Исследование и разработка систем очистки производственных вод после химико-фотографической обработки цветных кинофотоматериалов на основе метода контактной мембранной дистилляции тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.17.13, кандидат технических наук Сенаторов, Вадим Евгеньевич

• Сенаторов, Вадим Евгеньевич
• кандидат технических наук
• 2000

Оглавление диссертации кандидат технических наук Сенаторов, Вадим Евгеньевич

1. Проблема сброса неочищенных стоков после химико-фотографической обработки кинофотоматериалов и пути её решения.

1.1. Общая оценка характера загрязнений после химико-фотографической обработки кинофотоматериалов.

1.2. Анализ тенденций развития методов очистки промышленных стоков.

1.2.1.Методы окисления, реагентного осаждения и деструкции

1.2.1.1. Методы окисления.

1.2.1.2. Методы реагентного осаждения и деструкции.

1.2.2. Методы регенерации серебра щз промывных вод после химико-фотографической обработки чёрно-белых и цветных кинофотоматериалов.

1.3. Методы обессоливания и концентрирования промывных вод.

1.3.1.Термические методы.

1.3.2.Ионный обмен и сорбционные методы.

1.3.3. Баро- и электромембранные методы.

1.4. Методы мембранной дистилляции. Особенности и основные классификационные признаки.

1.5. Постановка задач исследования.

2. Объекты и методы исследования.

2.1. Характеристика промывных вод выбранных для исследования процесса очистки методом контактной мембранной дистилляции.

2.2. Оборудование для процессов мембранной дистилляции.

2.2.1. Описание лабораторной установки непроточного типа периодического действия.

2.2.2. Описание опытной лабораторной установки с ячейкой проточного типа.

2.2.3. Характеристики мембран используемых для процесса мембранной дистилляции.

2.3. Методики применяемые для определения содержания основных компонентов в промывных водах и рабочих растворах.

2.4. Определения краевого угла смачивания поверхности гидрофобной мембраны методом нанесения капли.

3. Исследование влияния основных физико-химических параметров на процесс контактной мембранной дистилляции промывных вод и производственных стоков, образующихся в результате химико-фотографической обработки кинофотоматериалов.

3.1. Исследование мембран различного типа.

3.2. Выбор способа установки мембраны.

3.3. Исследование процесса контактной мембранной дистилляции на модельных растворах.

3.3.1. Исследование влияния изменения концентрации компонентов обрабатывающих растворов на параметры контактной мембранной дистилляции.

3.3.2. Гидродинамические условия.

3.3.3. Влияние температурных параметров на процесс мембранной дистилляции.

3.4.Исследование процесса контактной мембранной дистилляции на реальных производственных растворах.

3.5.Исследование стабильности работы мембраны в процессе ее длительной эксплуатации.

3.6.Исследование изменения краевого угла смачивания гидрофобной мембраны в процессе ее эксплуатации при обработке различных производственных растворов.

3.7. Сопоставление результатов экспериментов, полученных на лабораторной установке периодического действия непроточного типа и опытном лабораторном комплексе с ячейкой проточного типа.

3.8. Сенситометрический контроль процесса.

4. Технологический расчет установки для контактной мембранной дистилляции.

4.1. Гидродинамический расчет установки для контактной мембранной дистилляции.

4.2.Термодинамическое исследование.

4.3. Технологическая схема опытного лабораторного комплекса для очистки и концентрирования промывной воды и производственных стоков.

Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование и разработка систем очистки производственных вод после химико-фотографической обработки цветных кинофотоматериалов на основе метода контактной мембранной дистилляции»

Современные темпы роста производственных мощностей, строительства и сельского хозяйства, заставляют пересмотреть наши позиции по отношению к водообеспечению возникающих потребностей. Установлено [1,2], что гидросфера земного шара обладает запасом воды в 1,5 млн.куб.км., 2% из которых составляет пресная вода. Причем количество доступной воды не превышает 0,003%, и распределена эта вода по поверхности весьма неравномерно. В результате, в настоящий момент, более половины регионов земного шара испытывают острый дефицит в пресной воде. На фоне этой проблемы ясно видна тенденция к увеличению объемов вредных выбросов промышленных и бытовых стоков. Поэтому решение вопроса детоксикации данных водных растворов является все более актуальным.

Технология химико-фотографической обработки светочувствительных материалов, так же сопряжена с образованием высокотоксичных вод в результате переливов обрабатывающих растворов и сливов промывной воды. Концентрации растворенных в них веществ в десятки и сотни раз превышают допустимые по санитарным и гигиеническим нормам, что явно указывает на недопустимость выброса сточных вод в канализацию, так как совершенно очевидно, что городские очистные сооружения не в состоянии справиться со столь высоким уровнем загрязнения без дополнительной обработки. Таким образом, при разработке новых кинофотоматериалов необходимо решать не только вопросы повышения качества фотографического изображения, но и вопросы, связанные с сокращением водопотребления и уменьшения выброса вредных веществ. Такие исследования проводились и проводятся в настоящее время в научно-исследовательских лабораториях как за рубежом, так и в нашей стране. Основные производители кинофотоматериалов Kodak, Fuji, Agfa и другие, предлагают современные кино фотоматериалы и новые малоотходные технологии их обработки, в которых реализованы следующие принципы:

- использование менее токсичных обрабатывающих растворов с низкой концентрацией основных компонентов [3-8];

-уменьшение расхода пресной воды на стадии промывания [9-11];

- сокращение безвозвратных потерь связанных с окислением веществ восстановителей кислородом воздуха и уносом обрабатывающих растворов пленкой в другие ванны проявочной машины [12-14];

- организация циклов очистки производственных стоков.

Однако несмотря на высокую эффективность предлагаемых методов, невозможно полностью исключить стадии промывания при химико-фотографической обработке большинства кинофотоматериалов, а в результате очистки получаем пусть не токсичную, но все же высокоминерализированную воду, не пригодную для дальнейшего употребления в технологическом процессе. Кроме того, безвозвратно теряются дорогостоящие компоненты рабочих растворов (расход на основные химические реакции не превышает 10%)[15] и химические реактивы затрачиваемые на обезвреживание. Поэтому необходимо проводить исследовательские работы по разработке систем регенерации обрабатывающих растворов, а также и локальной очистки и повторного использования промывных вод. Для этого могут быть применены методы очистки, сопровождающиеся фазовым переходом (термические), и без фазового перехода (мембранные). Последние вызывают наибольший интерес применительно к технологии химико-фотографической обработки. К этим методам относятся обратный осмос [16,17,18], электродиализ [19,20], нанофильтрация [21,22], которые позволяют получить пригодную для повторного использования очищенную воду, а также концентрат компонентов обрабатывающих растворов, который может быть утилизирован. Однако реализация этих методов требует использования дорогостоящих установок и связана с достаточно высокими энергозатратами, а в случае обратного осмоса и с необходимостью работать при высоком давлении (до 4,0 МПа и более).

Альтернативным методом мембранной технологии является мембранная дистилляция, позволяющая успешно концентрировать и очищать наиболее токсичные и дорогостоящие компоненты, как из отработанных обрабатывающих растворов, так и из промывных и сточных вод. Основное преимущество данного метода определяет наметившаяся тенденция к увеличению температуры обрабатывающих растворов [10]. Поэтому обрабатывающие растворы могут быть подвергнуты разделению уже при незначительном дополнительном подогреве, что несомненно позволит удешевить данный способ очистки. Разработка такой технологии позволяет решить как экологические, так и экономические задачи.

Целью работы является повышение степени очистки и концентрирования жидких производственных стоков, образующихся при химико-фотографической обработке кинофотоматериалов, путем разработки регенерационных систем на основе метода контактной мембранной дистилляции. Научная новизна работы и ее практическая ценность.

В результате проведенных экспериментов выявлены основные закономерности процесса очистки и концентрирования производственных стоков методом контактной мембранной дистилляции, которые были использованы нами при расчете технологической схемы и разработке мембранного комплекса очистки.

Доказано, что производительность по дистилляту (фильтрату) в процессе контактной мембранной дистилляции сопоставима с производительностью высокоселективных обратноосмотических мембран;

Предложена оригинальная методика количественного контроля степени гидрофобности мембраны, что позволяет адекватно оценить её устойчивость к стокам и промывным водам, содержащим различные загрязняющие вещества. Показана возможность частичного восстановления гидрофобных 7 свойств мембраны, путем воздействия на нее модифицирующего раствора, что позволяет существенно повысить ее ресурс;

Разработаны схема и технологические рекомендации к процессу контактной мембранной дистилляции применительно к очистке и концентрированию производственных стоков и промывных вод, образующихся в результате химико-фотографической обработки кинофотоматериалов;

Разработан опытный лабораторный комплекс для контактной мембранной дистилляции на базе плоскокамерного мембранного модуля, который предложено встраивать в соответствующий циркуляционный контур проявочной машины; комплекс обеспечивает как обезвреживание стоков от отдельных токсичных компонентов (гексацианоферраты, тиосульфат, серебро, Ре(Ш)ЕВТА), так и возможность повторного использования отработанных растворов и промывных вод;

На основании сенситометрических испытаний подтверждена возможность повторного использования промывных вод и обрабатывающих растворов, регенерированных методом контактной мембранной дистилляции.

Положения выносимые на защиту:

1. Обоснование выбора мембраны и типа разделительного аппарата.

2. Результаты исследования основных параметров, влияющих на работу метода контактной мембранной дистилляции с различными обрабатывающими растворами и промывной водой.

3. Пути оптимизации процесса контактной мембранной дистилляции.

4. Способ контроля и регенерации гидрофобности мембраны, данные о влиянии поверхностно-активных веществ на гидрофобную природу мембраны.

5. Экономическая и технологическая целесообразность внедрения метода контактной мембранной дистилляции.

6. Технологическая схема мембранного модульного комплекса для очистки и концентрирования производственных стоков по методу контактной мембранной дистилляции.

Научная новизна работы состоит в том, что в ней впервые: показана возможность применения метода контактной мембранной дистилляции для очистки концентрирования промывных вод и промышленных стоков после химико-фотографической обработки кинофотоматериалов; выявлены закономерности позволяющие увеличить производительность метода. Наиболее важным фактором оказалось создание в примембранном пространстве турбулентного режима, что позволяет производить концентрирование до значений, недостижимых другими методами баромембранной технологии. Производительность по фильтрату, при этом, соразмерна с производительностью высокоселективных обратноосматических мембран; предложена оригинальная методика количественного контроля степени гидрофобности мембраны, что позволяет адекватно оценить ресурс и химикомеханическую устойчивость ее к различным исследуемым системам. С помощью данной методики, показана возможность частичной регенерации гидрофобных свойств мембраны, путем воздействия на нее модифицирующего раствора; показана возможность повторного использования промывных вод и обрабатывающих растворов, что подтверждается результатами сенситометрических испытаний.

Объем и структура работы. Диссертационная работа изложена на 128 страницах машинописного текста, включая список литературы из 147 наименований, 26 рисунков и 15 таблиц. Работа состоит из введения, четырех глав, выводов и приложений.

Заключение диссертации по теме «Технология кинофотоматериалов и магнитных носителей», Сенаторов, Вадим Евгеньевич

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Доказана возможность существенного повышения степени очистки и концентрирования производственных стоков и промывных вод, в случае применения метода контактной мембранной дистилляции, по сравнению с методами баромембранной технологии, в частности с различными модификациями метода обратного осмоса.

2. Установлено, что оптимальным сочетанием рабочих характеристик в процессе очистки сточных производственных вод методом контактной мембранной дистилляции, обладает микрофильтрационная композиционная мембрана МФФК-2 со средним размером пор 0,25 мкм, которая показывает высокую задерживающую способность для различных компонентов обрабатывающих растворов (до 99%) и производительность по фильтрату до 4-12 л/м2хч.

3. Наблюдается существенное повышение эффективности метода контактной мембранной дистилляции, с увеличением разности температур, при возрастании которой с 32 до 52°С отмечено увеличение производительности по фильтрату в 3 раза, при этом селективность изменяется незначительно.

4. Показано, что при увеличении модифицированного критерия Рейнольдса с 200 до 1000 производительность мембраны МФФК-2 возрастает в 2-3 раза.

5. Несмотря на снижение эффективности контактной мембранной дистилляции с увеличением солесодержания в растворе, показана возможность достижения концентраций, недоступных для других методов мембранной технологии например, более 200 г/л для тиосульфата натрия при селективности 99%, при этом производительность остается на уровне сопоставимом с производительностью высокоселективных обратноосмотических мембран (2-4 л/м2хч).

6. Установлено, что мембрана МФФК-2 позволяет эффективно обрабатывать реальные производственные растворы и промывные воды в течении нескольких месяцев эксплуатации, при незначительном снижении производительности по фильтрату.

7. Впервые реализован метод восстановления гидрофобных свойств мембраны, частично утраченных в процессе работы, путем воздействия на нее раствором минеральной кислоты.

8. Разработаны технологическая схема и опытный мембранный комплекс, встроенный в циркуляционный контур проявочной машины К43П1, обрабатывающей цветные позитивные кинопленки. Проведенные испытания показали высокую эффективность очистки и концентрирования производственных промывных вод. Сенситометрическими испытаниями подтверждена возможность повторного использования очищенной воды на стадии промывания, а образующихся концентратов после их доукрепления в качестве пополнителей. Простота и доступность оборудования, а также использование резервных мощностей проявочной машины, позволяющее практически полностью исключить увеличение производственных площадей и являются определяющими факторами в дальнейшем развитии метода контактной мембранной дистилляции.