Разработка процессов очистки сточных вод и технологических жидкостей с использованием мембранной технологии

2
СОДЕРЖАНИЕ
Стр.
1. ВВЕДЕНИЕ..............................................7
2. РАЗРАБОТКА ПРОЦЕССА ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД
ЦЕЛЛЮЛОЗНО-БУМАЖНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ............................13
2.1. Общая характеристика стоков целлюлозно-бумажных
предприятий и основных методов их очистки............ 13
2.2 Области применения мембранных установок в
целлюлозно-бумажной промышленности....................16
2.3. Описание опытных установок и методик
проведения экспериментов..............................23
2.4. Мембраны, сточные воды и методики анализов............33
2.5. Сравнительная оценка мембранной и традиционной технологий очистки сточных вод..................34
2.6. Изучение характеристик полупроницаемых мембран отечественного производства......................41
2.6.1. Полимерные полупроницаемые мембраны..........41
2.6.2. Динамические мембраны........................48
2.7. Исследование основных технологических параметров
процесса очистки сточных вод..........................63
2.7.1. Влияние физико-химических свойств обрабатываемой воды на характеристики процесса разделения....................................63
2.7.2. Влияние гидродинамической обстановки в
потоке разделяемого раствора..................70
2.7.3. Влияние давления.............................81
2.7.4. Влияние температуры.........................104
3
2.7.5. Влияние величины pH разделяемого раствора..115
2.7.6. Влияние концентрации растворенных веществ..124
2.7.7. Влияние характеристик мембран и природы растворенных веществ на селективность процесса очистки воды................................149
2.7.8. Ресурс работы полупроницаемых мембран......161
2.8. Технологический расчет мембранных установок для очистки и концентрирования сточных вод...................170
2.9. Исследование возможности утилизации растворенных
веществ.............................................179
2 10. Технико-экономическая оценка эффективности применения мембранных установок...............................185
3. РАЗРАБОТКА МЕМБРАННЫХ АППАРАТОВ И УСТАНОВОК 189
3.1. Аппарат для обратного осмоса и ультрафильтрации
с полыми волокнами..................................190
3.2. Аппарат и установка с неорганическими мембранами....193
3.3. Расчет гидравлических потерь в аппаратах
с неорганическими мембранами........................200
4. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ КЕРАМИЧЕСКИХ МЕМБРАН...............209
4.1. Технология подложек.................................209
4.2. Технология нанесения мембранного слоя...............214
5. ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ПРОЦЕССОВ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ
ПРОМЫШЛЕННОСТИ............................................218
5.1. Общая характеристика экологических и технологических
проблем машиностроительных предприятий промышленности............................................218
воду для технологических целей, что может обеспечить создание замкнутого цикла водопользования на предприятиях отрасли [78-82].
2.6. Изучение характеристик полупроницаемых мембран отечественного производства.
При реализации методов обратного осмоса и ультрафильтрации, как показали результаты очистки сточных вод Байкальского целлюлозного завода, необходимо учитывать влияние различных факторов на протекание процесса разделения и, особенно, внимательно подходить к подбору полупроницаемых мембран.
Поэтому, с целью исследования возможности использования отечественных пористых материалов в качестве полупроницаемых мембран и определения наиболее перспективных из них для применения в целлюлозно-бумажной промышленности, были проведены испытания ряда полимерных и неорганических материалов, выпускаемых промышленностью и изготовляемых лабораторным путем.
2.6.1. Полимерные полупроницаемые мембраны.
Возможность применения полимерных мембран изучалась на пленках из ацетатцеллюлозы, целлофана, регенерированной целлюлозы, поливинилпирролидона и некоторых других полимерных материалов, а также испытывались микропористые полые волокна из ацетатцеллюлозы.
Большинство мембран испытывалось на лабораторных установках (см. рис. 2.3.1-2.3.4) при интенсивном перемешивании разделяемого раствора - стоков Байкальского целлюлозного завода. Изучение ха-
42
рактеристик микропористых полых волокон проводилось с помощью лабораторного аппарата, имевшего длину - 400 мм и диаметр - 65 мм. Данный аппарат конструктивно аналогичен разработанному в РХТУ им. Д.И. Менделеева [79, 83, 84] аппарату с полыми волокнами, описание которого приводится в соответствующем разделе диссертационной работы.
Результаты испытаний полимерных пленок представлены в табл. П.2.5.1. и П.2.5.2., а часть из них в табл.2.6.1. Из табл.2.6.1 можно видеть, что наиболее селективными среди изученных мембран являются ацетатцеллюлозные пленки, как при проведении процесса обратного осмоса, так и в случае ультрафильтрации. В некоторых экспериментах с помощью этих мембран достигалось снижение концентрации растворенных веществ на 96-99 %. Причем технология получения данных мембран позволяет регулировать величины селективности и проницаемости в широком интервале значений.
Определенный интерес представляют результаты испытаний пленок из поливинилпирролидона и сополимеров акрилнитрила, полученных в РХТУ им. Д.И. Менделеева. Хотя данные (см. табл. 2.6.1) показывают невысокие величины селективности, но значения проницаемости этих пленок, в отдельных случаях до 100 л/м2ч, позволяют предположить о возможности их применения в целлюлозно-бумажной промышленности. Кроме того, следует учесть, что мембраны из поливинилпирролидона, сополимеров акрилнитрила и регенерированной целлюлозы более устойчивы к воздействию щелочных и кислых растворов, менее подвержены процессу гидролиза и деструкции полимерного материала и могут использоваться в более широком интервале pH обрабатываемых стоков.
Опыты, проведенные на целлофане, показали невысокую селективность и проницаемость этих мембран по отношению к