Мембранні технології: суть, ефективність та їх застосування

Руйнування піни може бути досягнуте механічною дією в результаті деформації окремих бульбашок, фізичними методами або додаванням спеціальних піногасильних речовин, які викликають руйнування піни.

Піна є джерело повторної мікробіологічної забрудненості транспортерно-мийної води. Мікроорганізми є однією з причин піноутворення в транспортерно-мийній воді. Цукроза, що є живильним середовищем для мікроорганізмів, в результаті їх життєдіяльності розкладається з утворенням СО2. Бульбашки газу спричиняють інтенсивне спінювання транспортерно-мийної води. Піна, що утворюється, в свою чергу, є сприятливим середовищем для розвитку і життєдіяльності мікроорганізмів. Концентрація розчинних органічних речовин, які є джерелом живлення мікроорганізмів, в піні набагато більша, ніж в транспортерно-мийній воді.

Таким чином, одним із способів запобігання піноутворення є не тільки очищення, а й знезараження транспортерно-мийної води. При цьому покращуються умови подавання буряків, виключається небезпека повторного мікробіологічного забруднення води через піну і, як результат, – знижуються втрати цукрози від розкладання у виробництві.

Застосування мінеральних коагулянтів та високомолекулярних органічних флокулянтів, дозволяє інтенсифікувати процес осадження домішок у відстійних спорудах, а також видаляти високодисперсні завислі речовини та колоїдні забруднення.

В якості коагулянтів використовують різні мінеральні речовини, а саме, солі алюмінію: сульфат алюмінію (глинозем) Al₂(SO₄)₃^.18H₂O, алюмінат натрію NaAlO₂, оксихлорид алюмінію Al₂(OH)₅Cl; солі заліза: залізний купорос FeSO₄^.7H₂O, хлорид заліза FeCl₃^.6H₂O, сульфат заліза Fe(SO₄)₃^.9H₂O; солі магнію: хлорид магнію MgCl₂^.6H₂O, сульфат магнію MgSO₄^.7H₂O, а також вапно та вапняний шлам, шламові відходи та відпрацьовані розчини окремих виробництв. Витрати коагулянтів становлять 1...4 кг на 1 м³ води.

Безпосереднє одержання гідроксиду кальцію на цукровому заводі та ефективність дії при освітленні стічних вод створили умови для його широкого використання.

При витратах гідроксиду кальцію 0,03...0,07% до маси буряків звичайно досягається достатній ефект очищення. pН води при цьому підвищується до 9...11. Але при постійному режимі вапнування транспортерно-мийних вод, які рециркулюють, проходить зниження ефекту освітлення внаслідок того, що гідроксид кальцію утворює з розчиненими органічними речовинами сполуки, які перешкоджають осадженню завислих домішок.

Досвід очищення транспортерно-мийної води з використанням в якості коагулянту фільтраційного осаду підтвердив можливість та ефективність такого способу очищення.

Для прискорення процесу коагулювання в технології освітлення води в основному використовують флокулянти. Із неорганічних флокулянтів широко використовується колоїдна кремнієва кислота або активна кремнієва кислота (АК), із органічних флокулянтів широкого розповсюдження набули флокулянти на основі акриламіду. Застосування поліакриламіду (ПАА – сополімер акриламіду і акрилантів амонію, натрію чи кальцію) для освітлення транспортерно-мийної води ефективне при незначних витратах реагенту і не впливає на рН освітленої води.

Катіонний флокулянт полідіметилдіаліламоній хлорид (ПДМДААХ, ВПК-402) для освітлення транспортерно-мийної води, рекомендується використовувати як самостійно, так і разом з вапняним молоком.

Для покращання ефекту очищення транспортерно-мийної води можна використовувати активований вапняним молоком (0,8...1,1% СаО до маси осаду) фільтраційний осад при умові, що осад містить в своєму складі поліакрилонітрил (0,3...0,5% до маси осаду) – флокулянт, який використовується для прискорення відстоювання соку І сатурації. При цьому значно зменшується об’єм осаду і, відповідно, кількість води, що видаляється з ним.

На зарубіжних цукрових заводах використовується штучне біологічне очищення транспортерно-мийних вод. Висококонцентровані транспортерно-мийні води з ХПК 7000 мг О₂/л за допомогою активного мулу очищаються в ферментаторі на 80% і використовуються для гідротранспорту та миття буряків.

Дослідження, проведені в лабораторних умовах на заводі ім. К. Лібкнехта, показали, що для прискорення відстоювання транспортерно-мийної води можна використовувати відходи цукрового виробництва – фільтраційний осад і стічні регенераційні води хімводоочищення ТЕЦ. При цьому ефект очищення по завислих домішках і ХПК близький до ефекту очищення води, обробленої вапном.

Співробітниками УкрНДІЦП був запропонований спосіб очищення транспортерно-мийної води з використанням фільтраційного осаду соку І сатурації, змішаного з розмеленими відходами вапняково-газового відділення, але цей спосіб значно ускладнює схему очищення, а розмел вапнякових відходів потребує великих енерговитрат.

Розглянувши різні роботи по очищенню транспортерно-мийної води, можна зробити висновок, що запропоновані авторами реагенти інтенсифікують процес осадження завислих частинок та колоїдних забруднень, але не забезпечують достатнього очищення транспортерно-мийної води від мікроорганізмів.

З метою зменшення мікробіологічного забруднення зворотних вод необхідно проводити їх дезинфекцію.

Як антисептик в цукровій промисловості широко використовується хлорне вапно. Це складний комплекс гіпохлориту, хлориду, гідрооксиду кальцію. Але хлорне вапно спричиняє корозію металу. Через певну дефіцитність хлорного вапна було запропоновано використовувати двохосновну сіль гіпохлориту кальцію (ДСГК) Ca(OCl)₂.2Ca(OH)₂. Витрати гіпохлориту кальцію в 10 разів нижчі, ніж витрати хлорного вапна і становлять приблизно 1,5 кг на 100 т буряків.

При додаванні формаліну в мийку буряків зменшуються його витрати на дифузії на 30%. В якості дезинфектанту можна використовувати розчин карбонату натрію Na₂CO₃ з рН 10,0. В такому розчині більшість клітин мікроорганізмів гине на протязі 1…2 хвилин при температурі 40^оС. Але практично найчастіше розчин соди використовується для знезаражування металевих ємностей та збірників.

Для пригнічення життєдіяльності мікроорганізмів використовують йодофори. Зокрема на вітчизняних заводах в різних галузях харчової технології застосовують йодонат, що має широкий спектр дії на бактерії, гриби та віруси. Але сполуки йоду нестійкі та дорогі.

Перспективним методом для знезаражування транспортерно-мийної води є озонування. Цей метод забезпечує високий бактерицидний ефект, бо озон діє швидше за хлор в 15…20 разів. Але поширенню методу перешкоджають труднощі технології одержання, зберігання та транспортування озону до місця використання, оскільки він є вибухонебезпечним.

Дослідниками Харківського відділу ВНДІ ВОДГЕО розроблені способи зниження піноутворювальної здатності транспортерно-мийної води за допомогою флотаційного і сорбційногo методів.

Одним з фізичних способів гасіння піни є спосіб, в основу якого покладено розділення піни на потоки та дією на них змінним електричним струмом з частотою в діапазоні 500…20000 Гц при напруженості електричного поля в межах 10…25000 В/см.

Одним з напрямків інтенсифікації технологічних процесів в цукровому виробництві для попередження піноутворення та гасіння піни, що утворилась в процесі, є використання різних хімічних піногасників.

Для гасіння піни використовують жири рослинного і тваринного походження, витрати їх досить значні – 1,5…1,8 кг на 1т буряків. На цукрових заводах також використовують відпрацьовану машинну і солярову олію. Гасіння піни також може досягатись за допомогою невеликих добавок ПАР.

Український науково-дослідний інститут природних газів запропонував спосіб руйнування стабільної піни, який включає пропускання пінного потоку через шар фторвмісного матеріалу – пористого політетрафторетилену.

Запатентовано піногасник, який містить активну піногасильну речовину та кремневмісний реагент у вигляді дрібнодисперсного силікокальциту. Одним із способів інтенсифікації процесу піногасіння є введення органічного реагенту - піногасника на основі целюлози. З метою підвищення ступеню гасіння піни, стабілізованої катіоноактивною ПАР, в якості реагенту використовують карбоксиметилцелюлозу.

При руйнуванні піни використовують відхід флотаційного збагачення мідно-нікелевих руд – флоруду. В якості піногасників також можуть використовуватись елементарна сірка, дрібнодисперсний твердий реагент - сульфовуглецевий пил, сульфат целюлози, поліакрилова кислота або поліакрилат натрію та інше.

Дослідженнями, проведеними на кафедрі технології цукристих речовин НУХТ встановлено, що піноутворювальна здатність транспортерно-води залежить від ступеню її загальної.забрудненості та концентрації піноутворювачів. В рідинній фазі піни, що утворюється при її руйнуванні, хімічна окиснюваність води в 1,5 раза, а висота шару піни в 5,6 раза вищі, порівняно з цими показниками для транспортерно-мийної води. Піноутворювальна здатність транспортерно-мийної води підвищується в лужному середовищі, мінімальна спінюваність води спостерігається в діапазоні 5,5 < рН < 7,5. Для очищення транспортерно-мийної води доцільно використовувати осад І сатурації. Встановлено, що застосування осаду І сатурації в кількості 0,3% води та коагулянту "Полвак" (гідрохлорид алюмінію) в кількості 0,01% до маси води для очищення транспортерно-мийної води, забезпечує ефект очищення по завислих речовинах 96,5%, по ХПК - 36,8% та значне освітлення води за рахунок адсорбції та процесів гетерокоагуляції дисперсних домішок. Значний ефект дає також, очищення транспортерно-мийної води дігідросульфатом алюмінію у кількості 0,01% до маси води, при цьому забезпечується ефект очищення води по завислих речовинах 91,3%, по ХПК – 46,0%, при цьому рН транспортерно-мийної води знаходиться в слабо-кислій області, що забезпечує низьку спінюваність води. Доведено значну антимікробну активність гідроксохлориду алюмінію та дигідроксосульфату алюмінію по відношенню до всіх фізіологічних груп мікроорганізмів. Встановлено, що використання основних солей алюмінію для очищення транспортерно-мийної води забезпечує ефект знезараження 65,5-85% та зниження втрат цукрози від розкладання.

7.1.2. Обґрунтування доцільності використання сульфату алюмінію для очищення жомопресової води. Теоретичне обґрунтування використання коагулянту у вигляді солей сульфатdу алюмінію полягає в наступному. Відомо, що дифузійний сік являє собою багатокомпонентну систему в склад нецукрів якої входять як низькомолекулярні, так і високомолекулярні речовини, а також речовини в колоїдному стані. Тому, природа взаємодії солей сульфату алюмінію з вказаним комплексом нецукрів являється складною, а тому неможливо звести її до якого-небудь простого механізму, за допомогою якого можна пояснити всі основні явища, які проходять в дуже складній фізико-хімічній ситуації.

Однак, з точки зору сучасних уявлень про механізм дії АІ(ОН)з, процес знебарвлення і очищення екстрагента і дифузійного соку при використанні коагулянтів солей сульфату алюмінію можна представити у вигляді адсорбції, взаємної коагуляції і висолювання.

Більшість колоїдів природным води на відміну від золей коагулянтів мають від'ємний заряд. До таких колоїдів відносяться розповсюджені в природних водах кремнієва кислота, глинисті і ґрунтові частинки, гумусові речовини. Гумусові речовини в природних водах зустрічаються у вигляді стійких високодисперсних золей з від'ємним зарядом.

Група барвних і колоїдних речовин бурякового соку і продукти лужного розкладу інвертного цукру мають від'ємний заряд.

Коагуляція частинок гідроокису алюмінію і її осадження разом з адсорбованими на її поверхні колоїдними домішками проходить під дією складної суміші електролітів, які знаходяться у воді і соку, і під впливом іонів коагулянта, який вноситься в живильну воду. В цьому випадку у воді вноситься значна кількість сульфат-іонів SO-f ~. Іон SCV в ряду Гофмейстера займає перше місце, тобто володіє високою висолюючою дією. Тому використання сульфату алюмінію, який містить іон SO₂ з точки зору механізму висолювання являється раціональним.

Висолююча дія катіонів пов'язана з їх валентністю. Ефект висолювання 3-х валентних катіонів, в даному випадку алюмінію вищий ніж 2-х валентних катіонів, так як 3-х валентні катіони являються носіями більшого заряду і самі в більшому ступені гідратуються.

Крім того, відомо, що солі алюмінію використовуються на рівні із свинцевими і мідними солями, як знебарвлюючі речовини цукрових розчинів. Тому в процесі екстрагування сахарози із буряків з використанням сульфату алюмінію відбувається одночасно очищення і знебарвлення дифузійного соку за рахунок коагуляції деякої частини колоїдно-пектинового комплексу нецукрів безпосередньо в буряковій клітині під дією коагулянту.

Внутріклітинне осадження колоїдно-пектинового комплексу можна пояснити колоїдними властивостями клітини. Білки і інші нецукри, які знаходяться в клітині, являються типовими колоїдами. Вони заряджені однойменно, а тому відштовхуються один від одного. При додаванні сульфату алюмінію частинки колоїдів осаджуються, агрегатують і випадають в осад у клітині. Не переходячи в дифузійний сік. Це призводить до підвищення чистоти дифузійного соку, і, безумовно, ефекту очищення його на дифузії і як наслідок збільшення виходу цукру і зменшення втрат його в мелясі.

Зниження інтенсивності забарвлення дифузійного соку являється також відсутністю утворення меланинів в зв'язку з осадженням білково-пектинового комплексу алюмінієм і адсорбцією високомолекулярних домішок на поверхні гідроокису алюмінію.

Відомо, що бурякова стружка в процесі екстрагування втрачає свою пружність, що значно погіршує процес екстрагування сахарози.

Міцність стружки зменшується за рахунок термічного руйнування оболонок клітин буряків і подрібнення при перемішуванні її в дифузійному апараті. При цьому знижується проникність шару стружки, що призводить до підвищення втрат цукру в жомі.

7.1.3. застосування флокулянтів для розділення осаду в соках І та ІІ карбонізацій. Флокулянти розділяються на три групи: неорганічні речовини, природні полімери синтетичні полімери. До першої групи відносять активну кремнієву кислоту, що являє собою структурований розчин діоксиду кремнію. До групи природних полімерів відносяться крохмаль, похідні целюлози, флокулянти, отримані мікробіологічним шляхом та ін.. Природними флокулянтами є також дифузійний сік та жомова пилюка. Недоліками природних флокулянтів є їх невисока флокулююча здатність, перевага – абсолютна нешкідливість. Синтетичні флокулянти розділяють на три групи: не аніонні, аніонні та катіонні. До неіонних відноситься поліакриламід (ПАА), поліетиленоксид, полівініловий спирт та ін.. поліакрилат натрію полістирол сульфокислота відносяться до аніонного типу. Досить ефективними є флокулянти катіонного типу ВА-2, ВПК-101 та ін..

Існує декілька поширених уявлень з інтерпретації закономірностей флокуляції високодисперсних ВМС: мостикоутворення, гетеро коагуляція, флокуляція у вторинному мінімумі та ін.. найбільш просте пояснення флокуляції протилежно заряджених дисперсій поліелектролітами – це зниження ефективного заряду та потенціалу частинок. Разом з тим не можна відхиляти і роль мостикових зв’язків, за користь чого свідчить ріст ступеня флокуляції по мірі збільшення молекулярної маси реагенту та концентрації твердої фази.

Дуже важливе значення має місце введення флокулянта, а саме – він повинен вводитися в точку, що забезпечує однорідне змішування реагенту з розчином та так, щоб не руйнувати утворений агломерат.

Досить довго в цукровій галузі використовувався ПАА, але в останній час широкого застосування для інтенсифікації процесу розділення осадів набув флокулянт типу “Магнофлок ЛТ“ (Англія), що являє собою синтетичний водорозчинний поліектроліт надвисокої молекулярної маси катіонної (ЛТ24) та аніонної (ЛТ27) природи. Витрата флокулянта складає 1…5 мг/л (1…5 г/т).

Результати практичного застосування флокулянта для соків І та ІІ карбонізацій показали, що це не тільки сприяє підвищенню швидкості осадження частинок (у 3-4 рази), але й знизити забарвленість та мутність соків, знизити витрату вапна на очистку, збільшити швидкість фільтрування на 10.15%, зменшити втрати цукрози з осадом на 0,04% від к.б., відмовитися від контрольного фільтрування.

В останній час поширення набуває органічний поліелектроліт високого ступеня полімеризації “Престол“ (Німеччина) за витрати 1-2 г/т. фільтраційний осад, отриманий із застосуванням цього флокулянта можна використовувати в якості добрив, тому що на полях під дією мікроорганізмів ґрунту він руйнується.

Дата добавления: 2014-01-07