Эффективность использования оборотных систем водопотребления на текстильных предприятиях

Размещено на http://www.allbest.ru/

Эффективность использования оборотных систем водопотребления на текстильных предприятиях

А.М. Азимов

Б.С. Шакиров

Л.М. Сатаева

К.Т. Жантасов

Р.Ш. Абиев

Для того, чтобы противостоять растущим экологическим угрозам, государства мирового сообщества все больше используют нормативные документы ООН-органа, обладающего широким мандатом и достаточным членством для принятия решений по проблемам окружающей среды. В основополагающих документах ООН и Республики Казахстан указывается на необходимость принятия срочных мер по снижению загрязнения окружающей природной среды путем экологизации всех видов производств.

Одной из важнейших проблем современного этапаразвития красильно-отделочного производства является разработка технологии очистки сточных вод, позволяющих исключить проникновение промышленных отходов в окружающую среду, и прежде всего в гидросферу. Данная проблема актуальна для предприятий текстильной, химической промышленностей, ибо при обработке, крашении сырья образуется значительное количество сточных вод, что объясняет отнесение красильно-отделочного производства к числу наиболее влагоемких.

Серьезную опасность загрязнению водоемов представляют красильно-отделочные процессы предприятий текстильной, химической промышленностей, так как особенностью производства является то, что здесь применяют специальные красители. В настоящее время выпускается огромное количество водорастворимых красителей, относящихся к различным классам (кислотные, основные, активные, прямые, металлосодержащие и др.) [1] и нерастворимые. При крашении тканей в зависимости от типа применяемого красителя и способа окраски в сточные воды попадает от 10 % до 40 % используемых красителей [2].

Мембранные технологии очистки промышленных вод играют существенную роль при решении глобальных проблем, стоящих перед человечеством: обеспечение населения продовольствием, водой и топливно-энергетическими ресурсами, защита окружающей природной среды, использование вторичных сырьевых ресурсов и др. В этой связи, применение мембранных методов разделения, являющегося универсальным, экологически чистым и высокоэффективным, весьма перспективно, т. к. данная технология обладает рядом преимуществ [3].

Безреагентность, исключение фазовых переходов и применения растворителей, энергосбережение, экологическая чистота, сравнительная простота технологического оформления и относительно низкие температуры обуславливают высокую конкурентоспособность и широкое применение мембранных процессов,практически во всех сферах деятельности человека.

Принципиально новые возможности мембранного разделения красителей от воды могут быть достигнуты при разработке новых мембранных технологий и конструкций аппаратов, при использовании которых могут быть достигнуты высокие значения избирательности переноса по целевым компонентам при общем высоком уровне проницаемости. Для этого, прежде всего, требуется разработка новых подходов к разработке мембранных технологии.

Промышленные аппараты для мембранных процессов должны удовлетворять следующим условиям: иметь большую рабочую поверхность мембран в единице объема аппарата; быть доступными для сборки и монтажа; жидкость при движении по элементам аппарата должна равномерно распределятся над мембраной и иметь достаточно высокую скорость течения для снижения вредного влияния концентрационной поляризации, при этом перепад давления в аппарате (т.е. потеря напора исходного раствора) должен быть по возможности небольшим. При конструировании этих аппаратов необходимо учитывать также требования, которые обусловлены работой аппарата при повышенных давлениях[3].

Так как, создание аппарата, который в полной мере удовлетворял бы всем перечисленным требованиям невозможно, то для каждого процесса разделения следует подобрать аппараты такой конструкции, которая обеспечивала бы наиболее выгодные условия проведения процесса.

Аппараты для баромембранных процессов подразделяются на четыре типа, отличающиеся способом укладки мембран: аппараты с плоскими мембранными элементами, аппараты с трубчатыми мембранными элементами, аппараты с мембранными элементами рулонного типа и аппараты с мембранными в виде полых волокон[4].

В работе [5] рассмотрена возможность повышения производительности и упрощение конструкций аппаратов с отводом диффузионного слоя. Предлагаемое устройство состоит из корпуса, на котором находится кожух со штуцером для отвода слоя с повышенным содержанием растворенных веществ. В корпусе имеются конические отверстия. Внутри корпуса находится коническая втулка с проточкой. Коническая форма отверстий предусматривает более интенсивный отвод через них диффузионного слоя. За счет изменяющейся геометрии конуса (уменьшения внешнего и внутреннего диаметров) происходит увеличение давления среды при движении вдоль его образующей, что дает возможность отвести большую часть слоя, находящегося в зазоре. При помощи резьбы втулка перемещается в осевом направлении в корпусе. Это позволяет найти оптимальный вариант проведения процесса. Основная часть потока (с меньшей концентрацией) направляется во внутреннюю полую область конической втулки, не создавая застойных зон. Этому способствует как проточка на входе в конус, так и изменяющийся внутренний диаметр. За счет выполненной формы конической втулки и отверстий в корпусе увеличивается концентрация и количество отводимого диффузионного слоя.

Известен аппарат [6] предназначенный для очистки сточных вод с разделением иловой смеси на мембранах. Устройство представляет собой разновидность мембранного биореактора. Установка выполняется в емкости, перфорированной перегородкой разделенной на блоки механической и биоочистки и в части, в которой находится собственно мембранный биореактор, аэрирование и перемешивание иловой смеси осуществляются посредством механической мешалки. Предусмотрена защита мембран от обрастания с использованием одного из видов ПАВ, которые в частности могут находиться в закапсулированном состоянии.

Авторы работы [7] предлагают аппарат предназначенный для очистки промышленных сточных вод, содержащих растворенные органические соединения, а также масла. Аппарат представляет собой емкость, в которой с противоположных сторон перфорированными перегородками выделены 2 зоны, в которых находится загрузка в виде пористых частиц, на них фиксируется биопленка. На дне емкости уложен пневмоаэратор, вследствие его работы загрузка находится во взвешенном состоянии. Выходящие сточные воды проходят через мембранный фильтр, который может быть установлен как в реакторе, так и за его пределами, масла из очищенных сточных вод задерживаются на этом фильтре.

Промышленные аппараты процессов должны удовлетворять следующим требованиям: иметь большую рабочую поверхность мембран в единице объема аппарата; быть доступными для сборки и монтажа. При конструировании этих аппаратов необходимо учитывать также требования, обусловленные работой аппарата при повышенных давлениях: обеспечение механической прочности, герметичности и др. Создать аппарат, который в полной мере удовлетворял бы всем перечисленным требованиям, по-видимому, невозможно. Поэтому, для каждого конкретного процесса разделения следует подбирать аппарат такой конструкции, которая обеспечивала бы наиболее выгодные условия проведения процесса.

В данной работе разработаны конструкция и основы технологии мембранной очистки сточных вод красильно-отделочных производств.

Одной из конструкций, отвечающих требованиям, является мембранный аппарат для очистки жидкости [8]. Задачей исследования является упрощение конструкции аппарата, повышение эффективности разделения смеси, увеличение продолжительности работы мембраны.

На рисунке 1 показан общий вид мембранного аппарата: на рисунке 2 - вид сверху аппарата с разрезом крышки аппарата.

Рисунок 1. Общий вид мембранного аппарата

Рисунок 2. Вид сверху аппарата с разрезом крышки аппарата: 1 - цилиндрический корпус; 2 - мембранные модули, состоящие из трубчатого каркаса; 3 - дренажные отверстия; 4 - полупроницаемые мембраны; 5 - крышка; 6 - патрубок вывода очищенной жидкости; 7 - днище; 8 - патрубок для ввода очищаемой жидкости; 9 - фильтр грубой очистки (ФГО); 10 - патрубок вывода недоочищенной жидкости; 11 - крышка; 12 - эластичный элемент; 13 - электродвигатель

Мембранный аппарат работает следующим образом: подлежащая мембранной очистке жидкость поступает через фильтр грубой очистки 9 и патрубок 8, расположенный тангенциально к образующей корпуса 1. Создается кольцевое движение жидкости, наиболее крупные частицы отбрасываются к периферии под действием центробежных сил и осаждаются, что способствует более длительному сохранению проницаемости мембраны 4. Проходя через полупроницаемую мембрану 4 трубчатого мембранного модуля, жидкость очищается от механических примесей и по дренажным отверстиям 3 поступает внутрь трубчатого мембранного модуля и очищенная выводится через патрубок 6 потребителю.

При работе устройства в режиме фильтрации патрубок 10 для вывода недоочищенной жидкости закрыт. В процессе работы аппарата происходит засорение поверхности мембраны 4, что приводит к увеличению перепада давления на трубчато-мембранном модуле. При достижении величины перепада давления до заданной, автоматически приводится в движение эластичный валиковый элемент 12 при помощи электродвигателя 13.

Эластичный валиковый элемент 12, касаясь поверхности мембраны 4, снимает загрязнения, которые смываются тангенциальным потоком жидкости, проводится промывка мембраны 4, при этом недоочищенная жидкость сливается через патрубок 10. Периодичность регенерации препятствует износу мембраны 4.

Эластичный элемент 12 выполнен из пористого эластичного материала в форме цилиндрического валика, который механически очищает поверхность мембраны без её разрушения. После длительной эксплуатации до 2,5-3 года удаляются старые мембраны 4 и заменяются на новые. Таким образом использование эластичного валикового элемента позволяет снизить износ мембраны и повышает эффективность очистки поверхности и пор мембраны.

Эффективность степени разделения водного раствора в мембранном аппарате достигает 99% (рисунок 3). В таблице 1 приведены параметры процесса и эффективности мембранного разделения водного раствора.

Таблица 1. Основные параметры мембранного разделения водного раствора

Эффективность Э_раз, %

Размещено на http://www.allbest.ru/

ДавлениеР, МПа

Рисунок 3. Влияние давления на эффективность разделения водного раствора

На основе проведенных исследований предложена следующая технологическая схема мембранного разделения и повторного использования отработанных растворов красителей в соответствии с рисунком 4. В ходе опытов мембранной очистки сточных вод красильно-отделочных производств нами были использованы наиболее распространенные 6 типов текстильных красителей, применяемых в химической технологии крашения тканей. Структурные формулы, свойства и характеристики основных типов изучаемых красителей приведены ниже. Однако следует отметить, что на меховых предприятиях образуются загрязненные сточные воды, характерной особенностью которых является их интенсивная окраска.

Интенсивность окраски стоков после крашения меховых шкурок и их промывок зависит от цвета применяемых красителей и колеблется в пределах от 1:30 000 после крашения в черный цвет до 1:800 во второй промывке после крашения. В целом, объем окрашенных стоков составляет 15-20% от общего количества сточных вод.

Дополнительным оборудованием служили: для измерения расхода счетчики-расходомеры - РМ-0,4 ЖУЗ; для измерения давления датчики давления - ДТ-50; для измерения температуры регенерирующего агента термопреобразователи ТЖ-711Р [9].

В процессе проведения исследований диапазон измерения режимных параметров был следующий: скорость потока V - (0,1; 0,08; 0,03)м/с; температура Т - (283-353) К; время - до 7200с; давление P -до 2,5 МПа; рН - до 12; концентрация С_н - до 15 кг/м³.

Рисунок 4. Экспериментальная установка для проведения мембранной очистки сточных вод от красителей: 1 - мембранный аппарат; 2 - емкость для исходной воды; 3 - емкость для очищенной воды; 4 - емкость для извлеченных красителей; 5 - водный насос; 6 - фильтры грубой очистки

Знание структуры мембран имеет большое значение при решении задач разработки количественной теории мембранных процессов и их успешной реализации. Для оценки общей пористости использовали метод [4].

Образец мембраны, предварительно взвешенный, насыщают смачивающей жидкостью и проводят взвешивание повторно, после чего рассчитывают _о:

где - масса образца, насыщенного жидкостью;

_ж - плотность жидкости.

Мембранная очистка текстильных красителей проводилась при исходной массовой концентрации красителя, равной 200 мг/л, что соответствует реальному содержанию красителя в сточных водах предприятий легкой индустрии. Для выявления наиболее эффективных параметров ультрафильтрации красителей нами также были проведены опыты по адсорбции 3-х основных типов текстильных красителей при массовой концентрации, равной 400 мг/л. Анализ полученных данных, приведённых в таблице 2, свидетельствует об удовлетворительной степени очистки сточных вод. Красители практически полностью удаляются из исходных водных растворов.

Таблица 2. Мебранная очистка основных типов текстильных красителей

Таким образом, с целью достижения необходимого эффекта очистки сточных вод от красителей разработана технологическая схема, отвечающая последним достижениям науки и техники. Для обеспечения замкнутого водооборота и для разработки наиболее экономичного решения задачи глубокой очистки сточных вод содержащих красители, приводящего к получению из сточных вод воды, пригодной для технического использования в производстве нами использована разработанная конструкция мембранного аппарата с трубчатыми мембранными модулями и эластичными валиковыми элементами.

Литература

диффузионный экологизация промышленный очистка

1. Венкатараман К. Химия синтетических красителей.- Л.: Госхимиздат, 1956. 1 - 804 с.

2. Бородкин В.Ф. Химия красителей. - М.: Химия, 1981 - 38-47 С.

3. Дытнерский Ю.И. Баромембранные процессы. Теория и расчет. М.: Химия, 1986. -- 272 с.

4. Дытнерский Ю.И. Обратный осмос и ультрафильтрация. М.: Химия, 1978. -- 352 с.

5. Аппарат для мембранного концентрирования. Пашкевич А.А., Котляров Р.В. Продукты питания и рациональное использование сырьевых ресурсов: Сборник научных работ. Вып. 12. Кемер. технол. ин-т пищ. пром-сти. Кемерово: Кемер. технол. ин-т пищ. пром-сти. 2007, с. 81.

6. Abwasserbehandlungsanlage. Uphoff Christian: Заявка 102006005585 Германия, МПК 8 B 01 D 65/08 (2006.01), B 01 D 61/14 (2006.01). Georg Fritzmeier GmbH, Uphoff Christian. № 102006005585.3; Заявл. 06.02.2006; Опубл. 06.06.2007.

7. Biologische Klaranlagen und Verfahren fur die biologische Reinigung von olbelastetem Abwasser: Заявка 102006001603 Германия, МПК 8 C 02 F 3/10 (2006.01), B 01 D 61/14 (2006.01). aquadetox international GmbH. №102006001603.3; Заявл. 11.01.2006; Опубл. 14.06.2007.

8. А.С. 54908 Казахстан. Мембранный аппарарат. / Азимов А.М., Шакиров Б.С., Сатаев М.И., Алтынбеков Р.Ф., Молдасапаров А.М.; опубл. 16.06.2008, Бюл № 6. - 3 с: ил.

9. Промышленные приборы и средства автоматизации Справочник.-Л.; Машиностроение. - 1987. - 847 с.

Размещено на Allbest.ru