Утилизация ценных компонентов сточных вод

Совершенствование систем водоснабжения и водоотведения гальванических производств связано с повышением эффективности очистки стоков, обеспечением автоматизации, гибкости и надежности, с созданием малоотходных замкнутых систем водопользования, исключающих загрязнение окружающей среды, обеспечивающих повторное использование очищенной воды и выделенных ценных компонентов сточной жидкости в технологическом процессе. Решение этой задачи возможно на основе кардинального изменения существующих подходов к проектированию и строительству систем очистки сточных вод - созданию локальных блочно-модульных внутрицеховых систем, включающих последние достижения науки и техники в этой области.

Особое внимание при создании локальных систем водопользования уделено технологиям, основанным на баромембранных методах - обратном осмосе и ультрафильтрации. Технологии, созданные на базе этих методов, в полной мере отвечают современным требованиям научно-технического прогресса.

Наиболее эффективными методами утилизации ценных компонентов сточных вод и регенерации электролитов гальванических производств являются методы, основанные на баромембранных, электрохимических и ионообменных технологиях. Большой эффект достигается при их комплексном использовании.

Остановимся на одном из примеров.

Применению обратного осмоса для очистки промышленных стоков от солей тяжелых металлов посвящено большое количество работ. В данных работах показана возможность извлечения из растворов обратным осмосом ионов Fе2+, Ni2+ Cr6+, Сd2+, Сu2+ и др. Приводятся принципиальные технологические схемы, обеспечивающие извлечение этих веществ. Анализ состояния очистки сточных вод обратным осмосом позволяет сделать вывод, что перспективы его применения следует связывать, главным образом, с созданием замкнутого безотходного производства. Однако широкое внедрение обратного осмоса в производство связано с рядом объективных трудностей, основными из которых являются:

- создание высокоселективных, стойких к агрессивным жидкостям мембран (плоских, рулонных, в виде полого волокна);

- изготовление компактных обратноосмотических модулей, которые позволили бы в небольшом объеме сосредоточить большую площадь мембран;

- отсутствие сравнительных технико-экономических испытаний различных обратноосмотических аппаратов применительно к конкретным задачам очистки сточных вод;

- отсутствие рекомендаций по оптимальным областям применения обратноосмотических аппаратов в технологических процессах очистки стоков.

Широкое внедрение в промышленность гибких автоматизированных производств (ГАП) требует одновременного внедрения гибких автоматизированных процессов очистки промышленных сточных вод.

Большую роль в надежной и эффективной работе обратноосмотических мембран, и всего аппарата в целом, играет предварительная подготовка раствора, подаваемого на разделение. Загрязнения поверхности мембран при обратном осмосе, возникающие вследствие неправильной подготовки сточной воды, приводят к резкому снижению производительности аппаратов.

Одним из основных недостатков обратноосмотического разделения растворов является необходимость поддержания высокого давления в рабочих камерах аппаратов. В связи с этим специалистами в этой области науки и техники предпринимаются попытки к решению задач по снижению осмотического давления растворов.

Вопросами интенсификации процесса обратноосмотического разделения растворов уделялось мало внимания. Однако мнения о путях интенсификации процесса высказывались неоднократно специалистами ВНИИСС, НИИ ВОДГЕО, АН УССР, МХТИ им. Д.И.Менделеева, ННГАСУ. Основное направление в решении этой важной задачи - искусственное снижение осмотического давления разделяемых растворов.

Анализ различных способов воздействия на физико-химическую структуру растворов, проведенный в проблемной лаборатории ННГАСУ и другими показал, что эффективными путями практического решения задачи снижения обратноосмотического давления растворов, являются:

- обработка исходного раствора в магнитном поле;

- предварительное охлаждение обрабатываемого раствора.

Вопросы интенсификации процесса обратноосмотического разделения растворов путем их предварительного омагничивания в основном представлены в ряде работ. Модель водного раствора электролита можно представить следующим образом: растворитель (в данном случае - вода) рассматривается как равновесная смесь льдоподобных и мономерных молекул, ассоциации "мерцающих кластеров", которые плавают в истинно жидкой фазе из мономолекул. В случае нахождения в воде ионов, последние действуют на соседние молекулы воды, нарушая ее собственную структуру. При этом происходит связывание ионами молекул воды. Магнитная обработка заметно влияет на гидратацию ионов. Значительное изменение гидратации наблюдается в разбавленных растворах. В ряде работ представлены данные по увеличению производительности полупроницаемых мембран после магнитной обработки. Известно, что вблизи гидрофобных поверхностей (в данном случае мембраны) свойства растворов изменяются по сравнению с основным раствором. Так, вязкость, в зависимости от толщины слоя связанной воды, может значительно увеличиваться. Эффект магнитной обработки, по всей видимости, заключается в том, что раствор в зоне мембраны изменяет свою структуру. Можно предположить, что происходит некоторое "разрыхление" структуры воды и тем самым, повышается производительность мембраны. На другой важнейший параметр обратноосмотического разделения - селективность, магнитная обработка влияния не оказывает, за исключением растворов железа (селективность в отдельных случаях увеличивалась с 74% до 88%).

Вопросу изучения влияния температуры на процесс обратноосмотического разделения в литературе уделено большое внимание. Однако представленные данные противоречивы. По вопросу о влиянии температуры на проницаемость мембран практически нет качественных расхождений.

Величина проницаемости мембран зависит от следующих параметров:

G = f(Co, D, Е, R, Т),

где: Co - концентрация загрязнения в разделяемом растворе;

D - коэффициент диффузии загрязнения;

Е - энергия активации проницания жидкости через мембрану;

R - универсальная газовая постоянная;

Т - температура раствора.

С увеличением температуры (Т) проницаемость (G) растет до определенного предела.

Что касается селективности мембран, то данные достаточно противоречивы, это объясняется тем, что с увеличением температуры проницаемость растворенного вещества и растворителя увеличиваются. Однако селективность уменьшается, так как энергия активации для загрязнения больше, чем для воды и рост проницаемости загрязнения будет более значительным.

Замкнутая схема водопользования участка никелирования

Промывная вода (рис. ниже) из первой ванны улавливания (2) насосом (3) подается в бак исходного раствора (4) и подвергается обработке методом обратного осмоса на аппарате "фильтр-прессового" типа (5). Фильтрат поступает в емкость для сбора фильтрата (7), а концентрат возвращается в бак (4). Концентрат из бака (4) после достижения определенной концентрации сернокислого никеля (около 15 г/л) перекачивается насосом аппарата (5) в бак (6). В баке (7) объем раствора доводится до требуемого уровня водой второй ванны улавливания (2), содержащей около 0,02 г/л сернокислого никеля. После обработки раствора на аппарате (5) среднее содержание сернокислого никеля составит 0,33 г/л. Далее раствор из бака (7) направляется на обработку на обратноосмотическом аппарате (8). Фильтрат с содержанием NiS04 ~ 0,05 г/л направляют в первую ванну улавливания (1), а концентрат возвращают на рециркуляцию в бак (7) до достижения концентрации NiS04 2 г/л, после чего концентрат сбрасывается в бак (4). Предусмотрена подача промывной воды из ванны (2) через аппарат (8) в первую ванну улавливания (1) для доведения промывной воды до требуемого объема.

В схеме предусмотрена очистка промывной воды второй ванны улавливания (2) на обратноосмотическом аппарате (8) (или в случае низкой селективности мембран предусмотрен метод ионного обмена). Объем промывной воды ванны (2) пополняется до требуемого уровня деионизированной водой.

По мере заполнения бака сбора концентрата (6) производится дополнительное доконцентрирование. При этом фильтрат направляется в бак (4) и далее подвергается двухступенчатой обработке. Концентрат возвращается в бак (6). По достижении необходимой концентрации раствор направляется в технологическую ванну (14) насосом (3).

Дата добавления: 2014-01-05