ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЦЕССОВРАЗДЕЛЕНИЯ СТОКОВ НА КОМПОНЕНТЫ ПРЕДПРИЯТИЙХИМИЧЕСКОЙ И ТЕКСТИЛЬНОЙ ОТРАСЛЕЙПРОМЫШЛЕННОСТИ С ПРИМЕНЕНИЕМ ПОЛИМЕРНЫХМЕМБРАН тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.17.08, доктор наук Осадчий Юрий Павлович

• Осадчий Юрий Павлович
• доктор наук
• 2017

Оглавление диссертации доктор наук Осадчий Юрий Павлович

ВВЕДЕНИЕ

1. ПРИМЕНЕНИЕ ПОЛИМЕРНЫХ АНИЗОТРОПНЫХ МЕМБРАН ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ СТОКОВ ПРЕДПРИЯТИЙ

1.1. Характеристика сточных вод и основные требования для их сброса

1.2. Способы концентрирования, разделения и очистки сточных вод, содержащих органоминеральные компоненты

1.2.1. Актуальность использования мембранной технологии для очистки сточных вод

1.3.Баромембранное разделение промышленных стоков

1.3.1. Микрофильтрация

1.3.2. Ультрафильтрация

1.3.3. Нанофильтрация

1.3.4. Основные тенденции в производстве мембран

1.3.5. Мировой рынок мембран и мембранной техники

1.3.6. Баромембранные установки и агрегаты

1.4.Основные положения теории массопереноса через мембрану

1.4.1. Технологический расчет баромембранных процессов

1.4.2. Поверхностные взаимодействия в поре

1.5. Заключение и постановка задач исследования

2. ОБЪЕКТЫ, МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ БАРОМЕМБРАННОГО РАЗДЕЛЕНИЯ

2.1. Описание экспериментальных установок и методика

проведения испытаний

2.2. Методика определения селективности, проницаемости

и усадки мембран

2.3. Методика определения концентрации целевого компонента в сточной воде

2.4. Выбор типа мембран для процесса разделения

2.5. Заключение по второй главе

3. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ОЦЕНКА ПРОЦЕССОВ МИКРОФИЛЬТРАЦИИ, УЛЬТРАФИЛЬТРАЦИИ, НАНОФИЛЬТРАЦИИ ПРИ РАЗДЕЛЕНИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ СТОКОВ

3.1. Исследование механизма массопереноса и кинетики

разделения

3.2. Математическая модель процесса баромембранного разделения сточных вод от примесей

3.3. Вывод уравнений баланса массы растворителя и концентрации целевого компонента

3.4. Влияние потери давления на процесс в канале мембраны трубчатого типа

3.5. Заключение по третьей главе

4.ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ПОВТОРНОГО ПРИМЕНЕНИЯ ЦЕННЫХ КОМПОНЕНТОВ В ПРОИЗВОДСТВЕ

4.1. Возврат акриловых дисперсий

4.2. Возврат синтетической шлихты

4.3.Возврат кубовых и прямых красителей

4.4.Возврат дисперсных, кислотных и пигментных красителей

4.5.Возврат ТВВ в производственный цикл

4.6. Очистка сточных вод от солей тяжелых металлов

4.7. Заключение по четвертой главе

5. СОЗДАНИЕ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ УСТАНОВОК И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ ПРОМЫШЛЕННОГО РАЗДЕЛЕНИЯ СТОЧНЫХ ВОД

5.1. Создание замкнутых систем водопотребления

5.2. Разработка и освоение мембранной техники и технологии для очистки стоков при производстве текстильных материалов

5.3.Использование мембранной технологии в процессе крашения пряжи и ткани кубовыми и активными красителями

5.4. Использование мембранной технологии при разделении ионов тяжелых металлов в сточных водах

5.5. Оборудование для осуществления процесса баромембранного разделения сточных вод

5.6. Практическое применение баромембранных технологий

5.7. Поляризационные явления и отложения на поверхности мембран

5.8. Создание методики инженерного расчета установок и технологических схем промышленного разделения отработанных сточных вод

5.8.1. Описание конструкции и принцип работы установки

5.8.2. Методика расчета установки

5.8.3. Гидравлический расчет

5.9. Эксплуатация баромембранной системы

5.9.1.Подготовка исходных фильтруемых растворов

5.9.2. Изменение свойств мембран

5.9.3. Изменение режимных параметров в модуле

5.10. Заключение по пятой главе

6. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ И ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ МЕМБРАННЫХ МЕТОДОВ РАЗДЕЛЕНИЯ СТОКОВ

6.1. Снижение затрат на производстве при возврате целевых компонентов

из сточных вод

6.2. Определение экономической эффективности баромембранных установок

по разделению стоков текстильныхпредприятий

Заключение и основные результаты

Список сокращений и условных обозначений

Список литературы

Приложение

ВВЕДЕНИЕ

Основной задачей ряда отраслей промышленности является упрощение технологических схем выделения продуктов. Эту задачу нельзя решить самыми разнообразными усовершенствованиями существующих процессов и оборудования. Единственный путь - это использование принципиально новых методов обработки растворов, что в сочетании с традиционными методами позволит сократить число технологических операций.

Российские и зарубежные специалисты интенсивно работают над созданием таких методов и, по мнению многих из них, наиболее перспективными для ряда отраслей промышленности являются баромембранные методы разделения смесей

- обратный осмос (ОО), нанофильтрация (НФ), ультрафильтрация (УФ), микрофильтрация (МФ). Главная особенность этих методов - наличие полупроницаемой мембраны, обладающей преимущественной проницаемостью по отношению к определенным компонентам разделяемой смеси. В настоящее время баромембранные процессы широко используются в системах водоподготовки, при концентрировании и фракционировании растворов, для опреснения соленых вод, очистки различных жидких отходов, концентрирования пищевых продуктов из растворов [1,2,3,6,15]. Принципиальным отличием данных процессов является отсутствие гетерогенности. И исходная смесь, и продукт, прошедший через мембрану (пермеат), и продукт, оставшийся над мембраной (ретант или концентрат), находятся в жидкой фазе и различаются лишь составом, т.е. соотношением количеств компонентов. Образование аморфного осадка - геля

- на поверхности полупроницаемой мембраны резко ухудшает условия ее работы, и с этим явлением необходимо бороться различными методами. Обратный осмос, как метод, главным образом, применяющийся для обессоливания природных вод, требующий больших энергозатрат при ведении процесса при высоких давлениях (более 5 МПа) в данной работе рассматриваться не будет.

Многочисленными исследованиями установлено, что эффект разделения в НФ, УФ обусловлен не простым механическим просеиванием молекул по их

размерам через поры в мембране, а может быть объяснен с учетом физико-механических взаимодействий между молекулами растворителя, растворенного вещества и мембраны [4,5,6,21]. Также существует мнение, что при МФ, УФ достаточно рассчитать соотношение размеров молекулы растворенного вещества и пор в мембране и определить селективна или нет данная мембрана по определенному веществу [7,8,9]. Работа автора заставляет иначе рассматривать данные процессы, показывает, что молекулярные взаимодействия, адгезионные и электростатические свойства разделяемых частиц с поверхностью и материалом мембраны играют существенную роль.

Области применения МФ, УФ, НФ не имеют четких границ, можно только приблизительно определить границы применения данных процессов из-за широкого спектра свойств и природы разделяемых баромембранными методами веществ.

При очистке технологических сред для различных отраслей промышленности баромембранные процессы имеют ряд преимуществ по сравнению с традиционными массообменными процессами благодаря меньшей энергоемкости и относительной простоте аппаратурного оформления. Вместе с тем решение этих проблем сопряжено с рядом трудностей, присущих самим мембранным процессам.

Во-первых, из-за низкой механической прочности мембран необходимо обеспечить высокую культуру производства, сборки и обслуживания мембранных установок.

Во-вторых, для поддержания высокой производительности установок необходима качественная предварительная подготовка (предподготовка) подлежащих разделению растворов, включая химические, физико-химические и физические методы. При этом нередко ее стоимость соизмерима с затратами на основную операцию. Поэтому для получения сверхчистых веществ или других конкретных материалов (сред), требуется разумное сочетание традиционных массообменных и баромембранных процессов.

Теоретической базой для моделирования процессов баромембранного разделения, создания инженерных методов их расчета и оптимизации, является теория массопереноса по определению селективности и производительности данной мембраны. Эти факторы могут быть изучены только на основе представлений о реальном механизме массопереноса для поиска путей повышения растворимости и коэффициента диффузии для одного компонента и понижения тех же величин для других компонентов смеси.

Следует отметить достижения в области теоретических и прикладных исследований по процессам и аппаратам разделения жидких смесей мембранными методами российских ученых: В.В.Кафарова [1-3], Л.С.Гордеева [4,5], Ю.И.Дытнерского [6-10], Р.Г.Кочарова [11,12], Захарова С.Л. [41,42], Е.П.Моргуновой [13,14], Ю.В.Карелина [15-16], В.П.Дубяга [17,18], Лазарева С.И. [43-45], Л.П.Перепечкина [19-21], И.О.Начинкина [22,23], Ю.К.Романенко [24,25], А.А.Свитцова [26,27], Панова Ю.Т. [37-39], А.А.Поворова [28,29], В.Н.Мынина [30,31], Г.В.Полякова [32,33], Е.А.Цапюк [34-36], М.Т. Брык [37,38] и др.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЦЕССОВРАЗДЕЛЕНИЯ СТОКОВ НА КОМПОНЕНТЫ ПРЕДПРИЯТИЙХИМИЧЕСКОЙ И ТЕКСТИЛЬНОЙ ОТРАСЛЕЙПРОМЫШЛЕННОСТИ С ПРИМЕНЕНИЕМ ПОЛИМЕРНЫХМЕМБРАН»

Актуальность проблемы.

Одним из приоритетных направлений развития науки, техники и технологии РФ, утвержденных Указом Президента Российской Федерации от 7. 07.2011г. №899, является повышение эффективности и совершенствование ресурсосберегающих промышленных технологий. Решение указанной проблемы в области химических технологий связано с процессами мембранного разделения, таких как микрофильтрация (МФ), ультрафильтрация (УФ), нанофильтрация (НФ), которые эффективнее и экономичнее обычных методов разделения. В последнее время во всем мире баромембранные (БМ) технологии применяют для обессоливания морской воды до питьевой, очистки сточных вод с целью выделения ценных компонентов, для концентрирования, очистки и разделения растворов высокомолекулярных соединений в различных отраслях промышленности.

Работа выполнялась в рамках решения Российских Государственных научно-технической программ (ГНТП) «Разработать интенсифицированные

технологические процессы и создать комплексные поточные линии с программным управлением для высококачественной отделки текстильных материалов» и «Экологически безопасные процессы химии и химической технологии» по заказу Государственного Комитета Российской Федерации по Высшему Образованию. В соответствии с этими программами в ИВГПУ проводились исследования по темам №№ 028119/41В, 028413.01/5Н, 02851205.01, 89.17П/15-5Н, 89.48.П/15-5Н, 028611.05/15-5, 91.29П/15-5, 9109П, 91.140В, 9208П, 9233П, 91.255П/15-5Н, 20.01.88П, 9367П, 9424П, и гранта РФФИ 09-08-97581 р_центр_а, направленным на разработку процессов разделения, концентрирования и очистки стоков химических и текстильных предприятий мембранными методами, что принципиально важно при создании соответствующего оборудования для замкнутых систем водоснабжения.

Несмотря на технологическую компактность, экономичность и минимальное энергопотребление этих методов, потенциал БМ процессов используется не в полной мере. Это относится к созданию устройств, позволяющих регенерировать, возвращать отдельные компоненты в производственный цикл, снижать расход потребляемой воды и тепловой энергии. Причина заключается в недостаточной изученности взаимодействия с полимерной анизотропной мембраной промышленных стоков химических, текстильных предприятий, содержащих латексы, соли тяжелых металлов, красители, пигменты, органические и неорганические коллоидные частицы, а также поверхностно-активные и текстильно-вспомогательные вещества (ПАВ и ТВВ). Таким образом, выбор технологических параметров и моделирование процессов разделения промышленных стоков, определение изменения свойств жидких полидисперсных систем, разработка методики инженерного расчета параметров процессов и аппаратов БМ разделения для создания малоотходных технологий, является актуальным.

Степень разработанности темы исследования.

Настоящее исследование является частью вышеуказанных программ и тематических планов университета, включает разработку баромембранных процессов и аппаратов разделения водных эмульсий, а также совершенствование способов и устройств для возврата ценных компонентов в производственный цикл, что позволяет при их применении повысить производительность, экономическую эффективность и ресурс оборудования, уровень промышленной и экологической безопасности. Значительное внимание уделено рассмотрению вопросов обеспечения параметров БМ разделения, выбору и проектированию мембранных аппаратов и систем для решения конкретных технологических задач в работах Р. Берда, С-Т Хванга, К. Каммермейера, Н.А.Плате, Ю.И.Дытнерского, С.В.Федосова, Р.Г.Кочарова, Н.В.Чураева, Б.В.Дерягина, С.Ф.Тимашева,

B.Н.Блиничева, Н.И.Николаева, Ю.Т.Панова, Л.А.Перепечкина, В.П.Дубяга, Е.Е.Каталевского, Г.Н.Флерова, С.Л.Захарова, А.А.Свитцова, Ф.Н.Карелина,

C.С.Шапошник, Л.А.Кульского, О.И.Начинкина, С.С.Духина, С.И.Лазарева, М.Т.Брык, Е.А.Цапюк, А.Г.Первова, А.А.Поворова, А.В.Бильдюкевич, С.П.Агашичева и др. Рассмотрены тенденции совершенствования оборудования в зависимости от параметров обрабатываемых сред, масштабов процесса и требований к конечному продукту.

Цели и задачи исследования.

Целью исследования является повышение эффективности процессов разделения стоков промышленных предприятий на компоненты, путем их моделирования и совершенствования научного обоснования изменения параметров аппаратурного оформления малоотходных энергосберегающих технологий.

Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи: 1. Разработка научных основ описания УФ, МФ, НФ разделения стоков, содержащих акриловые дисперсии, кислотные, прямые, анионные и катионные красители, нефтепродукты, текстильно-вспомогательные вещества, отработанные масла и создание на ее основе метода расчета установок;

2.Разработка теоретических положений по определению потери напора по длине трубчатой мембраны с учетом и без учета осмотического давления;

3.Проведение идентификации разработанной математической модели на основе экспериментальных данных процессов разделения стоков баромембранными методами (БМ) для получения эффективных значений проницаемости и селективности полимерных мембран;

4.Разработка на основе предложенного подхода процессов с добавлением реагентов, применением магнитных эффектов, нагревательных элементов, центрифугирования, с целью создания аппаратов разделения стоков химических и текстильных предприятий на компоненты, которые можно использовать повторно;

5.Подбор и испытание отечественных мембран для разделения промышленных стоков предприятий в зависимости от увеличения сопротивления слоя геля на поверхности мембраны от времени ведения процесса разделения;

6.Проведение экспериментальных и промышленных исследований влияния определяющих факторов на долговечность мембран и основные характеристики баромембранного разделения, концентрирования и очистки высокомолекулярных композиций;

7.Исследование практической, экологической и экономической целесообразности использования БМ разделения при переработке реальных технологических стоков предприятий;

8.Определение эффективных параметров БМ разделения, разработка технологических схем обработки стоков для получения и возврата пермеата, концентрата и тепловой энергии в производственный цикл. Общая характеристика объектов и методов исследования.

В качестве основных объектов исследования исследовали мембраны отечественного производства: микрофильтрационные марок МФЦ-2, МФЦ-3, УМТ, МПМ-450, УМТ-10, ПВХ, УПМ, УНФЛ, МГА, МФФК-1, МФА, ультрафильтрационные марок ПСА, Ф-1, Ф-42Л, ПСУ-10, УАМ-100, ПА-20, нанофильтрационные марок УНФЗ, ОФМН-П - для разделения,

концентрирования и очистки сточных вод, содержащих акриловые дисперсии, жировые и мылосодержащие вещества, нефтепродукты, красители различных классов, ПАВ, ТВВ, традиционно применяемых в химической и легкой промышленности.

При выполнении работы применяли следующие физические и физико-химические методы исследования: спектрофотометрия отражения и поглощения в видимой части спектра, световая электронная микроскопия, стандартные методы оценки параметров мембран, пермеата и концентрата. Физико-механические характеристики тканей и физико-химические показатели качества их окраски определяли в соответствии со стандартными методиками и действующими ГОСТ. В работе применялись стандартные и специально сконструированные установки. Обработку результатов измерений проводили методами математической статистики.

Соответствие паспорту специальности

Работа соответствует паспорту специальности в части формулы специальности и - «содержание которой базируется на физических и химических явлениях (перенос энергии и массы, физико-химические воздействия на перерабатываемые материалы)»; «научная дисциплина ориентирована на совершенствование аппаратурного оформления технологических процессов с позиций энерго- и ресурсосбережения, использования особенностей нестационарных режимов с позиций экологической безопасности и надежности химических процессов и производств»; «включает также научное решение проблем создания процессов и аппаратов, разработку технологических схем на производствах, образующих большое количество отходов, которые необходимо и возможно использовать в качестве повторного сырья»; в части области исследования специальности - «Методы изучения химических процессов и аппаратов, совмещенных процессов»; «Методы изучения и создания ресурсо- и энергосберегающих процессов и аппаратов в химической и смежных отраслях промышленности, обеспечивающих минимизацию отходов и сточных вод»; «Методы изучения, расчета, интенсификации и разработки механических

процессов»; «Принципы и методы синтеза ресурсосберегающих химико-технологических систем с оптимальными удельными расходами сырья. Топливно-энергетических ресурсов». Научная новизна работы.

Разработаны и развиты научные и методологические основы единого подхода процессов МФ, УФ, НФ разделения высокомолекулярных композиций стоков промышленных предприятий на компоненты, на базе феноменологических дифференциальных уравнений математической физики, учитывающих влияние проницаемости и селективности полимерных мембран на динамику и кинетику совмещенных процессов, с целью получения пермеата и концентрата с требуемыми показателями.

На основе предложенного подхода разработаны: -математические модели для определения потери давления по длине мембранного канала трубчатого типа для инженерных методов расчета аппаратов, реализующих баромембранные процессы;

-математические модели совмещенных процессов МФ, УФ, НФ разделения на основе учета влияния сопротивления селективного слоя мембраны, гелеобразования на поверхности мембраны и закупорки пот от времени; -математические модели массопередачи в МФ, УФ, НФ процессах на основе критериальных уравнений и способы интенсификации возврата ценных компонентов в производственный цикл;

-на основе полученных результатов экспериментальных исследований выполнена идентификация моделей тепломассопереноса при разделении на МФ, УФ мембранах стоков, содержащих сернистые и кубовые красители при добавлении серной кислоты;

-для очистки сточных вод отделочных предприятий текстильной промышленности от ионов тяжелых металлов (хрома, цинка, кадмия, меди, никеля, железа), трубчатыми и плоскими полимерными УФ, НФ мембранами от 33 до 100% доказана необходимость добавления комплексонов - динатриевой

соли этилендиаминтетрауксусной кислоты, полиакриламида, оксиэтилиден-дифосфорной кислоты;

-для эффективного разделения сточных вод, образующихся при расшихтовке тканей, основные нити которых ошлихтованы синтетическими препаратами, предложен способ и устройство обработки тканей запариванием, которое осуществляют перед промывкой насыщенным водяным паром в течении 3,54,0 с, что позволяет регенерировать шлихту при разделении на УФ мембранных элементах, а очищенную воду повторно использовать в технологическом процессе;

-при УФ разделении акриловых дисперсий с начальной концентрацией 0,5-0,7 г/л (этилакрилаты, бутилакрилаты, метилметакрилаты, акрилонитрил, стирол, этиленгликоль, этиленбензол, венилацетат, акриловая кислота) создают условия для турбулизации ламинарного пограничного слоя над мембраной для последующей их реутилизации;

-предложены новые конструкции устройств для предварительной очистки стоков от мелкодисперсных примесей, волокнистых включений и защиты селективной поверхности мембран на установках баромембранного разделения.

На основе полученных моделей сформулирована и решена задача эффективного разделения стоков на МФ, УФ, НФ отечественных мембранах с целью создания малоотходных технологий в химической и текстильной отраслях промышленности.

Разработаны научные и методологические основы описания стабильности работы МФ, УФ, НФ процессов разделении жидких сред химических и текстильных предприятий. Теоретическая значимость работы.

Теоретическая значимость работы состоит в разработке научных основ нового подхода к моделированию и расчету совмещенных МФ, УФ, НФ процессов разделения, более адекватно описывающих изменение селективности и проницаемости полимерных мембран с учетом сопротивления закупорки пор, что позволяет ставить и решать новые задачи по повышению эффективности,

проектированию и модернизации химико-технологического оборудования. Для данных БМ процессов и аппаратов разработан ряд алгоритмических и программных средств реализации нового подхода в практике моделирования и расчета.

Практическая значимость работы.

На основании теоретических и экспериментальных исследований создана методика расчета баромембранных установок с использованием трубчатых мембран. Разработаны способы разделения сточных вод при конструктивной простоте и малых энергетических затратах, которые позволяют достичь высокой степени очистки, сопоставимой с качеством вод, прошедших глубокую многостадийную очистку. Это относится к очистке промышленных стоков, используемых при промывке тканей, ошлихтованных синтетической шлихтой на основе поливинилового спирта (А.с. 1444424), промывной воды от кубовых (Пат.1782938), активных, сернистых, кислотных (Пат.2083509), прямых (Пат. 1589086) красителей, пигментов (Пол. модель 77794), акриловых дисперсий (Пат.1789378), нефтепродуктов (Пол. модель 129926,126959,161201, пат.2396228) и ионов тяжелых металлов (Пат.1816349). Локальная очистка отработанных горячих сточных вод методом МФ и УФ с дозатором щелочи, позволяет достаточно быстро вернуть очищенную воду в производственный цикл (Пат.2346466, 1680260, 23616737), что обеспечивает экономию тепловой энергии. При очистке данными методами 1 м3 отработанной горячей воды с температурой 370 К рекуперируется до 0,1 Гкал тепловой энергии. Разработаны технологические режимы, обеспечивающие сокращение энергетических и материальных затрат при сохранении требуемого качества выпускаемой продукции. Выявлена возможность достижения степени очистки сточных вод отделочных предприятий хлопчатобумажной промышленности от ионов тяжелых металлов (хрома, цинка, кадмия, меди, никеля, железа), трубчатыми и плоскими полимерными УФ, НФ мембранами от 33 до 100% при применении комплексонов - динатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты, полиакриламида, оксиэтилиденди-фосфорной кислоты с различной концентрацией от 0,001 до 0,05

г/л. Доказано, что эффективный режим при ультрафильтрационном разделении акриловых дисперсий (этилакрилаты, бутилакрилаты, метилметакрилаты, акрилонитрил, стирол, этиленгликоль, этиленбензол, венилацетат, акриловая кислота) - скорость потока жидкости над мембраной более 3,5 м/с, рабочее давление 0,25 МПа, подача сжатого воздуха с давлением 0,26 МПа для турбулизации ламинарного пограничного слоя, температура 293-313 К, рН 6,5-8,5, степень концентрирования не более 10-12.

Представлены данные по повышению селективности и срока службы УФ мембран при разделении промышленных сточных вод, содержащих анионные красители, с добавлением предконденсата дициандиамида с формальдегидом в массовом соотношении с красителем 5:1 - 30:1. Предложены новые устройства для предварительной очистки сточных вод от мелкодисперсных примесей и волокнистых включений и защиты селективной поверхности мембран на установках баромембранного разделения. Разработан и изготовлен ряд установок, проведены их промышленные испытания и сданы в постоянную эксплуатацию на фабрике нетканых материалов в г. Сыктывкар, на комбинате им. Ф.А.Самойлова в г. Иваново, на фабрике им. О.А.Варенцовой в г. Иваново, на фабрике им. Ф.К.Зиновьева в г.Иваново, МГП «Риктос» в г. Иваново, на фабрике В.Н.Слуцкой в г. Санкт-Петербург, на фабрике «Свет» Владимирской области, на ПО «Химволокно» в г. Каменка, на ПХБО в г. Донецк, на АО «Родники-Текстиль» в г. Родники, в центре по исследованию и развитию х/б производства в г.Лодзь, на АО «Авангард» в г. Юрьев-Польский, на ХБК «Приволжская коммуна» в г. Наволоки, на АО «Трехгорная Мануфактура» в г. Москва.

Для разделения различных сточных вод определен свой наиболее эффективный тип мембран и даны рекомендации по длительному применению мембран типа ПСА (полисульфонамидные), Ф-1 (фторлоновые), МФА (на основе ацетата целлюлозы), МФФК (на основе сополимера винилидефторида и тетрафторэтилена), УНФЗ (композитные) в промышленных условиях. Использование разработанных технологических режимов для разделения сточных вод позволяет уменьшить производственную площадь, занимаемую очистными

сооружениями, при этом экономится от 12 до 30% ценных компонентов, которые можно вернуть в производственный цикл, а также до 80% потребляемой воды. Предлагаемая баромембранная технология позволяет снизить выбросы биологически жестких и вредных с экологической точки зрения продуктов, повысить энерго- и ресурсосбережение на предприятиях легкой

промышленности. Оценка экономической эффективности от повторного использования пермеата и концентрата и тепловой энергии показывает целесообразность внедрения данных технологий.

Достоверность и обоснованность полученных результатов подтверждается использованием апробированных методов математического моделирования; совпадением результатов расчета показателей работы промышленных аппаратов и экспериментальных данных; сопоставлением полученных результатов с опубликованными результатами исследований других авторов; проведением экспериментальных исследований на предприятиях химической и текстильной отраслей промышленности с использованием стандартных методов и средств измерения параметров.

Методология и методы исследования. Методология исследования диссертационной работы включает системный подход с учетом основной цели и всех аспектов поставленных проблем исследований при разделении стоков ткацкого, отбельного, отделочного производств текстильных предприятий, на основе созданных лабораторных и передвижных промышленных установок с полимерными анизотропными микро-, ультра- и наномембранами.

Методологической основой диссертационных исследований служат научные разработки отечественные и зарубежных ученых в области баромембранного разделения водных растворов, регенерации ценных компонентов и увеличения срока службы полимерных мембран, обобщенные методы, базирующиеся на обобщении, эксперименте, сравнении и анализе полученных данных.

При проведении исследований использовались стандартные физико-химические, физико-механические, биологические и математические методы.

Положения, выносимые на защиту.

- выявленные закономерности влияния исходной высокомолекулярной композиции сточных вод на процесс баромембранного разделения, концентрирования и очистки различными типами полимерных отечественных мембран;

- способы и устройства для концентрирования, очистки и разделения водных растворов, содержащих акрилаты, красители, пигменты, нефтепродукты, СПАВы, ТВВ, ионы тяжелых металлов, отработанные масляные эмульсии и масла с использованием полупроницаемых полимерных мембран, позволяющие использовать полученный пермеат в основном производстве как техническую воду с рекуперацией тепловой энергии, а концентрат в качестве технологической добавки в основном производстве;

- экспериментальные результаты по влиянию внешних факторов на качественные и количественные характеристики пермеата и концентрата;

- математическую модель разделения сточных вод, на основе создания активного гидродинамического потока над мембраной с учетом увеличения сопротивления слоя геля на поверхности мембраны от времени ведения процесса;

- технологические схемы и устройства по разделению компонентов сточных вод производства нетканых материалов, отделочного производства текстильных предприятий, мазутного хозяйства с применением полимерных анизотропных мембран;

- методику расчета кинетики концентрирования водных растворов производственных стоков при гидродинамической стабилизации разделяемого потока.

Личное участие автора. Разработаны научные основы моделирования совмещенных процессов (МФ, УФ, НФ) на основе уравнения Дарси, с учетом влияния сопротивлений, диффузии и коэффициента проницаемости мембраны. Разработаны новые методы определения концентрации компонентов в стоках, новые варианты предварительной очистки исходных растворов и жидкостей для финишного разделения баромембранным методом. По результатам

экспериментальных исследований разработан алгоритм идентификации математической модели и программы подбора мембран для конкретных стоков. Спроектирована техническая документация ряда мембранных установок, отработаны технологические режимы возврата компонентов и тепловой энергии в производственный цикл. Произведено внедрение установок на 15 предприятиях химической и текстильной отраслях промышленности. Личный вклад соискателя состоит в выборе направления исследования, постановке конкретных задач, разработке методик экспериментов и их реализации, научном анализе и интерпретации полученных результатов. Изложенные в диссертации результаты отражают самостоятельные исследования автора и его работы, выполненные в соавторстве. Достоверность полученных результатов подтверждена взаимной согласованностью данных, полученных при использовании комплекса физико-химических методов исследования. Диссертант непосредственно принимал участие при конструировании баромембранных установок, разработке технологических режимов эксплуатации, опытно-промышленной проверке и внедрении их в промышленном масштабе.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались, обсуждались и получили положительную оценку на Всесоюзных и международных конференциях: «Социально-экономические проблемы текстильной и легкой промышленности», ИвГУ, Иваново, 1999; «Прогресс», ИГТА, Иваново, 1992, 1990, 2006-2016; «Создание и внедрение современных аппаратов с активными гидродинамическими режимами для текстильной промышленности и производства химических волокон», МТИ, Москва, 1993; «Современное состояние проблемы и перспективы энергетики и технологии в энергостроении», ИЭИ, Иваново, 1994; «Новое в технике и технологии текстильного производства», Иваново,1990; «Поиск стратегии выживания», Владимир, 1990; «Мембранные методы разделения смесей», Суздаль, 1991; «Новые технологии в текстильной промышленности», Херсон, 1992; «Теория и практика фильтрования», Иваново,1996; «Россия на пороге XXI века», Архангельск, 2001; «Ауезовские чтения», Шымкент, 2011, 2012; «Современные

материалы, техника и технология», Курск, 2014-2016; «Пожарная и аварийная безопасность», Иваново, 2015; «Актуальные проблемы науки на современном этапе развития», Екатеринбург, 2015; «Транспортные системы Сибири», Красноярск, 2016; «Моделирование в автоматизированном управлении лесным комплексом» Воронеж, 2015; «Информационная среда вуза», Иваново, 2006-2016. Публикации. По материалам диссертации опубликовано 114 печатных работ, 7 публикаций, цитируемых в Scopus, 29 в журналах, рекомендованных ВАК РФ, 88 докладов по материалам конференций, 3 описания экспонатов в каталогах выставок. По результатам диссертационной работы получены 11 авторских свидетельств, патентов на изобретение и полезную модель, а также вышло 12 отчетов НИР.

Структура и объем диссертационной работы. Работа состоит из введения, 6 глав, заключений, приложений, списка литературы из 314 наименований. Основная часть диссертации содержит 334 страниц машинописного текста, в число которых входят 58 рисунков и 31 таблица.

В первой главе_анализируется современное состояние проблем

конструирования, моделирования и расчета аппаратов для мембранного разделения ВМВК, выбор путей улучшения эффективности разделения по селективности или по производительности данной мембраны. Рассмотрены теоретические положения, связанные с механизмами МФ, УФ и НФ разделения водных растворов органических и неорганических соединений в пористой перегородке и методы ведения процесса при изменении растворимости и коэффициента диффузии компонентов, подбора мембран с более высокой степенью разделения.

Промышленность в настоящее время не реализует всех возможных областей применения мембранных методов, причины в недостаточном исследовании мембран для конкретных процессов и видов компонентов разделения. Например, нельзя считать, что полностью раскрыт механизм этих процессов, без которого невозможна разработка теории направленного получения мембран с заранее заданными свойствами, технологический расчет мембранных процессов и

аппаратов, включающий обязательную постановку предварительных экспериментов.

Вторая глава посвящена разработке и описанию экспериментальных установок, методики проведения испытаний, исследованию влияния параметров ведения процесса разделения, выбору типа мембран для конкретного процесса, анализу структуры применяемых мембран и оценке экспериментальных исследований.

В третье главе изложены теоретические и экспериментальные исследования механизма массообмена процессов МФ, УФ и НФ, дано математическое описание закономерностей кинетики баромембранных процессов, влияние сопротивления мембраны и примембранного слоя геля, изложены решения краевых задач массопереноса и дан их качественный анализ.

Список литературы диссертационного исследования доктор наук Осадчий Юрий Павлович, 2017 год

ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА

Хв Зс^иг^'е,» РъсЛссс^ \ /9С.Г *з р.лс!,

2. ОАГ1 Н; л*. ¿1,9 РгсиЯХ/ г, />.В/.

3. М.Т.Брык, В.А.Папюк, К.Б.Греков и др. Применение мембран для создания систем кругового водопотребления. М.:Химия, 1990,40с.

4. Технологический регламент процесса предварительной очистки сточных вод. ГПИ-Ю, Ульяновск, 1985.

СОГЛАСОВАНО

УГВЕЩЦМ) Заместитель директора ИвН! по — " " к.т.н.

Главный инженер Каменского

г

^^Й^Й-Сибриков.

/У. ,ч?т х /г

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РЕЖИМ

ультрайильтрационной очистки сточных вод, содержащих пигментные и кислотные красители

Ультрафильтрационной очистке (разделению) подвергаются сточные воды после промывки сетчатых шаблонов печатной машины (пигмен' нал печать нетканого полипропиленового декоративного полотна), а также после промывки флаконов бытовой синьки "Лайне", изготовленной на основе кислотных красителей.

Промывные воды имеют нейтральную реакцию: рН 6,5-5-7,5. После промывки сетчатых шаблонов сточные воды содержат следующие красители: пигмент розовый ЖТП, пигмент оранжевый прочный ТП или кубовый ярко-голубой ЗД. При моделировании процесса очистки сточных вод в лабораторных условиях концентрация указанных красителей принята 0,3-0,4 г/л. При этих условиях обеспечивается максимальная селективность и производительность ультрафильтров Ф-1.

После промывки флаконов с синькой сточные воды содержат смес] красителей кислотного голубого 0 и кислотного фиолетового С общш содержанием 0,20-0,25 г/л.

1. Подготовка к работе

1.1. Промывка УФ установки в режиме циркуляции в течение 15 мин. умягченной водой с температурой 10-25 °С.

1.2. Заполнение емкости УФ установки разделяемой водой до необходимого уровня. Температура воды 10-25 °С (без подогрева).

2. Режим разделения промывной воды

2.1. Включение центробежного насоса УФ установки на циркуляцию разделяемой воды с постоянным отводом пермеата.

2.2. Промывная вода, содержащая пигменты, подвергается ультрафильтрационному разделению без предварительной обработки.

2.3. Промывная вода, содержащая кислотные красители, подвергается разделению по двум вариантам:

Продолжение приложения П16

2.

а) без предварительной обработки;

б)* с предварительной обработкой едким натром в количестве 0,5-0,7 г/л и хлоридом бария в количестве 1-1,5 г/л при температуре Ю-25°С. Раствор перемешивается в течение 2-3 мин, отстаивается в течение 15-20 мин и затем подвергается разделению.

2.4. Параметры ультра^ильтрации Температура разделяемой промывной воды,°С Скорость разделяемого раствора над мембраной, м/с Давление на входе в мембранные элементы, МПа Давление на выходе из, мембранных элементов, МПа Время разделения промывных вод /V« = 1,1 м3); мин для пигментов для кислотных красителей Конечный объем концентрата, м3 Конечная концентрация красителей в концентрате, г/л в пермеате, мг/л

3. Слив концентрата Включение системы слива концентрата из рабочей емкости

УФ установки в бочкотару для утилизации.

4. Промывка УФ установки

Промывка мембранных элементов производится свежей умягченной водой или пермеатом в течение 30 мин. После слива промывной вода мембранные элементы заполняются свежей умягченной водой.

При соблюдении указанного технологического режима ультрафильтрационная установка обеспечивает очистку локальных стоков от кислотных красителей в среднем на 84 от пигментов - на 98-99 %. При этом содержание красителей в пермеате не должно превышать 25 мг/л, а хлорида бария 10 мг/л, что позволяет спускать егс в очистные сооружения для биологической доочистки или использовать повторно для промывки.

* По варианту "б" селективность на

Руководитель работы, зав.

лабораторией тепломассообмена к.т.н. - •

Исполнители:

С.н.с. к.т.н.

М.н.с.

10-25 2-4

0,2-0,3 0,05

40-45 45-50 0,3

0,7-1,4 20-25

УТВЕРЖДАЮ

й инженер АО"Комитекс

и

Н.К.Заборский 1993г.

А К Т

по исследованиям и оптимизации расходов реагентов при очистке сточных вод клеевого производства.

Предварительная очистка сточных вод представляет собой отделение акриловых эмульсий производства клееных материалов и стоков от производства товаров народного потребления перед сливогл еоды в канализацию. Разделение происходит при добавлении хлорного железа (30$) и аммиачной воды (25$). Сточная вода из сборников насосом непрерывно подается в дозатор, откуда самотеком поступает в смеситель. Регулировка количества реагентов производится в ручную. Из смесителя обработанная иода самотеком поступает в предварительный отстойник объемом 3,5 м'4, работающий непрерывно. Взвешенные частицы скоагулированных акриловых диспереий под действием силы тяжести оседает на дно отстойника, очищенная года удаляется из верхней части отстойника и подается самотеком на дальнейшее отстаивание.

Исходная концентрация латегса (3-6г/л) оказывает существенное влияние на эффективность работы реактора. При концентрации

3 г/л полиакрилатов в сточной воде и при скорости движения еоды

4 мм/с, остаточное среднее значение латексных включений составляет С,С7 г/л. Это соответствует рзсходу 4 м3/ч. Оптимальное значение расходов реагентоЕ находится в пределах: хлорное железо -3-5"г/л, аммиачная вода по достижении рИ -.7,0-8,5. Дальнейшее увеличение скорости потока сточных еод приводит к постепенном;/ повышению остаточной концентрат"' акоиловой дисперсии до 0,1-0,3 г/л

Баланс расходоЕ пгюцесса очистки будет следующий: А + В 4 F + Ai * (F+AB+A)+& = к + В

где А- акриловая дисперсия;

В - вода :,

F- хлорное железо; Afc - ам! иачная Еода: |< - коэгуляум.

При подаче сточной боде на коагуляцию необходимо установить расходомер существующих конструкций или расходомер системы йвнити и поставить расход сточной еоды 4 м3/ч. Б зависимости от исходной кон центрации, регулируя расход, можно добиться эффекта очистки 96-88%.

Решение задачи эколого-экономической оптимизации процесса очистки сточных вод зависит от факторов, влияющих на снижение содержания акриловой дисперсии е очищенной воде.Решение данного уравнения позволит минимизировать затраты на процесс очистки:

где + - время реакции сточных вод с реагентами; £ время осаждения и коагуляции; С - концентрация акриловой дисперсии е исходной сточной воде; т - число реагентов.

Дальнейшие вопросы по оптимизации предварительной очистки стоков клеевого производства б; дут рассмотрены е следующем этапе.

Руководитель работы Инженер-химик

Е.Н.Афанасьева

Приложение П18 УТВЕРВДАЮ

:енер АОЧКомитекс _ Н.К.Заб'орский

Т993г

АКТ

по разработке технических требований для оборудования при очистке стоков клеевого производства реагентным методом с обезвоживанием осадка, выявление оптимальных вариантов добавок реагентов (кальцинированной соды и хлорного железа), составление технологического режима процесса очистки

Проведены исследования по выявлению оптимальных концентраций раствора кальцинированной соды ( &&) и хлористого железа при очистке сточных вод, содержащих латексы типа БМНК 60А, БНК 302, БНК-40,СНК-40-Т. Аммиачная вода заменяется более дешевым сырьем - содой и удаляется из сточных вод азот аммонийный. В сточную воду с концентрацией 3% полимерных частиц латекса добавляли хлористое железо в дозах 0,5-1,0 г/л, который избирательно коагулирует латексные частицы каучукового типа.

Процесс идет в щелочной среде (рН=9-Т0) , добавление соды - МвгСо^ . В соответствии с технологическим процессом получения клееных нетканых материалов сточные воды фабрики представляют собой многокомпонентную смесь молочно белого цвета, содержащую частицы латекса, сшивающие агенты, поверхностно-активные вещества, катализаторы сшивки, загустители, пеногасители. Эти сточные воды не обладают способностью к биохимическому разложению (окислению), так как частицы латекса собираются на хлопьях активного ила, постепенно прекращая доступ к ним кислорода и затрудняя эксплуатацию трубопроводов. На рис. представлена схема очистки сточных вод . Из накопителя I сточные воды насосом подаются в регулятор расхода воды 2 и затем самотеком поступают в смеситель 3, куда подаются растворы реагентов 4. Реагенты с помощию дозирующих устройств вводятся в обрабатываемые стоки в виде растворов. Перед дозировкой коагулянта в стоки вводится раствор кальцинированной соды (до рН 9-10).Из смесителя 3 скоагулированные сточные* воды подаются на реактор непрерывного действия 5 Образующийся осадок отводится из реактора в сборнив осадка б для уплотнения, подается на вакуум фильтр 7, где обезвоживается, затем собирается в емкость 8. Флотирующийся осадок удаляется в сборник пены 9, подается на вакуум-фильтр и вывозится в места захоронения. Сточные воды из реактора

подаются на вторую ступень очистки - вертикальные отстойники 10. Для усовершенствования технологии очистки сточных вод на фабрике возможно применить при двухступенчатой системе очистки повторного использования коагулюма. С этой целью осадок, содержащий непрореагирующее хлорное железо со второй ступени очистки (вертикального отстойника), подается на первую ступень очистки - смеситель и далее в реактор непрерывного действия. Данная технология позволяет экономить до 20% реагента (хлорного железа), исключает его попадание в очищенную воду, что снижает солесодержание воды и обеспечивает стабильность среды.

После отстойников осветленные сточные воды самотеком попадают на третью ступень - фильтры II, загруженные отходами нетканых материалов для задержания оставшихся взвесей, и затем в резервуар очищенных стоков или канализацию. После данной очистки сточные воды в значительной мере утрачивают свои агрессивные свойства и становятся доступными для завершающей биологической очистки.

Хлорное железо, используемое для коагуляции длжно удовлетворять следующим требованиям: содержание хлорного железа не менее 30%, содержание нерастворимых в воде веществ не более 3%.

Сода представляет собой белый порошок , хорошо растворимый в воде. Растворы тлеют явно выраженную щелочную реакцию. По сво-

им химическим свойствам они обладают всеми свойствами солей. Массовая доля в водном растворе не менее 15%.

Технологический процесс очистки сточных вод. Процесс очистки сточных вод включает следующие стадии:

- прем сточной воды в бак накопитель;

- устанавливается определенный расход воды в смеситель;

- в смесителе производится добавка реагентов^ хлористое железо в растворе и содового раствора ( добавляют к воде соду и дают

отстояться 30 минут ).

- далее сточная вода поступает в реактор непрерывного действия;

- пена поступает в сборник пены;

- осадок на обезвоживание;

- очищенная вода поступает в вертикальные отстойники;

- осветленная фракция доочищается на механических фильтрах с загрузкой из отходов нетканого материала;

- дальше идет слив в канализацию или в сборник для повторного использования сшочной воды.

Состав очищенной воды представлен в таблице

Показатели

Норма

После очистки

Цвет Запах

б/ц б/з

б/ц б/з

3

рН 6,5-8,5 8,0-9,5

ХПК (химическое потребление кислорода),мг/л 275 250

Взвешенные вещества, мг/л 160 80-120

Железо в виде ионов, мг/л 5 3

ВПК (биологическое потребление кислорода)мг/л 230 60

Хлориды, мг/л 130 150

Азот аммонийный, мг/л 9 0

Руководитель работы С.н.с.,к.т.н.

С. н» с»

М.н.с.

г\

Ю.П.Осадчий Г.В.Роженцева Е.Н.Афанасьева

Глав

^жб^ер АО "Комитекс" Н.К.Заборекий

1993г.

АКТ

по результатам и .следований состава сточных вод, содержащих отечественные связующие БМНК 60/А, БНК-302

Сосшв сточных зод, содержащих БМНК 50/А,БКК-302, приведен в таблице :

БМНК/50А

с».

БЕК-302

бутадиен

нитрил акриловой кислоты метакрилозая кислота метилметакрилат

щелочные добавки, катализатор, вода бутадиен

нитрил акриловой кислоты

метакриловая кислота

щелочные добавки,катализатор, вода

с - с. и = с //2

С(/2 = он - с *г с

см, #о

С^'С-О^ о.

С.Н, ^

3 сточных водах концентрация ингредиентов составляет 3-5 г/л. Непредельные карбоновые кислоты и сложные эфиры реагируют с основаниями, спиртами и т.д. Они также обладают способностью образовывать высокомолекулярные соединения, например, при добавке к мета-криловой кислоте метанола образуется пластмасса - полиметилметакри-лат.

Результаты анализа сточных вод получены следующие:

Показатели

Сточная вода (БМНК/60А, БНК-302)

рН

Сухой остаток, мг/л Цветность Прозрачность ХПК,мг/л

6,3 3450 белый отсутстз.

2590

При добазлении хлорного железа и аммиачной воды в реакторе предварительной очистки сточных вод по существующей технологии происходит расслоение связующего. Часть латекса в отстойнике поднимается вверх, а часть зыпадает в осадок, что дает основание из-

менять технологию очистки, которая использовалась при разделении стоков со связующими типа Аппретан, Лактон.

Агрегативная устойчивость латексов БМНК760А и БНК-302 невелика из-за.высокоразвитой межфазной поверхности. Факторы влияющие ка коагуляцию латексов следующие: воздействие повышенной температуры, замораживание-оттаивание, добавление электролитов, неорганических солей, скол,механических нагрузок.

Коагуляция может быть явная и скрытая, когда агрегированные глобулы могут быть обнаружены с помощью оптических приборов. Для разбавленных растворов размер глобул определяется по уравнению Рэлея (1,2) я -^

V - к)

• й О

где побьем частицы, см";

V коэффициент мутности системы; см'г к коэффициент преломления среды; см ¿✓¿"объемная доля полимерной фазы.

Влияние различных факторов на коагуляцию будет исследовано в следующих этапах работы.

Использованная литература:

1.Лебедев А.В. Коллоидная химия синтетических латексов. Л.,1976.

2.Барабанов Г.Л. и др. Лабораторный практикум по технологии нетканых материалов.М., 1988.

Руководитель работы, ст. н. е., к.т.н.

согласовано

АКТ

испытаний мембранной установки по очистке промывных зод отбельного цеха

На ткацко-отделочной фабрике "Авангард" суровая хлопчатобумажная пряжа № 40/2 отбеливаемся по однофазному щелочко-перекис' ному способу в аппаратах "Хксака-200". Емкость аппарата 2400 л. В состав отбеливающего расзвора входят следующие компоненты: перекись водорода, 100$,г/л 0,5-1,0

силикат натрия, пл. 1,4, г/л 0,62-0,63

едкий натр, 100$,г/д 1,5-2,0

смачиватель ОП-3, г/л 0,40-0,42

По технологическому режиму после беления пряней следуют четыре промывки. Расход зоды на каждую партию прямей составляет 10,8м 3 смену на каждом аппарате отбеливают по две партии пряжи массой 200 кг. Расход воды в смену составляет 21,6 м3, а б месяц 1404 м3. Вся отработанная вода с аппаратов сливается в канализацию без всякой очистки.

бЬтав промывной воды отбельного цеха приведен а таблице I

Таблица -I

релюкс ПРС, г/л

О, 08-0,10

'Пока за тел ГГ

величина

0,052 0,003 3,24 13,5 0,346 460 430 1200 960

3 лабораторных условиях проведены эксперименты по ультрафиль трационному разделению сточных зод отбельного цеха с использованием полупроницаемых полимерных мембран тина БТУ-О, 5/2,. Наиболее эффективными оказались мембраны Ф-1 С фторпластовые),которые на 25% производительнее мембран 'ПСА (полисульфонамидных).

В производственных условиях проведены исследования на мембранной установке с трубчатыми ультрафильтрами БТУ-0,5/2 марки

Разделению подвергались промывные воды отбельного цеха, состав которых приведен выше. Определены основные показатели пермеата при разделении и очистке промывной воды 2-4 промывок отбельного цеха» которые приведены в таблице 2,

Таблица 2

Показатели

Значения

Содержание , г/л

Содержание , г/л

Прозрачность, см рН

Оптическая плотность Взвешенные зещесжза, мг/л Сухой остаток, мг/л ВПК, мг/л ХПК, мг/л

0,02 следы 27

8, а

0,04 нет

860 зад

560

Проницаемость мембран Ф-1 при указанных выше параметрах сост* вила.385 л/См^ч)* селективность мембран по отношению к оптической плотности 83$, по взвешенным веществам 100$, по сухому остатку 82$, по ХПК Ъ%, по ВПК 62, %, (Держание уменьши« ' лось на 38$, содержание в пермеате оаалось почти без

изменения, но незначительное ее количество можно отнести к

быарому разложений,

'Шким образом, очищенные промывные воды по мембранной технол гии, промывок можно направлять на повторное использование

для технологических операций» шрзую промывную воду из-за высоко щелочности сбрасывать в канализацию.

Технологическим режим работы мембранной установки по очистке промывных вод на трубчатых мембранах марки М будет следующий,

1« Подготовка мембранной установки к работе. 1.1» Промывка ультрафильтрационной уавновки в режиме циркуляции в течении 15 мин. умягченной водой .. температурой 10-3 5°С. 1.2» Заполнение емкости установки промывной водой до необходимого уровня. 2. Режим разделения.

2Л. Включение центробежного насоса УФ установки на циркуляцию промывной воды с постоянным отводом пермеата»

2.с, Параметры процесса ультрафильтрации: Температура разделяемой жидкости Скорость разделяемрй жидкости над мембраной Давление на входе Давление на выходе Конечный обьем концентрата

3. Слив концентрата в канализацию.

4« Промывка установки производится свежей умягченной зодог или пермеато}. в течении 30 мин »Во время длительного простоя необходимо содержать мембранные элементы под наливом . При соблюдении указанного технологического режима мембранная установка обеспечивает очистку промывных еод с возвратом пер-меата в технологический цикл, что уменьшает нагрузку на очистные сооружения и дает значительный экологический эффект от нена-кеоения ущерба окружающей среде.

45-65 С 2,5-3, Ом/

0,18 М

О,С55Й

Руководитель работы, к,т.н. |}.п,0садчий

Ответственный исполнитель ; Б.К.Афанасьева

СОГЛАСОВАН* Главный инженер ткацко-отделочно;*

АКТ

по результатам испытали" мембранной установки по очистке пэомыяных вод отбельного цеха

На ткацко-отделочной фабрике "Авангард" суровая хлопчатобумажная пряжа 40/2 отбеливается по однофазному щелочно-пеоекисному способу в аппаратах иХисака-200" (Япония), "мкость аппарата 2400 л. В состав отбеливающего раствора входят следующие компоненты: перекись водорода, ТОО*,г/л 0,9 - 1,0

силикат натрия, пл. 1,4, г/л 0,62 - 0,63

едкий натр, 100*, г/л 1,6 - 2,0

смачиватель ОП-6, г/л 0,40 - 0,42

релюкс ПРС, г/л 0,08 - 0,Т0

По технологическому режиму после беления пряжи следуют четыре промывки. Расход воды на каждую паотию пряжи составляет ТО,8 м3. В смену на каждом аппарате отбеливают по две партии пряжи мессой 200кг Расход воды в смену составляет 2Т,6 м3, а в месяц 1404 м3. Вся отработанная вода с аппаратов сливается в канализацию без всякой очистки.

Состав промывной воды отбельного цеха приведен в таблице Т

Таблица Т

Показатели Величина

Содержание Д/а ОН , г/л 0,048

Содержание Нг0г , г/л 0,003

рН 8,46

Прозрачность, си . Т6,5

Оптическая плотность, Л = 360 нм 0,236

Взвешенные вещества, мг/л 396

Сухо?* остаток, мг/л 3760

ХПК, мл/л Т080 ВПК , мг/л 776,4

В лабораторных условиях проведены эксперименты по ультрайиль-трационному разделению сточных вод отбельного цеха с использованием полупроницаемых полимерных мембран типа БТУ 0,5/2. Наиболее эффективными оказались мембраны Ф-1 ( фторпластовыв),оптимальны^ режим разделения на которых будет следпощий: Р вх. = 0,2 МИAt Р BHx.=0,05MiTi Т = 40°С, У = 2 м/с.

В производственных условиях проведены исследования на мембранной установке с трубчатыми ультрафильтрамитипа БТУ 0,5/2 марки M со средним диаметром пор от 20 до 60 нм. разделению подвергались промывные воды отбельного цеха, состав которых приведен ниже .Проницаемость мембран рассчитывалась по формуле [Т]

где Q- - объем полученного пермеата;

F - площадь разделения ультрафильтров;

V - время получения дачного объема пешеата.

Селективность мембран рассчитывалась по соотношению оптических плотностей промывной воды и пермеата. Оптические плотности растворов определялись с помощью спектрофотометра SPfkol 1f при длине волны равной 360 нм.

Определены основные показатели пермеата при разделении и очистке промывной воды отбельного цеха, которые приведены в таблице 2.

Таблица 2

Показатели Значения

Содержание 9 г/л 0,03

Содержание ^ ^ , г/л следы

Прозрачность, см 27

РН 8,46

Оптическая плотность, >=360 нм 0,05

Взвешенные вещества, мг/л - нет

Сухой остаток, мг/л 960

ВПК , мг/л 360

ХПК , мг/л 680

Проницаемость мембран Ф-Т пои указанных выше параметрах составила 318 л/(м?чО , селективность мембран по оптической плотности 92,856, по взвешенным веществам 10096, по сухому остатку 7496, по ХПК - 3796, по ВПК - 5496.Содержание Ра УН уменьшилось на 37,596

а содержание Н^ъ пврмеате осталось почта без издеквгоягю незначительное ее количество мажно отнести к быстрому разложению.

Возможность повториого использования пермеата я концентрата в технологическом процессе н окончательный технологический режим будет определен в следующем этапе работы.

Руководитель работы, к.т.н. Ответственный исполнитель

Ои

ЮвП»Оеадчнй Е.А,Афанасьева

Используемая литература

1. Ю.И.йстнерскнй. Баромембранные процессы. М.,"Хнмин" 1989, с.246#

2. Крмчевскнй Г.Е. химическая технология текстильных материалов. М,. Легпромбытяздат, 1985, о.467.

Продолжение приложения П22 Продолжение таблипы 1

Взвешенные вещества, мг/л Сухой остаток, мг/л Минеральные вещества, мг/л БПКс:

746 4060 1772 876,8

В лабораторных условиях проведены эксперименты по ультрафильтра-пионному разделению сточных вод с использованием полупроницаемых мембран типа БТУ 0,5/2 марок ПСА и Ф-1. Зависимость проницаемости мембран от рабочего давления в системе установки показана на рис.1

С.

150

100

50

л к—-—^

1 Г д

---а

А >

а

0.1

0,2

0,5

ОЛ Р, МПс.

Рис.1. Изменение пронинаемости мембран ПСА /1/ и Ф-1 /2/ от рабочего давления, 1/ = 2 м/с, Т = 40°С.

Из графика видно, что оптимальным давлением для разделения данных стоков будет 0,2 МПа. Увеличение давления не приводит к увеличению проницаемости, что можно объяснить явлением концентрационное поляризации на поверхности мембран.

Определены основные показатели пермеата при разделении на мембранах ПСА и Ф-1 при давлении РВх =0,2 МПа, РВых = 0,05 МПа, Т = 40°С, V = 2 м/с. Данные приведены в табл. 2.

т

Таблица 2

Показатели

П т

Пермеат /Ф-1/

Содержание г/л

Содержание НоО?, г/л

0,25 0,03 50 10,4 0,050 0

0,24 0,05 50

10,4 0,034 0

Прозрачность,см РН

Оптическая плотность, \ = 360 нм Взвешенные вещества, мг/л Сухой остаток, мг/л Минеральные вещества, мг/л

бпк5

2628 1140 530,2

2724 1260 462,4

Проницаемость мембран ПСА при указанных выше параметрах составляла 160*8 л$д2ч), у мембран Ф-1 - 134,8 л/(ыгч). Селективность мембран ПСА по оптической плотности 88,3 по взвешенным веществам 100 у мембран Ф-1 - 92,и 100 % соответственно.

Содержание //а ОН и Н2О2 в пермеате при разделении мембранами ПСА и Ф-1 практически не изменяется. Прозрачность пермеата соответст вует требованиям к технической воде /не менее 30 см/, используемо* в производстве. Селективность по сухому остатку и минеральным веществам для обеих марок мембран составляет 35 по БПКд - 40 %.

Возможность повторного использования пермеата и концентрата в технологическом пропессе будет определена в следующих этапах работы.

п

Руководитель работы, к.т.н. Ответственный исполнитель

Ю.П.0садчи# Е.Ч.Афанасьева

1. Технико-экономические показатели для расчета экономического эффекта

- • . 3 /

1. Производительность установки по ультрафильтрату, м /ч 3

2. Производительность установки по регенерату, м* /ч

4. Содержание носителя в регенерате, кг/м3

5. Стоимость установки, руб. ,

6. Производственная площадь, занимаемая установкой,м2 4,6

7. Мощность электродвигателей, кВт Г7,0

8. Годовой фонд времени работы оборудования, ч 4320

9. Стоимость, руб.:

- 1000 кВтч электроэнергии 22

- 1000 м3 вода 180

- I кг кубового красителя 16,5

- I кг ДНУ . °»7

10. Содержание ДЦУ в отработанном красильном растворе,

г/л 1-1.5

Л1. Затраты на научно-исследовательскую работу, тыс.руб. 35,0

12. Предполагаемый объем внедрения установок, шт. . 10

2. Дополнительные капитальнее сложения :

- затраты, связанные с приобретением, доставкой и монтажом ультрафилътрационноч установки, руб.

К000 + штш в хбпоо 100

- затраты на производственную площадь, руб. 4,5x190 = 855

3. Затраты, связанные с эксплуатацией ультрафильтрационной установки, руб. .

- доплата к заработной плате аппаратчика 180x0,2x12X2x1,282 = 1108

- электроэнергия 17x0,83x4320x22 = Т234

1000

- амортизационные отчисления

16500x8.3- % = 1370 100

= 750

- текущий ремонт

15000x5 100

- содержание производственной площади

4,5x10 = 45

- повышение селективности мнмбран путем использования ДЦУ (предконденсата дициандиамида с формальдегидом)

10x270x0.6x1000x1.5у0,7 ^ 1?01 1000 * Общие эксплуатационные затраты' составляют 6208 руб.

4. Экономический результат от использования процесса ультрафильтрации сточных вод, содержащих кубовые и активные красители выражается в величине предотвращаемого годового экономического ущерба от загрязнения среди и годовой экономии от улучшения производственной деятельности. Экономическая оценка ущерба от сброса 'краси ным цехом загрязняющих сточных вод, содержащих активные красители, в водохозяйственный участок определяется согласно рекомендациям по укрупненной оценке ущерба от загрязнения водоемов "Методики определения экономической эффективности осуществления природоохранных мероприятий иж оценки экономического ущерба, причиняемого народному хозяйству загрязнением окружающей среды" по формуле

У- < м

где ** - оценка ущерба (руб/год);

У - множитель, численное значение которого равно 400 (руб./усл.

У] ~ константа, имеющая равное значение для различных водо-•А" хозяйственных участков;!

И

формуле

А -

т -

'Дв

- приведенная масса годового сброса примесей в водохозяйственный участок (усл.т/год). Приведенная масса родового сброса примесей определяется по

М Г £ Д X /г?

с г У <показатель относительной опасности сброса -го вещества в водоемы;

общая масса годового сброса (- -й примеси, т/год.

Приведенная масса годового сброса активного красителя составля ет 69,0 усл.т/год.

Экономическая оценка ущерба от сброса красильным цехом активного красителе руб;

у = 400x2^60x69,0= 71760

Дополнительные затраты на захоронение утилизированного активно1 красителя приняты равными 10 % от величины наносимого годового ущерба и соответственно, составят 7176 руб.

Годовая экономия от улучшения производственной деятельности в связи:с использованием мембранной установки включает в себя экономию воды и кубового красителя.

Экономия воды: 5x2x270x180 1000

Экономия кубового красителя: '

0,08x4x2x270x2x0,4x16,5= 2280 руб.

Общий гкономический эффект от использования технологии очистки сточных вод на у\льтрафильтрационной мембранной установке, руб.:

Ьн х оЗ/^ссе-Р _ О у в

= /(71760+486+2280)-(13384+0,15x17365)/- =

= 58014 ^ 58,0 тыс.руб.

=' 486 руб.

Зав.лабораторией тепломассообмена и руководитель работы, к.т.н.

♦

т

Инженер

В.В.Козлов З.М.Морозова

Изановский государственный концерн

пв разработке и производству текстильной продукции КЗТЕКС

фактического экономического аффекта от использования изобретения по авторскому свидетельству № 1444424 'Способ расшлихтовки и устройство для его осуществления" ш ткацко-отделочной фабрике им . рабочего С.Зиновьева

Годовой экономически?

эффект 4б,99*;тыс. руб.

У Т и £ Р л ДА * гл. инженер ткацко-стделоч-им. Ф. Зиновьева с А.Д.Каплез

А. Д.лаплев

Р А С Ч В Т

На ткапко- отделочной (габркхо им. рабочего •'лвомьеш ю линии "ллитеке" расшлихтовываются ткакиС перкальарт. 7015, 700' ), ошлихтованные синтетической шихтой на основе полнвинилоього спирта.

На об раб >тку тканей по хэдо.зой технологии затрачивалось значительное количество горячей воды к смачивателя, в результете чего образовывались отработанные ьоды высокой загрязненности, при соросе которых терялось до 7.5 кг/час длЬипиткого биологически жесткого препарата ЧВД), до Злу б, м воды, яэпловой энергии до 0, ОбГкал на I куб. со расаьаемой вод*.!.

Изменение чвхнологического режима и юдернизация оборудования, использование мембранной ультра^ильтрашокной установки ь, соот ветствие j- изобретением по Авт. свидетельствуй 1444424 позволило ®али-з >вать экологически чистую ресурсосберегающую технологию обработки Т;.:ани с возвратомз производстзенний процесс вне я регенерата шлихт:: на основе ПJC и горячей очищенной зода при голном исключении смэчяаа-твля и сокращения расхода вод-i и 3, :> раза.

Гехнико-окономические показатели для расчета у кономичес кого эг чре кта

1. Годовой еоид времени работы линии - L )4-1час.

2. Расход „ода на линия до модернизации- 2300л/час J. Расход вэды на линии после модернизации- З ')0я/час

4. емпература води з ваннах Г 1-2 до модернизации- 60 С

5. Стоимость ультра! итерационной установки- I5J- Upy6. 5.Производите iьность установки по дегенерату- 220л/час

по пе рмеату- 500л/час

7. Удержание П Ю в регенерате- 2'г/л-32г/л

3.Производственная площадь занимаемая установкой- 4,6m'«j. *асхэд смачивателя- 1,9кг/час

'- * мощность электродвигателя- ,5 квт

11. Стоимость ЮООквтч электроэнергии- 2v!, 3руб.

I Гкал тзпловой энергии- 12,7 руб.

(средняд) ШЗС- 5x37руб.

смачивателя- 98Оруб./I00Зкг Аэоиплент использования регенерата- иглихта-

дополнктежиные капитальные вложения:

- затраты, сЕЯэанша с приобретением,доставкой и монтажом удьтр&фкяьтргщиокной установки, руб,

15133+1513x10^ - 16701

- затраты на производственную злош&дь, руб. 4,3 х 190 - 374

- затраты, связанные с эксплуатацией ультрафидьтрационной установки, руб.

- доплатк заработной плате аппаратчика: Х30х0,2х12х 1,227 - 534 £

- текущий ремонт:16701х ^г- "

- электро энергия: 17.5x0 .^3x164^x29,5 _ ?00

1000

- амортизационные отчнслен1ш:

¿701 х 3.3

= 1336

- содержаниеа производственной площади: 4,6 х 10 - 46

- пар: 0,5x1643x16x1000^x12,73 * 16$

Общи© эксплуатационные затраты, руб.

634+ 706+13. ¿6+335+46+163 = 3075

ЗКОНОМИЙ

- воды: Э| - 2,5x164.3x0,13 - 742

- тепловой энергии: (&, = 2,3x60-(0,1x76+0,2x60>х1643х!2,7

2. Экономия смачивателя: Ээ ■ 0,93x1643'I,.) = 3069 - экономия 1ШС: = 7,5x1643x6,37x0,17 = 13335 Экономический эффект: Э =Э| +3^ +34-(3$?+]^хК£+1^хЭ^,г.) =

742^3353+3069Л3335-(3675+0,15x17575^0,15х 5000;«1303 ; тыс.руб,

Начальник отделочного цеха Начальник планового отдела