Разработка совмещенного флотационно-мембранного процесса очистки сточных вод от тяжелых металлов

• Автор: Судиловский, Петр Сергеевич
• Шифр специальности: 05.17.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 123 с. : ил.

Глава ]. Обзор литературы
1.1. Актуальность проблемы очистки сточных вод. Переход к устойчивому водопотреблению
1.2. Тяжелые металлы - токсичные компоненты промышленных сточных вод
1.3. Методы очистки сточных вод от тяжелых металлов
1.3.1. Общий обзор методов очистки от тяжелых металлов
1.3.1.1. Реагечтные методы перевода в дисперсную фазу
1.3.1.2. Электрохимические методы осаждения дисперсной фазы
1.3.1.3. Методы отделения дисперсной фазы
1.3.1.4. Сорбционные методы очистки от тяжелых металлов
1.3.1.5. Мембранные методы очистки от тяжелых металлов
1.3.1.6. Сопоставление различных способов очистки сточных вод от тяжелых металлов
1.3.2. Применение флотации для очистки от тяжелых металлов
1.3.3. Применение обратного осмоса и нанофильтрации для очистки от тяжелых металлов
1.4. Выводы из литературного обзора
Глава 2. Материалы и методы
2.1. Методика исследования гидродинамики барботажа с использованием мембран и исследования очистки от тяжелых металлов с помощью мембранной флотации в периодическом режиме
2.2. Методика определения размера пузырьков, полученных диспергированием через микрофильтрационные мембраны
2.2. Методика определения размера пузырьков, полученных диспергированием через микрофильтрационные мембраны
2.3. Методика исследования очистки от тяжелых металлов с помощью мембранной и электрофлотации в комбинированном мембранно-электрофлотационном аппарате непрерывного типа
2.4. Методика исследования эффективности нанофильтрации и обратного осмоса для удаления тяжелых металлов. Схема и описание экспериментальной установки
2.5. Методика исследования эффективности ингибирования осадкообразования на мембранах

2.6. Методика анализа концентрации тяжелых металлов и измерения pH и
температуры в исходной и очищенной сточной воде
2.7. Использованные реагенты и материалы
Глава 3. Исследование процесса мембранной флотации
3.1. Определение процесса мембранной флотации
3.2. Гидродинамика барботажа с использованием микрофильтрационных мембран
3.3. Применение мембранной флотации для очистки сточных вод от тяжелых металлов. Эксперименты в периодическом режиме (на статической ячейке)
3.4. Применение мембранной флотации для очистки сточных вод от тяжелых металлов. Эксперименты на комбинированном мембранно-электрофлотационном аппарате непрерывного типа
Глава 4. Исследование НФ и 00 для очистки от тяжелых металлов
4.1. Влияние температуры на удельную производительность и селективность мембран
4.2. Влияние исходной концентрации тяжелых металлов на удельную производительность и селективность мембран
4.3. Влияние pH исходной воды на удельную производительность и селективность мембран
4.4. Ингибирование осадкообразования на обратноосмотических и нанофильтрационных мембранах
Глава 5. Мембранная очистка сточных вод от тяжелых металлов. Расчет и технико-экономический анализ
5.1. Принципы расчета технологических схем мембранной очистки сточных вод от тяжелых металлов
5.2. Технико-экономический анализ комбинированных технологических схем, включающих флотационные и баромембранные методы очистки
5.3. Применение разработанного флотационно-мембранного процесса на практике
Выводы
Список литературы

Очистка сточных вод приобретает все большую значимость в промышленности и муниципальном хозяйстве как одно из необходимых мероприятий, предназначенных для перехода к устойчивому водопотреблению и созданию замкнутых производственных циклов.
Тяжелые металлы (ТМ) являются основными токсическими компонентами сточных вод гальванической, электронной и других отраслей промышленности. Удаление данных загрязнений позволит вторично использовать сточные воды в основной технологии, обеспечив, таким образом, энерго- и ресурсосбережение.
Мембранные методы разделения, в частности нанофильтрация (НФ) и обратный осмос (00), являются одними из самых перспективных, позволяющих значительно снизить затраты на обработку сточных вод и получать воду любого требуемого качества, а также экономить производственные площади и снижать трудозатраты.
Флотационные процессы также все чаще находят применение для очистки стоков различного происхождения, позволяя достигнуть высоких степеней очистки при низком энергопотреблении, причем наиболее энергоэффективным способом флотации является флотация с диспергированием воздуха через пористые материалы.
В то же время наблюдается недостаток данных по эффективности применения флотации, НФ и низконапорного 00 для очистки сточных вод от ТМ. В связи с этим в настоящей работе был изучен процесс флотации с диспергированием воздуха через микропористые мембраны (мембранная флотация), а также очистка от тяжелых металлов на серийно производимых ИФ и низконапорных 00 мембранных модулях.
Научная новизна
Впервые предложено проводить процесс флотационной очистки с использованием мембран для диспергирования воздуха. Для этого нового метода очистки предложен термин - мембранная флотация.
Впервые на основании принципов минимума энергии и мощности диссипации получено аналитическое уравнение, связывающее скорости свободного и стесненного всплытия пузырьков и газосодержание

1.4. Выводы из литературного обзора
Как показал анализ литературы по очистке сточных вод от катионов тяжелых металлов, в настоящее время для водоочистки все чаще применяются баромембранные процессы, особенно нанофильтрация и обратный осмос. Однако применение НФ и 00 сопряжено с рядом трудностей, связанных, прежде всего, с необходимостью предочистки и утилизации образующегося концентрата (10-30% от потока исходной сточной воды).
Вместе с тем, среди процессов очистки воды от взвешенных частиц, в т.ч. гидроксидов тяжелых металлов, а также ПАВ и нефтепродуктов, видное место занимают флотационные процессы. Среди всего многообразия флотационных методов, как по энергопотреблению, так и по степени очистки выдающееся положение занимают процессы пневматической флотации, в которых для диспергирования воздуха предлагается использовать микропористые мембраны, а также электрофлотация.
Исходя из результатов обзора и анализа литературы, можно сформулировать цель работы:
Разработать совмещенный флотационно-мембранный процесс очистки сточных вод от тяжелых металлов, сочетающий нанофильтрацию или обратный осмос и мембранную флотацию и/или электрофлотацию. Поставленная цель достигается за счет решения следующих задач:
- Установление основных закономерностей гидродинамики мембранной флотации и эффективности очистки сточных вод от тяжелых металлов флотационными и мембранными методами.
- Проведение технико-экономического анализа вариантов комбинирования мембранных и флотационных методов очистки сточных вод от тяжелых металлов, позволяющего выбирать технические решения конкретных задач очистки.