Применение мембранных технологий в комплексной системе очистки сточных вод текстильных предприятий

Размещено на http://www.allbest.ru/

2

Размещено на http://www.allbest.ru/

Применение мембранных технологий в комплексной системе очистки сточных вод текстильных предприятий



С каждым годом растет потребность людей в воде, пригодной для использования, и в то же время, естественные воды непрерывно загрязняются деятельностью человека. Индустриальная деятельность человека сопровождается непрерывным сбросом многообразных по своему химическому составу сточных вод, которые, попадая в водоемы, а также в источники питьевой воды, создают серьезную угрозу здоровью людей и окружающей среде. Основные особенности воздействия легкой промышленности состоят в том, что подавляющее большинство ее предприятий расположены в непосредственной близости к жилым кварталам городской застройки и не отделены от них санитарной зоной. И, хотя объем выбросов и сбросов этих предприятий значительно меньше, чем в тяжелой промышленности или энергетике, но постоянное воздействие на прилежащую территорию, даже в обычном рабочем режиме, а особенно в аварийных ситуациях, для жителей расположенных рядом домов может оказаться значительнее, чем от расположенных в удалении ТЭЦ, металлургических или нефтеперегонных заводов и т.п.

Производство текстиля может предусматривать использование опасных химических веществ при предварительной обработке, окрашивании и в ходе других операций, осуществляемых для придания конечному продукту требуемых визуальных и функциональных свойств. Сточные воды текстильного производства представляют собой сложную физико-химическую систему, характеризуются высокими показателями БПК (биологическое потребление кислорода) и ХПК (химическое потребление кислорода) содержащие в своем составе разнообразные виды красителей, синтетически поверхностно-активные вещества (ПАВ), волокнистые примеси, минеральные соли и взвешенные вещества в количествах требующих очистки [1]. До недавнего времени вопросы качества очистки сточных вод на очистных сооружениях большинства текстильных фабрик, с точки зрения руководства, не требовали постоянного пристального внимания. Выстроенная в свое время схема ответственности («руководство предприятия - инженер-эколог - инженер-технолог - служба эксплуатации») функционировала в плановом режиме, экологические платежи и незначительные по меркам бюджета предприятия экологические штрафы выплачивались, осадок вывозился и т.д. Но с тех пор прошло уже много времени, как очистные сооружения были запроектированы, и со временим изменилось многое:

• с развитием производства существенно изменились количественные и качественные характеристики сточных вод, поступающих на очистку;

• требования к качеству очищенной воды по многим показателям были серьезно скорректированы;

• контроль со стороны природоохранных структур и размеры штрафных санкций выросли в разы вплоть до угрозы приостановки деятельности или закрытия предприятия.

Также следует отметить важность и значимость для данного предприятия следующие моменты:

• экологический имидж предприятия: на фоне четкого обозначения государственных приоритетов в области экологии вообще и внимания к использованию водных ресурсов в частности экологическая визитная карточка предприятия может играть определяющую роль в его развитии, привлечении инвестиций и др.;

• существенное увеличение расходов на эксплуатацию существующих устаревших очистных сооружений: рост стоимости энергопотребления, резкий рост экологических штрафов вследствие невозможности обеспечить на существующих очистных сооружениях требуемое качество очистки воды, рост стоимости утилизации осадков;

Все вышеизложенное и определило актуальность данной работы, целью которой является комплексное решение проблемы связанное со сбросом не очищенных сточных вод. По традиционной схеме промышленные сточные воды текстильных производств проходят следующие стадии очистки:

- предварительная;

- биохимическая;

- обработка осадков с обезвоживанием;

- доочистка;

В данной работе будет рассмотрена другая схема очистки сточных вод текстильного производства, которая позволить добиться более глубокой очистки и возможность использовать повторно очищенные сточные воды.

Требования к качеству очищенных вод и условия их сброса в водоемы

Требования к эффективности очистки сточных вод определяются общим состоянием природной среды и, в частности, качеством воды в водоемах и водотоках.

Каждый водоем в естественном состоянии населен определенным сообществом организмов, состав и интенсивность энергетического обмена которого определяется климатическими и биотическими факторами.

Ни одно сообщество организмов не бывает совершенно стабильным в течение времени. Отмирающие организмы непрерывно замещаются другими. В результате внешних воздействий может произойти появление в данном биоценозе других видов, более приспособленных к изменившимся условиям. В сходных местах обитания существуют сходные сообщества, и в случае их изменения различные виды обычно сменяют друг друга с определенной последовательностью, которую называют сукцессией.

Естественный процесс сукцессии обычно приводит к уменьшению количества воды в водоемах. Этот процесс ускоряется по мере уменьшения глубины водоема. Каждое сообщество наращивает дно путем отложения остатков отмирающих организмов, разложение органических остатков приводит к повышению в воде концентрации органического вещества и биогенных элементов, (азота и фосфора и др.), в результате синтезируется еще больше органического вещества, водоем мелеет, сукцессия продвигается к центру водоема и превращает его в болото, а затем в обычный лес [2].

В естественных условиях сукцессия происходит крайне медленно, в условиях интенсивного антропогенного воздействия «старение» рек и озер происходит в течение десятилетий вместо сотен и тысяч лет их естественной эвтрофикации - явления, заключающегося в повышении уровня продуктивности водных экосистем, сопровождающегося изменением видового состава гидробионтов. В основном этот процесс определяется поступлением в водоемы большого количества органических веществ и биогенных элементов, главным образом азота и фосфора. Самоочищающая способность рек и озер ограничена и при накопление органических и биогенных загрязнений увеличивается прогрессивно, что может привести к полной потере способности водоема к самоочищению.

Для оценки самоочищающей способности водоемов в условиях незначительного загрязнения легкоразлагаемым органическим веществом при рассредоточенных выпусках сточных вод достаточно обычных санитарно-гигиенических показателей, определения разбавления сточных вод, изучения кислородного режима водоема. Однако при современных масштабах загрязнения водной среды, плотности распределения его источников, увеличении количества и номенклатуры загрязняющих веществ проблемы самоочищения водоемов существенно обострились. Понятие «самоочищение» подразумевает совокупность физических, химических, биологических и других процессов, приводящих к восстановлению качества воды до уровня, соответствующего водоемам и водотокам, не подвергающимся загрязнению. В конечном счете, самоочищение часть общеприродного процесса трансформации вещества и энергии, при котором происходит распад загрязняющих веществ до соединений, включаемых в круговорот вещества и энергии в биосфере. Если происходит снижение концентрации загрязнений в результате простого разбавления, переноса в другие районы акватории и т.п., то это нельзя считать самоочищением [2].

Основным фактором естественного процесса трансформации вещества и энергии в биосфере, а следовательно и процесса самоочищения, являются живые организмы. Академик В.И. Вернадский писал, что «нет химической силы, постоянно действующей, а поэтому и более могущественной по своим конечным последствиям, чем живые организмы». Формирование биологически чистой (полноценной) воды, не содержащей токсических и радиоактивных веществ, патогенных организмов, имеющей все необходимые соли, микроэлементы и метаболиты, протекает под влиянием гидро-бионтов.

Основную роль в самоочищении водоемов играют бактерии, обладающие огромным разнообразием форм метаболизма и развивающиеся при крайне разнообразных условиях среды: температуре, рН, концентрациях кислорода, требующих в качестве питательного субстрата только органические или только минеральные вещества и т.д. Именно широкие метаболические возможности бактерий и позволяют вовлекать в круговорот практически все вещества естественного происхождения и многие синтезированные человеком вещества.

В настоящее время в круговороте вещества и энергии в природе большое значение имеет потребление воды на питьевые и хозяйственные нужды, очистка образующихся сточных вод и сброс очищенной воды в водоем. Полвека назад перед сбросом в водоем достаточно было понизить концентрацию взвешенных органических веществ при отстаивании и провести обеззараживание сточных вод, затем ужесточились требования к сбросу в составе сточных вод различных токсических веществ. В настоящее время перечень веществ, имеющих ограничение концентрации при сбросе в водоем, насчитывает более 1300 наименований, предъявляются требования к удалению биогенных элементов, главным образом азота и фосфора.

Основными документами, определяющими требования в качественному и количественному составу очищенных вод, являются: СанПиН 2.1.5.980-00. Гигиенические требования к охране поверхностных вод, Гигиенические нормативы (ГН 2.1.5.1315-03) Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования [2].

«Санитарные правила и нормы» служат для предупреждения загрязнения водных объектов, устанавливают гигиенические требования и нормативы качества поверхностных вод, регламентируют различные виды хозяйственной деятельности, которые могут оказать неблагоприятное воздействие на качество воды в водоемах.

Водоемы и водотоки, предназначенные для хозяйственно-питьевого и культурно-бытового назначения, считаются загрязненными, если показатели состава и свойств воды в пунктах водопользования изменились под прямым или косвенным влиянием хозяйственной деятельности, бытового использования человеком и стали частично или полностью непригодными для пользования населением. Пригодность поверхностных вод для хозяйственно-питьевого и культурно-бытового использования определяется их соответствием требованиям и нормативам, изложенным в «Санитарных правилах и нормах».

«Обобщенный перечень предельно допустимых концентраций (ПДК) и ориентировочно безопасных уровней воздействия (ОБУВ) вредных веществ для воды рыбохозяйственных водоемов» включает более 900 наименований веществ. Требования, предъявляемые к воде рыбохозяйственных водоемов значительно жестче, чем для водоемов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового использования. Так, например, ПДК для водоемов хозяйственно-питьевого использования по азоту аммонийному составляет 1,5 мг/л, а для воды рыбохозяйственных водоемов - 0,4 мг/л; по хлоридам - 350 и 300 мг/л, соответственно и т.д.

К первой категории водоемов рыбохозяйственного использования относятся водные объекты, предназначенные для сохранения и воспроизводства ценных видов рыб, особо чувствительных к концентрации кислорода. Ко второй категории - использование водных объектов для других рыбохозяйственных целей.

На участках массового нереста, нагула рыб, расположения зимовальных ям выпуск сточных вод не разрешается [2].

Требования к условиям отведения сточных вод в поверхностные водоемы распространяются на существующие выпуски производственных, хозяйственно-бытовых сточных вод и поверхностного стока с территорий населенных мест и производственных объектов, сточные воды отдельно стоящих жилых домов и производственных зданий и т.п., на все проектируемые выпуски сточных вод.

Учитывая, что большинство водоемов в Российской Федерации в настоящее время отнесено к рыбохозяйственным, при разработке технологий и сооружений очистки сточных вод приходится ориентироваться на требования, предъявляемые к этой категории водоемов.

В этих условиях зачастую очищенная сточная вода должна быть чище питьевой, предусмотренной соответствующими ГОСТами на питьевую воду, а качество воды во многих, даже экологически благополучных водоемах не соответствует требованиям правил по охране водных ресурсов.

Сопоставление требований по удалению из сточных вод органических загрязнений, взвешенных веществ и химических загрязнений для реальных условий выявит перечень ингредиентов, удаление которых является определяющим. Удаление прочих загрязнений произойдет как сопутствующий эффект.

Достижения науки и техники в настоящее время дают возможность разработать технологии очистки, позволяющие получить воду высокого качества, применяя механические, физико-химические и, в качестве основных, биологические методы. Однако, с экономической точки зрения это зачастую неоправданно. Известно, что легче предотвратить загрязнение, чем восстановить исходное качество воды [2].

Сточные воды текстильного производства

В данной отрасли промышленности, отводимые сточные воды образуются в результате проведения мокрых операций на различных этапах процесса производства текстиля. Сточные воды от текстильного производства обычно являются щелочными и характеризуются высокими показателями БПК (от 700 до 2000 мг/л) и ХПК. Загрязняющими веществами в сточных водах текстильных предприятий являются взвешенные твердые частицы, минеральные масла (например, противопенные добавки, смазочные материалы, лубриканты для прядильного оборудования, не поддающиеся или плохо поддающиеся биологическому разложению поверхностно-активные вещества (этоксилаты алкилфенолов (ЭАФ), этоксилаты нонилфенолов) и другие органические соединения, включая фенолы, получаемые при проведении мокрых операций по окончательной обработке (например, при окрашивании), а также галогенсодержащие органические вещества, образующиеся в результате использования растворителей при отбеливании. Сточные воды процессов крашения обычно окрашены, имеют высокую температуру и могут содержать тяжелые металлы (например, хром, медь, цинк, свинец или никель) в значительной концентрации.

Сточные воды технологического процесса обработки натуральных волокон могут содержать пестициды, используемые при проведении предварительных работ (например, при выращивании хлопка и производстве волокон животного происхождения), потенциальные микробиологические загрязнители (например, бактерии, грибки и другие болезнетворные микроорганизмы) и другие загрязняющие вещества (например, краситель для маркировки овец и смолу). Это особенно характерно для обработки волокон животного происхождения.

Сточные воды образуются в результате проведения мокрых операций на различных этапах процесса производства. Мокрая обработка или процессы отделки включают основные процессы подготовки ткани, а именно шлихтование, отбеливание, крашение, печатание и прочие виды специальной обработки. На этих стадиях ткани обрабатываются в химических растворах и отделочных ваннах, причем зачастую необходимо использовать несколько этапов мойки, полоскания и сушки, в результате чего образуются значительные объемы сточных вод [12].

Шлихтование - это нанесение на нити основы тонко слоя клеящего состава для увеличения стойкости нити к истиранию и многократному растяжению при ткачестве. Шлихтовальные средства, состоящие из водорастворимых природных, полу- и синтетических полимеров (картофельный и кукурузный крахмал, декстрины, простые и сложные эфиры крахмала, карбоксиметилцеллюлоза, соли полиакриловых кислот, водорастворимые полиэфиры) вызывают более 80% загрязнений сточных вод текстильного производства [6].

Отбеливание. Обычно отбеливающие реагенты включают перекись водорода, гипохлорит натрия, хлорит натрия и диоксид серы. Для отбеливания хлопка чаще всего используется перекись водорода; обычно ее применяют в щелочных растворах. Использование хлорсодержащих отбеливателей может привести к образованию органических галогенсодержащих соединений (в результате протекания побочных реакций) и послужить причиной значительной концентрации в сточных водах адсорбируемых органических галогенпроизводных (AOX), прежде всего трихлорметана. Наиболее серьезные проблемы возникают при отбеливании гипохлоритом натрия; показатель образования AOX должен снижаться при использовании для отбеливания хлорита натрия [7].

Крашение. Сточные воды от операции крашения могут содержать цветные пигменты, галогены (особенно при использовании кубовых, дисперсных и активных красителей), металлы (например, медь, цинк), амины (образовавшиеся из азокрасителей в восстановительных условиях) в отработанных красителях и другие химические вещества, используемые как вспомогательные компоненты в составе красителя (например, диспергирующие вещества и противопенные добавки) и применяемые в процессе крашения (например, щелочи, соли и восстановители / окислители) [7].

Печатание. Компоненты паст для печати содержат концентраты красителей, растворители и связующие смолы. Концентраты красителей содержат пигменты (нерастворимые частицы) или красящие вещества. Органические растворители используются только в сочетании с пигментами.

Противопенные добавки и смолы используются для повышения цветостойкости. Офсетное полотно или соответствующие прослойки (подкладочный материал, впитывающий излишки печатной пасты), которые моются водой перед сушкой, могут служить причиной образования сточных вод, которые выглядят как воды, загрязненные нефтепродуктами, и отличаются значительным содержанием летучих органических веществ (ЛОС) из растворителей (уайт-спиритов), используемых в пасте для печати.

Принцип работы очистных сооружений

Рассмотрим работу традиционных очистных сооружений текстильного производства на примере «Юрьев-Польской ткацко-отделочной фабрике «Авангард». Это старейшее и одно из самых крупных промышленных предприятий легкой промышленности - производитель тканей, не только города Юрьев-Польского, но и одно из самых крупнейших текстильных предприятий Владимирского региона. В настоящее время предприятие оснащено современным импортным и отечественным текстильным оборудованием, способным выпускать ткани, удовлетворяющие вкус любого потребителя.

В настоящее время на фабрике «Авангард» выпускается ассортимент более 20 наименований это:

– мебельно-декоративные ткани (гобелены, твид, плюш с разрезным ворсом и изделия из них);

– легкие ткани (шотландка, вафельное полотно, тик, бязь, фуле);

– махровые изделия (полотенца, простыни, ткани, салфетки, махровое полотно);

– товары народного потребления (текстиль для дома, чехлы для автомобилей и мягкой мебели, покрывала, пледы, скатерти, подушки, салфетки, халаты, прихватки, вышивка под заказ и многое другое).

Далее представлена схема существующих очистных сооружений, которые располагаются на территории фабрики.

Размещено на http://www.allbest.ru/

2

Размещено на http://www.allbest.ru/

1 - насосная станция перекачки

2 - приемная камера очистных сооружений

3 - горизонтальная песколовка (1 секция)

3^/ - горизонтальная песколовка (2 секция)

4, 4^/ - отстойники первичные вертикальные

5 - аэротенк

6, 6^/, 6^//, 6^/// - отстойники вторичные вертикальные

7 - хлораторная установка

текстильный экологический сточный вода

Очистные ткацко-отделочной фабрика «Авангард» состоят из насосной станции перекачки, которая осуществляет перекачивание объединенных сточные вод с фабрики в приемную камеру очистных сооружений. Далее сточные воды через горизонтальные песколовки направляются в первичные вертикальные отстойники.

Песколовка ? это конструкция для отделения от жидких стоков крупноформатных и массивных минеральных частиц. Применение песколовки обусловлено тем, что в процессе совместного отделения в отстойнике примесей из минералов и органики с целью их сбраживания в аэротенки, появляются затруднения с удалением осадка. Применение песколовок снимает данную проблему. Функционирование песколовок основано на использовании силы гравитации. Песколовки рассчитывают так, чтобы при проходе через них сточных вод, в них оседали тяжелые минералы, но в осадок не попадали органические вещества [3]. Отстойники же предназначаются для осаждения нерастворенных и частично коллоидных загрязнений преимущественно органического происхождения. Вертикальный первичный отстойник - это сооружение цилиндрической формы с коническим днищем. Сточная вода поступает сверху вниз через центральную вертикальную трубу с раструбом в нижней части. Под вертикальной трубой расположен отражательный щит, который изменяет направление движения воды с вертикального нисходящего на вертикальное восходящее, при этом происходит интенсивное выпадение в осадок диспергированных частиц в отстойной части.

Восходящий поток сточных вод переливается через водопереливную кромку в периферийный лоток для сбора осветленной воды. Выпавшая взвесь, накапливающаяся в отстойной части, периодически выпускается по илопроводу. Перегородка, расположенная перед отводным лотком (гребни), препятствует попаданию в удаляемый поток отбросов, всплывающих на поверхность первичного отстойника.

Эти отбросы собираются с поверхности, как правило, вручную совком, скребком, черпаком с дырчатым дном и т.п., а затем удаляются через специальный бункер в колодец, находящийся вне сооружения.

Вертикальные отстойники проще по конструкции и в эксплуатации, чем горизонтальные (правда, требуют много ручного труда). Однако эффект осветления воды в них на 25-30% ниже, чем в горизонтальных и на 10-15% ниже, чем в радиальных. При удовлетворительной работе вертикальных отстойников удаляется не более 40% взвешенных веществ. А так же плохое сползание осадка на дно вертикального отстойника - наиболее распространенная причина сложности их эксплуатации. Задерживающийся на стенках осадок начинает бродить, выделять газ, что приводит к его всплыванию на поверхность отстойника и избыточному выносу взвешенных веществ.

Плохо сползающий осадок со стен отстойника к днищу сталкивается вручную скребком. Процедуру сталкивания скребком осадка со стен отстойника необходимо проводить каждые 8-12 часов (один раз в рабочую смену). После сталкивания осадка включается в работу гидроэлеватор и осадок откачивается на утилизацию [3].

Осветленная вода после двух первичных отстойников направляется в аэротенк. Аэротенк представляет собой резервуар, в котором медленно движется смесь активного ила и очищаемой сточной жидкости. Для лучшего и непрерывного контакта они постоянно перемешиваются путем подачи сжатого воздуха. Для нормальной жизнедеятельности микроорганизмов-минерализаторов в аэротенк должен непрерывно поступать кислород воздуха. Активный ил представляет собой биоценоз микроорганизмовминерализаторов, способных сорбировать на своей поверхности и окислять в присутствии кислорода воздуха органические вещества сточной жидкости. Хороший активный ил имеет компактные хлопья средней крупности.

Эффект очистки в аэротенках, качество и окислительная способность активного ила определяются составом и свойствами сточных вод, гидродинамическими условиями перемешивания, температурой и активной реакцией среды, наличием элементов питания и другими факторами.

Смесь сточной жидкости с активным илом должна аэрироваться на всем протяжении аэротенка. Это необходимо не только для того, чтобы обеспечить микроорганизмы-минерализаторы достаточным количеством кислорода воздуха, но и для поддержания ила во взвешенном состоянии. Кислород нагнетается в аэротенк воздуходувками. Отличительная особенность аэротенка как сооружения биологической очистки в том, что процесс очистки можно регулировать до необходимой по местным условиям степени. Чем длительнее процессы аэрации, чем больше воздуха и активного ила, тем лучше очищается вода.

Прошедшая аэротенк сточная вода вместе с активным илом поступает во вторичные отстойники, где активный ил отделяется от очищенной сточной воды. Отделенный активный ил снова перекачивается в канал перед аэротенком для дальнейшего использования. Этот ил называется циркуляционным. В процессе окисления им органического вещества количество ила в связи с ростом микроорганизмов и наличием органических загрязнений непрерывно возрастает, поэтому часть ила приходится все время удалять. Управление работой вторичных отстойников является очень важной задачей эксплуатирующей службы, поскольку эффективность вторичного отстаивания непосредственно влияет на ход биохимического окисления в аэротенках и в значительной мере определяет содержание взвешенных веществ в очищенной воде, т.е. потери биомассы активного ила и, соответственно, ее прирост [13].

Одноступенчатые аэротенки имеют ряд недостатков. В таких аэротенках нельзя интенсифицировать процесс очистки стоков путем увеличения дозы активного ила, так как с увеличением дозы ила наблюдается повышенный вынос его из вторичных отстойников, что приводит к загрязнению очищенной воды. Кроме того, при залповом поступлении сточных вод, содержащих токсичные примеси, может резко нарушиться жизнедеятельность микронаселения активного ила или даже произойдет его гибель. В обоих случаях нормальная работа аэротенка нарушается на длительное время.

Конечной стадией очистки является хлорирование. Обеззараживание сточных вод хлором является наиболее простым технологическим решением. Однако, в результате хлорирования возможно образование нескольких десятков высокотоксичных веществ, включая канцерогенные, мутагенные, с величинами ПДК на уровне сотых и тысячных мг/л. Появление таких веществ в сточных водах после хлорирования, влияет на здоровье населения при водопользовании.

При отведении хлорированных сточных вод в водоем поступают значительные концентрации хлора. В результате может иметь место гибель водных биоценозов (планктона, сапрофитной микрофлоры) и практически полное прекращение процессов самоочищения, в т. ч. и от патогенной микрофлоры [6].

Исходя их анализа сточных вод ткацко-отделочной фабрика «Авангард» (табл. 1) можно сделать вывод, что данные очистные плохо справляются с очисткой сточных вод.

Наименование Показателя	Вход на ОСБО мг/дм3	Выход с ОСБО мг/дм3	ПДК СанПиН 2.1.5.980-00. Гигиенические требования к охране поверхностных вод мг/дм3
рН, ед. рН	7,4	8,1	6,5-8,5
Фосфор фосфатов	2,5	0,49	0,2
ХПК, мгО2/дм3	231,1	141,6	30
БПК5, мгО2/дм3	126,7	21,5	4
Взвешенные вещества	81,2	38,5	0,75
Сульфат-ион	182,3	138,15	500
Хлорид-ион	277,1	274,6	350
Азот аммонийный	5,6	2,3	1,5
Нитрит- ион	0,37	0,17	3,3
Нитрат- ион	0,29	0,26	45
Железо общее	0,5	0,26	0,3
Нефтепродукты	1,05	0,16	0,1
АПАВ	4,27	0,72	0,5
НПАВ	0,16	0,12
Медь	0,9	0,4	1,0
Цинк	0,26	0,17	1,0
Свинец	0,002	< 0,001	0,01
Жиры	< 0,5	< 0,5
Сероводород	0,0024	< 0,002	0,003
Сульфиды	0,0058	0,0041	0,05



Это связанно с физической изношенностью технологического оборудования, ПДК для многих веществ изменились, стали еще меньше и данные очистные не позволяют получить нужного результата. Стали использовать больше красителей, так как сейчас большей популярностью пользуются цветные и яркие веще. Красители токсичны и трудно разрушаются биологически. Кроме того все процессы крашения проходят в присутствии ПАВ и вспомогательных веществ а иногда и ионов тяжелых металлов, что приводит к образованию сложных смесей.

ПАВ способствует пенообразованию, эмульгированию и солюбилизации. Пена ухудшает аэрацию водоемов и процесс естественной очистки воды. Присутствие ПАВ снижает эффективность работы очистных сооружений, особенно в аэротенках, где из рабочей зоны вместе с пеной выносится активный ил. При сорбции на микроорганизмах ПАВ блокирует распад органических соединений [5].

Многие красители, содержащие ароматические амины (бензидин, толуидин, дихлорбензидин, аминоазобензол), являются концерогенными. ПДК для НИХ составляет сотые и даже тысячные доли мг/л. Поэтому для сохранения экологической чистоты вблизи, текстильных производств необходимо проводить глубокую очистку сточных вод отделочных производство.

Модернизация очистных сооружений

В настоящее время в России начата широкомасштабная кампания по охране и защите окружающей среды, в частности, борьба с загрязнением природных водоемов. Современная очистка промышленных стоков включает много методов очистки. Ниже рассмотрены наиболее распространенные методы.

Реагентный метод. Использование реагентных методов является одним из основных направлений деятельности, направленной на охрану и очистку водных ресурсов. При этом осуществляется переход на новые технологические процессы и на замкнутые циклы водоснабжения, при которых не производится сброс очищенных сточных вод назад в водоемы, а осуществляется их повторное многократное использование в технологических процессах предприятия. Следует отметить, что применение таких замкнутых циклов в системах промышленной очистки воды дает возможность практически полностью отказаться от сброса сточных вод в природные водоемы, а для пополнения потерь использовать свежую воду. Реагентные методы очистки воды, которые в настоящее время являются одним из высокоэффективных способов очистки, могут оказать существенное влияние на увеличение водооборота. Следует отметить, что применение реагентных способов для водоподготовки в промышленности ни в коем случае не зависит от токсичности присутствующих в загрязненной воде примесей. Примечательно, что если сравнивать реагентные методы с биохимическими, то они имеют более существенное значение.

Для того, чтобы добиться максимального качества очищенных сточных вод, в некоторых случаях бывает недостаточно применения одного лишь биохимического метода очистки. В последнее время все большую популярность начинают завоевывать физико-химические методы, с применением коагулянтов и флокулянтов.

Процессы коагуляции и флокуляции облегчают удаление взвешенных веществ и коллоидов путем их концентрирования в форме хлопьев (флокул) с последующим отделением в системах отстаивания, флотации и / или фильтрации. Коагуляция представляет собой процесс дестабилизации коллоидных частиц путем добавления коагулянта, привносящего в коллоидную среду многовалентные катионы, которые могут быть как свободными, так и связанными с органической макромолекулой (катионные полиэлектролиты). Флокуляция состоит в агломерировании частиц с образованием микрофлокул, объединяющихся затем в более крупные флокулы. Этот процесс можно оптимизировать добавлением еще одного реагента - флокулянта [4].

При обработке воды с применением химического осаждения (помимо процесса коагуляции-флокуляции) главным образом добиваются перевода в нерастворимое состояние одного или нескольких минеральных соединений. Среди них: ионы, обуславливающие жесткость воды (Са²⁺, Mg²⁺), тяжелые металлы, некоторые анионы (например, сульфаты, фториды, фосфаты и т.д.). В каждом конкретном случае необходимо вводить в воду ионы (в форме растворимого реагента), образующие с подлежащими удалению примесями осадок нерастворимого соединения. При конкретных значениях температуры и рН остаточная растворимость определяется произведением растворимости осаждающегося вещества. Это позволяет при необходимости регулировать остаточное содержание удаляемых ионов путем проведения реакции в оптимальном диапазоне значения рН и смещения равновесия в результате передозирования (нарушения стехиометрического количества реагента).

Использование на стадии предочистки вертикальных отстойников не удовлетворяет требуемым критериям. Часто наблюдается проскок взвешенных частиц, в том числе и коллоидного железа, органики.

Отстаивание. В современной практике водоподготовки и очистки сточных вод все более широкое применение находят тонкослойные отстойные сооружения, в которых процессы осаждения взвеси протекают в слоях небольшой высоты (5 - 15 см) при устойчивом, близком к ламинарному, режиме движения воды.

Наличие тонкослойных элементов обеспечивает наиболее благоприятные условия для эффективного хлопьеобразования, осаждения и выделения из воды содержащихся в ней примесей.

Замкнутое пространство ячеистой конструкции увеличивает вероятность сближения частиц скоагулированной взвеси и, соответственно, их прилипание друг к другу и к хлопьям, сформированным ранее и задержанным в тонкослойных элементах. Наиболее крупные хлопья осаждаются в слоях небольшой высоты, захватывая при этом более мелкие хлопья, и накапливаясь, сползают по наклонной поверхности тонкослойных элементов, установленных под углом 60-70^о к горизонту, для встречного потока обрабатываемой воды они являются каталитической средой. По сравнению с традиционной флокуляцией в объеме, слой взвешенного осадка, образованный в замкнутом пространстве тонкослойных элементов, характеризуется значительно более высокими концентрациями взвешенного слоя и его устойчивостью по отношению к изменениям качества исходной воды и нагрузки на сооружения. Применение технологии тонкослойных модулейпозволяет уменьшить содержание взвешенных частиц в среднем в 5-10 раз.

Обезвоживание осадка производится с целью уменьшения его объема и изменения физического состояния: от жидкого до пастообразного и более сухого состояния.

Обезвоживание осадка может происходить фильтрацией под давлением (ленточные или камерные фильтр-прессы) или центрифугированием. В ленточных фильтр-прессах и центрифугах процесс обезвоживания непрерывный, в камерных фильтр-прессах - периодический. Как правило, обработке подлежат сгущенные осадки. На предварительной стадии обезвоживания рекомендуется уплотнение осадка. Применение обезвоживающего оборудования требует использования химических реагентов - флокулянтов.

Механическая фильтрация. Фильтрацией называют процесс разделения, при котором смесь жидкости и твердой фазы пропускают через пористую среду (фильтрующую загрузку или фильтрующий материал), задерживающую частицы твердого вещества и пропускающего жидкую фазу (фильтрат). Различают два основных типа фильтрации: фильтрация в глубину слоя (фильтрация на гранулированном слое) и фильтрация с образованием слоя осадка на фильтре (фильтрация на фильтрующей основе. В качестве фильтрующей загрузки в фильтрации на гранулированном слое используется гидроантрацит в верхнем слое, в качестве нижнего слоя фильтрующей загрузки используется кварцевый песок, в качестве поддерживающего слоя используется гравий. Фильтрация воды осуществляется сверху вниз. Наличие в фильтре слоя из антрацита препятствует образованию на поверхности загрузки плотной пленки, вследствие чего грязеемкость фильтра увеличивается.

Сорбционные метод. Сорбционная очистка сточных вод - это один из наиболее эффективных методов, позволяющий глубоко очистить сточные воды от растворенных органических примесей и нефтепродуктов до норм сброса вхоз-бытовую канализацию.

В качестве сорбентов применяются природные и искусственные пористые материалы: активные угли, пористые полимеры, термически обработанные (вспученные) алюмосиликаты, различные волокна (в т.ч. базальтовые), древесные стружки и другие материалы. Минеральные материалы (алюмосиликаты и базальтовые волокна), как правило, подвергаются обработке различными гидрофобизаторами для придания их поверхности олеофильных свойств.

Наиболее эффективными сорбентами являются активированные угли различных марок. Пористость этих углей составляет 60-75%, а удельная площадь поверхности 400 - 900 м²/г. В зависимости от преобладающего размера пор активированные угли делятся на крупно- и мелкопористые и смешанного типа. Поры по своему размеру подразделяются на три вида: макропоры размером 0,1 - 2 мкм, переходные размером 0,004 - 0,1 мкм, микропоры - менее 0,004 мкм.

Мембранные методы. Существует много мембранных процессов, базирующихся на различных принципах разделения или механизмах и применимых для разделения объектов разных размеров - от частиц до молекул. Обратный осмос - мембранный процесс очистки воды, для осуществления которого применяются мембраны с минимальным размером пор, соизмеримым с размером одиночных ионов, благодаря чему из воды удаляются все растворенные ионы и молекулы. Обратноосмотические мембраны содержат самые узкие поры, и потому являются самыми селективными. Они задерживают все бактерии и вирусы, большую часть растворенных солей и органических веществ (в том числе железо и гумусовые соединения, придающие воде цветность и патогенные вещества), пропуская лишь молекулы воды небольших органических соединений и легких минеральных солей. В среднем мембраны задерживают 97-99% всех растворенных веществ, пропуская лишь молекулы воды, растворенных газов и легкихминеральных солей [9].

Сегодня по принципу обратного осмоса работает большинство фильтров, кулеров и других водоочистителей. Этот метод позволяет добиться наивысшей степени очистки воды, и удаляет до 99%. Обратный осмос принципиально отличается от обычной фильтрации. При осмосе образуются два раствора, один из которых обогащен растворенным веществом. Явление осмоса наблюдается, когда два соляных раствора с разными концентрациями разделены полупроницаемой мембраной. Эта мембрана пропускает молекулы и ионы определенного размера, но служит барьером для веществ с молекулами большего размера. Таким образом, молекулы воды способны проникать через мембрану, а молекулы растворенных в воде солей - нет. Если по разные стороны полупроницаемой мембраны находятся солесодержащие растворы с разной концентрацией, молекулы воды будут перемещаться через мембрану из слабо концентрированного раствора в более концентрированный, повышая в последнем уровень жидкости [11].

В случае, когда на раствор с большей концентрацией воздействует внешнее давление (создаваемое насосом), превышающее осмотическое, молекулы воды начнут двигаться через полупроницаемую мембрану в обратном направлении, то есть из более концентрированного раствора в менее концентрированный. Этот процесс называется «обратным осмосом».

В системах обратного осмоса бытового назначения давление входной воды на мембрану соответствует давлению воды в трубопроводе. В случае, если давление возрастает, поток воды через мембрану также возрастает.

Фильтр, работающий по принципу обратного осмоса, устроен достаточно просто: основной элемент, позволяющий получать воду высокой степени очистки - это тонкопленочная мембрана. Если объяснять совсем просто, то она представляет собой некое подобие сетки, размер ячеек которой сравним с размером молекулы воды. Разумеется, сквозь такую «сетку» могут пройти либо сами молекулы воды, либо вещества, размер молекул которых еще меньше - растворенный в воде кислород, водород и т.

Чтобы мембрана не забивалась, перед ней устанавливают предфильтры - несколько ступеней предварительной очистки.

Тем не менее, в процессе фильтрации, перед мембраной накапливаются соли и различные примеси. Чтобы она не засорилась, перед мембраной создается принудительный поток воды, смывающий сконцентрированные загрязнения в дренаж.

В настоящее время в водоочистителях обратного осмоса наиболее широкое распространение получила компоновка мембран в рулонные мембранные элементы. Рулонный мембранный элемент для установки обратного осмоса состоит из трубки с прорезями для прохода пермеата и герметично присоединенного к ней пакета мембран, расположенного между ними дренажного листа и сетки-сепаратора, образующей межмембранные каналы. Рулонный мембранный элемент для установки обратного осмоса работает по принципу тангенциальной фильтрации. Разделенный поток воды движется в осевом направлении по межмембранным каналам рулонного элемента, а фильтрат спиралеобразно по дренажному листу в направление отвода фильтрата. Концентрат выходит с другой стороны мембранного модуля обратного осмоса. Сегодня обратноосмотические мембранные элементы рулонного типа являются наиболее распространенными и наименее дорогостоящими [9].

Обратноосмотические мембранные элементы задерживают все загрязнения диаметром более 0,1 нм. Мембрана пропускает молекулы растворителя (воды) и задерживает ионы растворимых солей: Са²⁺, Mg²⁺, Na ⁺, К⁺, Fe²⁺, Cu²⁺, Zn ²⁺, Ni²⁺, S0₄ ^2-, Cl^- и т.д. и полный спектр органических веществ и коллоидов с размером, значительно превышающим диаметр пор мембран, в том числе вирусы и бактерии. Установки обратного осмоса эффективно извлекают из воды гуминовые кислоты и их соединения, которые практически невозможно полностью удалить другими технологиями.

Так же к достоинствам метода обратного осмоса следует отнести:

- возврат в производство до 95% очищенной воды;

- степень очистки воды от минеральных солей и солей тяжелых металлов достигает 95 - 99%;

- относительно небольшие габариты установки, что, не требует больших производственных площадей;

- простота аппаратурного оформления;

- снижение расхода химических реагентов на нейтрализацию сточных вод.

Таким образом, по достигаемой глубине очистки обратный осмос занимает одно из первых мест и является наиболее перспективным методом для создания водооборотных циклов [11].

Опреснение высококонцентрированных рассолов, в том числе концентрата после установок обратно - осмотического обессоливания, экономически выгодно проводить методом выпаривания [6].

Выпаривание. Процесс обессоливания заключается в выпаривании загрязненных сточных вод с последующей конденсацией пара. После выпарки твердые отходы направляются на утилизацию или захоронение, а конденсат вторичного пара подается на повторное использование в производство.

Для выпаривания растворов используются выпарные аппараты различных типов.

а) Простейшими испарителями являются выпарные аппараты с паровыми рубашками. В них происходит малоинтенсивная неупорядоченная циркуляция выпариваемого раствора вследствие разности плотностей более нагретых и менее нагретых частиц. Поэтому в аппаратах с рубашками коэффициенты теплопередачи низки.

Такие аппараты применяются в небольших производствах при выпаривании сильно агрессивных и вязких, выделяющих твердые осадки, растворов.

б) Обычно для выпаривания растворов применяют аппараты с внутренней или выносной циркуляционной трубой. Циркуляция раствора в этих аппаратах происходит вследствие разности плотностей раствора в циркуляционной трубе и паро-жидкостной смеси в кипятильных трубах. В результате обеспечивается естественная циркуляция, улучшающая теплопередачу и препятствующая образованию накипи на поверхности теплообмена. Естественная циркуляция раствора усиливается, если раствор на опускном участке циркуляционного контура охлаждается, что достигается в выпарных аппаратах с выносными циркуляционными трубами.

В выпарных аппаратах с принудительной циркуляцией высокая скорость циркуляции раствора и интенсивность теплообмена достигаются с помощью циркуляционного насоса.

в) Высокая интенсивность теплообмена достигается в выпарных аппаратах пленочного типа, в которых процесс испарения осуществляется в тонком слое жидкости.

К основным достоинствам использования выпарных установок для обессоливания сточных вод можно отнести следующие:

- позволяет возвратить в производство до 90% очищенной воды;

- обеспечивает очистку воды до солесодержания 20-80 мг/л;

- позволяет получить отходы в виде твердых кристаллов солей;

- не требует дополнительных реагентов для проведения процессов, не образуются дополнительные объемы загрязненных сточных вод;

- проведение обессоливания воды с различной минерализацией;

- простота эксплуатации и организации контроля;

- требует небольших производственных площадей для размещения оборудования.

Основные недостатки:

- тепловое загрязнение окружающей среды.

Исходя из выше перечисленных методов чистки сточных вод, можно предложить более эффективную схему очистных сооружений для текстильного производства с возвратам очищенной воды на повторное использование.

Размещено на http://www.allbest.ru/

2

Размещено на http://www.allbest.ru/

1 - насосная станция перекачки

2 - приемная камера очистных сооружений

3, 3^/ - емкости смешения реагентов

4 - емкость приготовления коагулянта

5 - емкость приготовления флокулянта

6 - отстойник (оборудованный тонкослойными элементами) 7 - сборник осадка

8 - фильтр - пресс

9 - емкость для накопления осветленных стоков

10 - фильтр зернистый

11 - фильтр сорбционный

12 - аппарат мембранный

13 - выпарной аппарат

14 - емкость для сбора очищенной воды после обратного осмоса и выпарного аппарата

15 - установка обеззараживания воды под воздействием ультрафиолетового излучения

Таким образом, сочетание существующих традиционных методов очистки сточных вод текстильного производства с мембранными технологиями, а именно с обратноосмотическим обессоливанием, позволяет качественно очистить сточные воды. При этом осуществиться переход на новые технологические процессы и на замкнутые циклы водоснабжения, при которых не производится сброс очищенных сточных вод назад в водоемы, а осуществляется их повторное многократное использование в технологических процессах предприятия.

Внедрение на текстильное производство рассмотренных методов очистки сточных вод позволяет значительно снизить нагрузку на городские очистные сооружения и водные объекты и, что наиболее важно, предотвратить загрязнение окружающей среды.



Список используемой литературы

текстильный экологический сточный вода

1. Глубокая очистка и повторное использование сточных вод предприятий текстильной промышленности. Механика и энергетика, вып. 2. Обзорная информация, ЦНИИТЭИ Легкой Промышленности-

М., 1980. - 40 с.

2. Голицен А.Н. Промышленная экология и мониторинг загрязнения природной среды. - М.: Изд-во Оникс, 2010. - 336 с.

3. Когановский А.М. и др. Очистка и использование сточных вод в промышленном водоснабжении. М., «Химия», 1983

4. Кондратова Т.Б., Свынков В.И. и др. Ультрафильтрация сточных вод текстильной промышленности. // Коллоидно-химические проблемы экологии. Тез. докл. Всесоюзной конференции, Минск, 2830 мая,

1990. Минск, 1990. - С. 99-100.

5. Краснобородько И.Г. Деструктивная очистка сточных вод от красителей. Л., «Химия», 1988.

6. Жуков, А.И. Методы очистки производственных сточных вод. - М.: Химия, 1996. - 345 с.

7. Ильин В.И. Эффективный метод очистки сточных вод текстильных предприятий // Текстильная промышленность. 2004. №5. С. 50-53.

8. Ласков Ю.М., Васильев В.Г. Глубокая очистка и повторное использование сточных вод предприятий текстильной промышленности: Обзорная информация, вып. 2. М.: ЦНИИТЭИ Лег. пром., 1980. -38 с.

9. Мулдер, М. Введение в мембранные технологии: учебное пособие/ под ред. Ю.П. Ямпольского и В.П. Дубяги - М.: Мир, 1999. - 513 с.

10. Осипов Л.А. и др. Очистка сточных вод красильного производства текстильной промышленности. Риж. Политехн. Инст., Рига, 1986, 33 с.

11. Свитцов, А.А. Введение в мембранные технологии/ А.А. Свитцов - М.: ДеЛи принт, 2007. - 280 с.

12. Щелочкова А.А., Москвичева Е.В. и др. Водосбережение в текстильном производстве // Интернет-вестник ВолгГАСУ.

Политематическая серия. Волгоград, 2010. Вып. 2.

13. Щелочкова А.А., Москвичева Е.В., Алексиков А.Е. Интенсификация процессов очистки сточных вод текстильных предприятий // Водохозяйственный комплекс России: состояние, проблемы,

перспективы: сб. ст. IV Всерос. науч. - практ. конф., октябрь 2006 г.

Пенза: РИО ПГСХА, 2006. С. 12-15.

14. Fischer Klaus, Wirkerei - und Strickerei - Techn., 1989, Bd.32, N5, S. 452-457

15. Kremer F., Broomfield B., Fradkin L., Proc/ 37^th Ind-Waste Conf., West

Lafayette, Ind., 11-13 May, 1992, Ann Arbor. Mich., 1993, 157-161/

16. СанПиН 2.1.5.980-00. Гигиенические требования к охране поверхностных вод

17. Гигиенические нормативы (ГН 2.1.5.1315-03) Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования

18. Руководство по охране окружающей среды, здоровья и труда текстильное производство. Группа всемирного банка 2007 г.

Размещено на Allbest.ru

...