дисков с разветвленной сетью внутренних каналов разного сечения для сбора пермеата. Недостатками аппаратов с эллиптическими элементами являются нерациональный раскрой мембран, опорных пластин, конструктивная и монтажная сложность.

Рис.6 Аппарат с плоскими мембранными элементами

По конструкциям и способам изготовления элементы делят на три типа: 1) с подачей разделяемых сред внутрь трубки; 2) с подачей разделяемых сред снаружи трубки; 3) с подачей разделяемых сред одновременно внутрь и снаружи трубки.

Основными достоинствами трубчатых мембранных элементов являются низкое гидравлическое сопротивление, равномерное движение потока раствора над мембраной с высокой скоростью, отсутствие застойных зон, возможность механической очистки мембранных элементов от осадка без разборки аппарата, малая металлоемкость при бескорпусном выполнении, компактность установки.

К недостаткам устройств относятся малая удельная поверхность мембран и повышенная точность при изготовлении дренажного каркаса.

Каркасом обычно являются перфорированные металлические трубки, пористые трубки из керамических, металлокерамических, пластмассовых и графитовых композиций и стеклопластиков.

Конструкция блока стеклопластиковых каркасов из семи трубок представлена на рис.7. Для уменьшения расхода материалов наружная поверхность труб может быть выполнена в виде шестигранника. Это также придает жесткость корпусу.

Аппараты с элементами рулонного типа имеют высокую удельную поверхность, малую металлоемкость, удобны при монтаже и демонтаже элементов. К недостаткам элементов можно отнести высокое гидравлическое сопротивление межмембранных каналов и сложность монтажа.

 

Рис.7 Конструкция блока

Аппараты могут содержать мембранные элементы с несколькими пакетами и одной пермеатотводящей трубкой, совместно навитые рулонные мембранные элементы и рулонные мембранные элементы с несколькими пермеатотводящими трубками или с каналами для сбора пермеата.

В этих аппаратах пермеат поступает под давлением в напорный канал элемента параллельно оси трубки.

Аппараты с мембранами в виде полых волокон благодаря развитой удельной проницаемости и удельной поверхности нашли широкое применение при разделении сред обратным осмосом и ультрафильтрацией.

Полые волокна диаметром 45–900 мкм и толщиной стенки 10–50 мкм применяют в обратном осмосе, а диаметром 200–2000 мкм и толщиной 50–200 мкм – при ультрафильтрации.

В аппарате с параллельным расположением полых волокон волокна собраны в один пучок спирально навитой нитью [2] (рис.8). Она же обеспечивает зазор между отдельными волокнами. Раствор может подаваться как вдоль поверхности полых волокон, так и по капиллярным каналам этих волокон.

Рис.8 Аппарат с параллельными волокнами

 

Недостатком таких аппаратов является малая интенсивность перемешивания раствора, жесткое крепление полых волокон в трубных решетках и, следовательно, трудность обработки растворов, содержащих взвешенные частицы.

При непрерывном процессе раствор проходит мембранный аппарат только раз и выходит из установки с заданной концентрацией. Применяют также схемы проточно-циркуляционного типа, где часть концентрата возвращается в исходный раствор, а остальная часть с требуемой концентрацией выводится из системы потребителю.

Из схем соединения модулей одноступенчатые соединения аппаратов используют при разделении низкоконцентрированных растворов, а многоступенчатые – при очистке более концентрированных растворов. В этом случае исходным раствором для следующей ступени служит фильтрат предыдущей ступени, которая работает при более низком давлении.

Используемые в модулях мембраны должны обладать высокой разделяющей способностью, высокой удельной производительностью, прочностью и химической стойкостью к действию очищаемых сред. Из большого числа типов мембран можно выделить полимерные мембраны и мембраны с жесткой структурой.

К полимерным относятся мембраны из ароматических полиамидов «Владипор» типа МГА-90, МГА-100 для обратного осмоса с солесодержнием до 20 кг/м3, предназначенные для очистки сточных вод и промышленных стоков. Мембраны типа УАМ-80, УАМ-500 используют для разделения водомасляных эмульсий, пигментных красителей и др. методом ультрафильтрации.

Этилцеллюлозные мембраны типа УЭМ-200, УЭМ-500 предназначены для концентрирования, разделения и очистки различных веществ в кислых и особенно щелочных средах. Удельная производительность по воде 33–300 см3 /, средний диаметр пор х10 3 м.

Мембраны на основе ароматических полиамидов «Владипор» типа МГМ-80, МГП-100 рекомендуются для разделения, концентрирования агрессивных сред с рН 1–12, содержащих большинство органических растворителей, и выдерживают в водных средах температуру до 150 °С.

Термическое сжигание. Термическое сжигание применяют для уничтожения высококонцентрированных сточных вод, содержащих минеральные или органические элементы. По этому методу сточные воды вводят в печь сжигания и испаряют при температуре 900–1000 °С. Органические примеси сгорают до продуктов полного сгорания С02, Н20, N02.

 

2.3 Биологический  метод очистки сточных вод

В основе биологической очистки сточных вод от органических веществ лежат три взаимосвязанных процесса: синтез протоплазмы клеток микроорганизмов, окисление органических загрязнений и окисление продуктов метаболизма клеток [6]. Для проведения таких процессов требуется участие ферментов. Происходящее при этом аэробное окисление содержащегося в органических веществах углерода до С02 и H2, до Н20 характеризуется расходом кислорода, то есть биологическим потреблением кислорода.

Характеристикой глубины разложения примесей в водостоке является биохимический показатель, равный отношению ВПК к ХПК.

Под ХПК в отличие от ВПК понимают количество кислорода, теоретически необходимое для полного превращения органических веществ в С02, Н20, а также в соль аммония и серную кислоту, если они содержат азот и серу. Молекулярный кислород, входящий в состав молекул веществ, идет на окисление этих веществ.

При биохимическом окислении органических веществ требуется меньше кислорода, чем при химическом окислении с той же эффективностью очистки.

В биологических фильтрах сточные воды очищаются микроорганизмами активного ила или биопленки, образующими биологически активную массу.

Производительность установки и количество избыточного ила на единицу объема сточной воды оценивают по окислительной мощности и приросту ила.

Окислительную мощность рассчитывают по формуле:

где ΔБПК = БПКисх – БПКоч – разность между БПК исходной и очищенной воды, г/м3; V – расход сточных вод, м3/ч; Va – рабочий объем аэротенка, м3; τ – время аэрации, ч.

Прирост ила из-за сложного характера взаимоотношений бактерий определяют по приближенной зависимости

где Сн – концентрация взвешенных веществ, поступающих в аэротенк, г/м; Кэ – экономический коэффициент; Δm – количество органических примесей, удаленных в аэротенках, соответственно в массовых единицах и единицах БПК, г/м3; У – удельный прирост ила, г/г БПК.

Анаэробные схемы применяют для очистки сточных вод концентрацией 6–20 г/дм3, для концентрирования минеральных солей 30 г/дм3 и для брожения осадков и избыточного ила.

По анаэробной схеме стоки, пройдя усреднитель 1, подаются в анаэробный восстановитель 2, где взаимодействуют с анаэробным илом. Затем смесь насосами 4 подается во флотатор 5, из которого иловая вода вместе с бытовыми водами поступает в аэротенк 6, а пенный продукт – в метантенк 3 на стабилизацию. Выходящая из аэротенка 6 смесь насосами 7 подается во флотатор 8, из которого аэробный активный ил возвращается на вход схемы. Часть ила возвращается в аэротенк 6, а избыточная часть в метантенк 3. Биологически очищенная вода доочищается на фильтрах 9 и 10, после чего сбрасывается в водоем 12 или подается насосами на повторное использование.

Стоки, очищаемые биологическими методами, должны отвечать следующим требованиям [2]:

1. Органические  вещества, входящие в стоки, должны  быть способны к биохимическому  окислению.

2. Их концентрация, выраженная через ВПК, не должна  превышать 500 мг/дм3 при очистке на биофильтрах и 1000 мг/дм3 – при очистке в аэротенках-смесителях.

3. Концентрация  ядовитых органических и неорганических  веществ не должна превышать  пределов, исключающих жизнедеятельность  бактерий.

4. Количество  механических примесей не должно  превышать 150 мг/дм3.

5. Водородный  потенциал среды рН должен  быть 6,5–8,5.

6. Сточные воды  должны содержать биогенные элементы.

7. Общее количество  растворенных солей должно быть  не больше 10 г/дм3.

8. Стоки не  должны содержать плавающих масел  и смол.

9. Температура сточных вод – от 6–35 до 50–60 °С.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

Мы изучили классификацию методов очищения сточных вод на производстве, выделили преимущества и недостатки методов очистки. Рассмотрели, какие загрязнения возможны и какой метод лучше использовать при том или ином загрязнении.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы

1. Промышленная  экология: Учеб. пос. / Под ред. В.В. Денисова. – М.: ИКЦ "МарТ"; Ростов н/Д: Издат. Центр "МарТ", 2007. – 720 с. (Серия "Учебный курс").

2. Техника и технология защиты воздушной среды: Уч.пособие для ВУЗов /В.В.Юшин, В.М. Попов, П.П. Кукин и др. – М.: Высш.школа, 2005. – 391 с.

3. Оборудование, сооружения, основы проектирования  химико-технологических процессов  защиты биосферы от промышленных  выбросов /Л.И. Родионов, Ю.П. Кузнецов, В.В. Зенков, Г.С. Соловьев. М.: Химия, 1985. 352 с.

4. Мазур И.И., Молдаванов  О.И. Курс инженерной экологии: Учеб. для ВУЗов / Под ред. И.И. Мазура  – М.: Высш.шк.., 1999. – 447 с.

5. Лозановская  И.Н., Орлов Д.С., Садовникова Л.К. Экология и охрана биосферы при химическом загрязнении. М.: Высшая школа, 1998. 287 с.

6. Очистка сточных  вод: Пер.с англ. / Хенце М., Армоэс  П., Ля-Кур-Янсен Й. и др. – М.: Мир, 2004. – 480 с.