Сравнение мембранных процессов разделения.

Характеристики	Электродиализ	Обратный осмос	Ультрафильтрация
Непрерывность процесса	Да	Да	Да
Степень концентрирования	Высокая	Умеренная	Высокая
Отделение ионных веществ	Да	Да	Нет
Отделение органических веществ	Нет	Да	Да
Частота фильтрации	Умеренная	Высокая	Высокая
Стабильность мембран	Высокая	Умеренная	Высокая
Затраты энергии	Умеренные	Умеренные	Низкие

Равноценных по всем характеристикам методов нет. Аппаратурное оформление всех методов очистки растворов (за исключением ионообменного) не позволяет получить стабильное качество очищенной воды, поэтому на практике применяют сочетания различных методов доочистки растворов в зависимости от предъявляемых требований и конкретных условий производства.

================================================================================

Области применения мембранной ультрафильтрации.

• Очистка и дезинфекция питьевой воды;

• Регенерация моющих средств;

• Эффективная очистка от нефтепродуктов и бензина;

• Регенерация отработанных масел и нефтепродуктов;

• Промышленные дренажи нефтяных химических заводов и складов нефтепродуктов (создание бессточного водооборота);

• Очистка отработанных эмульсий и охлаждающих жидкостей;

• Очистка стоков химических заводов;

• Стерилизация, концентрация, фракционирование медицинских и микробиологических препаратов и вина.

Преимущества мембранной ультрафильтрации по сравнению с полимерными фильтрами.

• Высокая механическая стойкость, включая устойчивость от абразивного износа и влияния бактерий;

• Большой срок службы;

• Стойкость в химических агрессивных средах с почти любым значением pH;

• Стойкость в растворителях;

• Работа при высоких температурах;

Комплекс очистки воды ООО МАРИНСЕРВИС (Санкт-Петербург), основанный на мембранной ультрафильтрации, не имеет аналогов в мире. Технология защищена патентами. Рабочая поверхность керамического фильтра устойчива в агрессивных средах, устойчива к абразивному износу. Мембранная ультрафильтрация работает в режиме самоочистки или в периодических режимах регенерации. Она не нуждается ни в каких постоянных проверках. Фильтры разработаны для долгосрочной работы. Их рабочий ресурс выше 10 лет. Элементы мембраны ультрафильтрации надежны и легки в использовании.

Внедрение мембранной ультрафильтрации для очистки питьевой воды.

Компания МАРИНСЕРВИС обеспечила и запустила мембранную ультрафильтрацию на ряде заводов и организаций. Система успешно работает в:

- Компании судостроения " Admiralteyskie verfy ";

- Резиденции президента в Санкт-Петербурге;

- Ряде автохозяйств.

Ведущие специалисты и технологи этих организаций дали положительные отзывы. Они удовлетворены качеством очистки воды, монтажом и работой оборудования.

Основное отличие конструкции от аналогичных иностранных: нет сменных элементов (картриджей). Их цена высока и сравнима со стоимостью основного оборудования в течение эксплуатации. В схеме применяются стационарные самоочищающиеся модули (фильтры). Эти фильтры используют схему периодической промывки возвратом потока очищенной воды. Эффективность мембранной ультрафильтрации значительно увеличивается с использованием в комплексе фильтров древесного угля, продувки воздухом и модуля фотокаталитического озонирования.

Схема очистки и дезинфекции воды.

Рабочие модули комплекса:

1. Модуль аэрации поступающей воды. Это - резервуар для насыщения воды кислородом, удалением свободного хлора, преобразование двухвалентного железа в трехвалентное, окисление органических и минеральных радикалов.

2. Модуль мембранной ультрафильтрации. Он используется для очистки поступающей воды методом микрофильтрации. Модуль способен отфильтровывать частицы более 0,1 микрона.

3. Модуль фотокаталитического озонирования и окисления. Он используется для общей минерализации всех органических и гидрокарбонатных формирований.

4. Модуль фильтрования песком. Он удаляет продукты, окисленные в процессе дезинфекции воды, методом фотокаталитического озонирования.

5. Бак-накопитель (аккумулятор) воды. Он используется для пиковых запросов.

6. Адсорбционный фильтр из древесного угля (каталитический реактор). Он улучшает органолептические (вкусовые) качества очищенной питьевой воды.

7. Станция обеспечения автономного водопотребления и системы циркуляции воды.

8. Модуль системы управления программированной автоматической промывкой фильтров.

================================================================================

Предварительное фильтрование сточных вод на механических фильтрах, в том числе и сорбционных, перед ионообменной установкой не обеспечивает требуемого качества воды и может быть рекомендовано при отсутствии органических примесей в воде и низкой концентрации ионов тяжелых металлов. Использование в качестве первой ступени очистки электрокоагуляции (гальванокоагуляции), отстаивания, фильтрования не обеспечивает глубокого извлечения ионов тяжелых металлов без предварительного подщелачивания до рН = 9 – 10 с последующим подкислением фильтрата. При использовании ионного обмена элюаты от регенерации смол дают большой объем обрабатываемой воды; кроме того, возможно отравление смол примесями. Гиперфильтрация и электродиализ требуют предварительного глубокого извлечения грубодисперсных, коллоидных и ионных примесей (ионов тяжелых металлов, кальция, магния), склонных к превращению при их концентрировании из-за возможного роста сопротивления мембран и снижения их селективности.

Для исключения “вторичного” загрязнения воды в замкнутом цикле предложено отказаться от реагентов на всех стадиях очистки и использовать электрохимические технологии превращения примесей, позволяющие в широких пределах изменять физико – химические свойства растворов за счет поступления реагентов непосредственно из ионных примесей и воды по схеме: электрохимическое восстановление Cr⁶⁺ до Cr³⁺, флотация, тонкослойное отстаивание, фильтрование, электрохимическое корректирование рН.

В электрохимической лаборатории очистки воды на кафедре водоснабжения УИИВХ разработаны технологические схемы и установки типа ЭЛИОН для очистки воды от ионов тяжелых металлов, нефтепродуктов, ПАВ для применения в локальных замкнутых схемах гальванических цехов при расходе воды до 100 м³/час и возврате очищенной воды до 70%. Из накопителя вода поступает в реактор для электрохимического восстановления Cr⁶⁺ до Cr³⁺, где образуются гидроксиды, флотокомплексы. Отделение гидроксидов от водной фазы происходит во флотаторе, осветлителе со взвешенным осадком, тонкослойном отстойнике и фильтре. Для полного извлечения вода, направляемая во флотатор, подщелачивается раствором из катодной камеры диафрагменного электролизера. Шлам обезвоживается на вакуум-фильтре. Концентрированные электролиты нейтрализуются до образования гидроксидов и поступают на узел обезвоживания осадка и далее на утилизацию. ЭЛИОН-В производительностью 5 – 10 м³/час (вертикального исполнения) содержит 3 блока: блок фазово – дисперсного превращения примесей (электрореактор восстановления хрома и образования твердой фазы гидроксидов), блок разделения фаз и электрокорректор рН. Блоки унифицированы. 1 блок: расход электроэнергии 0,6 – 0,8 квт-ч/м³, расход электродов 40 – 60 г/м³. 2 блок: Время флотоосветления 30 – 40 мин., скорость фильтрования 1,8 – 2,0 м/час, время фильтрации 5 – 8 часов, рН = 8,5 – 10. 3 блок: плотность тока 20 – 50 А/дм², напряжение 12–24 В, расход электроэнергии 2 квт-ч/м³.

Показатели	Концентрация воды, мг/л
	Исходная	После очистки
Мутность	250	3 - 10
Цветность	50 – 100	20
Cr6+	20 – 50	0
Cr3+	20 – 50	0,1 – 0,2
Ni	15 – 20	0,3 – 0,5
Cu	10 – 15	0,3 – 0,8
Zn	20 – 30	0,5 – 0,8
Нефтепродукты	30 – 50	0,5 – 1,0
ПАВ	1 – 5	0,5 – 1,0
рН	3,5 – 9,0	7,0 – 8,0

Устройства типа ЭЛИОН используются для создания локальных циклов водооборота и позволяют не только извлекать ионы тяжелых металлов, возвращать воду в ванны промывки, но и утилизировать или регенерировать ценные вещества. Экономия электроэнергии, химреагентов – на 80 – 100%. В перспективе – создание гибкого автоматизированного производства чистой воды.

Разработаны напорные электрокоагуляторы (скорость потока 0,5 – 2,0 м/с, давление 0,2 – 0,4 МПа, плотность тока 5 – 10 А/дм², время обработки 0,5 мин), в которых отделение осадка можно производить в камерах электрофлотации в течение 10 мин. (а в отстойниках – 1,5 часа), но высокие затраты электроэнергии, использование дефицитных и дорогих электродов делают применение этого метода ограниченным.

От этих недостатков свободны гальванокоагуляторы, в которых работают короткозамкнутые гальванопары, и которые применяются для уменьшения общего солесодержания растворов и для удаления из них ионов меди, железа, флотореагентов, органических примесей. В таких устройствах происходит катодное восстановление электроположительных катионов, образование ферритов металлов, клатратов, сульфидов, оксисульфатов, а также корректирование рН.

В Казмеханобре (г. Алма-Ата) и Челябинском ЦНТИ разработаны барабанные гальванокоагуляторы типа КБ-1, КБ-2, ФКБ-6 производительностью 0,5, 1, 5, 15, и 20 м³/час. В качестве гальванопар работает смесь железного скрапа и графита. Там же разработана технологическая схема очистки сточных вод от ионов хрома и железа:

3

5 9 В канализ.

4

2

6

5 11

8

1

7

10

На утилиз.

12

1 – Приемник-усреднитель 5 – Емкость с ПАА 9 – Доочистка (мех. фильтры)

2 – Усреднитель 6 - Гаситель напора 10 – Осадкоуплотнитель

3 – Гальванокоагулятор (Cr) 7 - Отстойник 11 – Емкость с Ca(OH)₂

4 - Гальванокоагулятор (Fe) 8 - Накопитель осветл. стоков 12 - Обезвоживание осадка

В непрерывном режиме работают две стадии гальванокоагуляционной очистки при загрузке железного или медного скрапа с коксом (4 : 1). Сначала идет очистка раствора от хрома, затем от ионов тяжелых металлов, органических и других примесей. Для интенсификации стоки обрабатываются раствором гидролизного полиакриламида (ГПАА) и технического полиакриламида (ПАА). ГПАА вводится в аппарат второй ступени, а ПАА - в сточную воду перед подачей ее на вертикальный отстойник. Далее раствор поступает на фильтры с зернистой загрузкой. В результате происходит очистка на 99,5% от меди, никеля, цинка, ионов Cr⁶⁺ не обнаруживается, фосфаты отсутствуют, жесткость уменьшается на 40%, нитрат- и сульфат-ионы – до 60%, рН = 6,8 – 7,2. Содержание железа в растворе - 0,1 – 0,3 мг/л, NH₄⁺ - до 200 мг/л, SO₄^2- - до 1 г/л. Для удаления сульфатов производится двухстадийная обработка (с загрузкой железо – кокс, алюминий – кокс). Следует отметить, что аппаратурное оформление металлоемко, используется нержавеющая сталь. Мешают жиры и масла, скрап надо обезжиривать.

Представляет интерес гальванокоагуляционный модуль: разработано устройство и способ очистки от тяжелых металлов, солей жесткости, сульфатов (Способ очистки сточной воды и устройство для его осуществления. Рязанцев А.А., Батоева А.А., патент № 2057080, МКИ С02 F1/46. Опубликован 27.03.96 г., Бюл. № 9), примененные в схеме локальной очистки для извлечения меди методом комплексообразования – ультрафильтрации из растворов травления печатных плат.