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

• Автор: Терпугов, Григорий Валентинович
• Шифр специальности: 11.00.11, 05.17.08
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 426 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
1. ВВЕДЕНИЕ

2. РАЗРАБОТКА ПРОЦЕССА ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД

ЦЕЛЛЮЛОЗНОБУМАЖНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ

2.1. Общая характеристика стоков целлюлознобумажных

предприятий и основных методов их очистки

2.2 Области применения мембранных установок в

целлюлознобумажной промышленности

2.3. Описание опытных установок и методик

проведения экспериментов

2.4. Мембраны, сточные воды и методики анализов

2.5. Сравнительная оценка мембранной и традиционной технологий очистки сточных вод
2.6. Изучение характеристик полупроницаемых мембран отечественного производства
2.6.1. Полимерные полупроницаемые мембраны
2.6.2. Динамические мембраны
2.7. Исследование основных технологических параметров
процесса очистки сточных вод
2.7.1. Влияние физикохимических свойств обрабатываемой воды на характеристики процесса разделения
2.7.2. Влияние гидродинамической обстановки в
потоке разделяемого раствора
2.7.3. Влияние давления.
2.7.4. Влияние температуры.
2.7.5. Влияние величины разделяемого раствора
2.7.6. Влияние концентрации растворенных веществ
2.7.7. Влияние характеристик мембран и природы растворенных веществ на селективность процесса очистки воды
2.7.8. Ресурс работы полупроницаемых мембран
2.8. Технологический расчет мембранных установок для очистки и концентрирования сточных вод.
2.9. Исследование возможности утилизации растворенных
веществ.
2 . Техникоэкономическая оценка эффективности применения мембранных установок.
3. РАЗРАБОТКА МЕМБРАННЫХ АППАРАТОВ И УСТАНОВОК
3.1. Аппарат для обратного осмоса и ультрафильтрации
с полыми волокнами
3.2. Аппарат и установка с неорганическими мембранами
3.3. Расчет гидравлических потерь в аппаратах
с неорганическими мембранами
4. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ КЕРАМИЧЕСКИХ МЕМБРАН.
4.1. Технология подложек.
4.2. Технология нанесения мембранного слоя.
5. ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ПРОЦЕССОВ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ
ПРОМЫШЛЕННОСТИ
5.1. Общая характеристика экологических и технологических
проблем машиностроительных предприятий промышленности
5.2. Результаты экспериментальных исследований
5.3. Экологоэкономическое обоснование реализации разработанных процессов и установок.
6.РАЗРАБОТКА МЕТОДА ИНТЕНСИФИКАЦИИ РАЗДЕЛЕНИЯ РАСТВОРОВ И ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД
7. ВЫВОДЫ.
8. ИСПОЛЬЗОВАНАЯ ЛИТЕРАТУРА.
9. ПРИЛОЖЕНИЯ.
Основные обозначения и сокращения
РРа Раочая поверхность мембран аппарата, м
в проницаемость мембран, лм2ч
в0 проницаемость мембран по чистой воде, лм2 ч
О0 производительность апарата по воде мЗч, лч, кгч
О производительность аппарата по разделяемому раствору м3ч, лч, кгч
V объем, м3 л мл
Ф селективность мембран,
х концентрация разделяемого раствора, гл мгл град.
х2 концентрация очищенной воды фильтрата, гл мгл
град.
х3 концентрация у поверхности мембраны, гл мгл град. 8 толщина ламинарного подслоя у поверхности мембраны, м
0 коэффициент диффузии растворенного вещества в растворе,
Ре критерий Рейнольдса Р рабочее давление, Па ат я осмотическое давление, Па ат
1 температура, С т время, ч с
ц вязкость, спз Па с
Ь количество концентрированного раствора, кгч лч м3ч
количество исходного раствора кгч лч м3ч
Л количество фильтрата, кгч, лч м3ч
А В Ь Ь2 А О0 А1 С А К2 п а постоянные
ЦБП ЦБК целлюлознобумажное предприятие комбинат
ЦКК целлюлознокартонный комбинат
ХПК химическое потребление кислорода, мгл
БПК и БПК5 биологическое потребление кислорода, мгл
ПКШ ХКШ цветность раствора по платинокобальтовой шкале хромовокобальтовой шкале, град величина водородного показателя раствора, ед
УМО установка мембранной очистки СОЖ смазочноохлаждающая жидкость
ВКММ Всесоюзная конференция по мембранным методам разделения смесей
КОУФ комплексообразование с ультрафильтрацией МКХТ Международная конференция молодых ученых по химии и химической технологии
1. ВВЕДЕНИЕ
Актуальность


Менделеева, ВНПО Бумпрома, на Байкальском целлюлозном заводе по стандартным методикам , а также с использованием пламенного фотометра ФПЛ1, Б1арЬо4, ААБ3 и рефрактометра НРФ, которые позволяли определить концентрацию отдельных ионов и общее содержание растворенных веществ, соответственно. Построение прямых по экспериментальным данным, а также получение оценок дисперсии б2 и среднеквадратичных отклонений Б, характеризующих степень разброса опытных точек около соответствующих прямых проводилось методом наименьших квадратов с использованием электронных вычислительных машин и персональных компьютеров различных модификаций и типовых программ обработки экспериментов. Сравнительная оценка мембранной и традиционной технологий очистки сточных вод. Целью данного этапа работы было изучение возможности применения методов обратного осмоса и ультрафильтрации с использованием отечественных полупроницаемых мембран для очистки сточных вод целлюлознобумажной промышленности. В связи с этим представлялось необходимым провести эксперименты по очистке сульфатного щелока и семи различных видов стоков Байкальского целлюлозного завода, а именно 1 вода черного потока 2 вода белого потока 3 вода смешанного потока 4 вода после биологической очистки 5 вода после химической очистки 6 конденсаты выпарного цеха 7 вода после фильтра 4а. Опыты проводились с применением ячейки с магнитной мешалкой см. В качестве полупроницаемых мембран использовались, главным образом, ацетатцеллюлозные пленки с селективностью ф при разделении стандартного 2 раствора С1, для процесса обратного осмоса, и с селективностью ф в случае исследования процесса ультрафильтрации. Полученные данные сведены в табл. П.2. П.2. Нумерация мембран в данных таблицах и далее в работе введена произвольно, поскольку использовались мембраны с различной технологией получения. Как видно из табл. Например, удается уменьшить окисляемость сточных вод до 0,4 мгОл, а цветность до 8 . Фильтрат получался неокрашенный, прозрачный, без запаха, в то время как исходные воды имели темнокоричневую окраску и резкий запах. Отличие фильтрата и сульфатного щелока по внешнему виду иллюстрируется на рис. Очищенная вода по своему качеству приближается к воде о. Байкал, что видно из табл. Методом ультрафильтрации удается снизить цветность сточных вод на , а окисляемость на см. Однако, степень очистки воды от минеральных веществ невысока и, как правило, не превышала . Поэтому ультрафильтрацию целесообразно применять в тех случаях, когда необходимо выделить из сточных вод лигниновые соединения или провести очистку воды от взвешенных веществ и, когда предпочтительнее высокая производительность при небольших рабочих давлениях без глубокой очистки воды , . Следует отметить, что на производительность и селективность процесса очистки воды оказывают влияние различные факторы, например физикохимические свойства обрабатываемой воды, качество мембран, рабочее давление и другие. Это хорошо видно из сравнения результатов, представленных в табл. Так, при очистке черного потока и воды после биологической очистки методом обратного осмоса с применением ацетатцеллюлозной мембраны 3 были получены, соответственно, селективности по окисляемости ф ,8 И ф ,6 , а проницаемости 6 ,4 лм2. С ,1 лм2 ч. Еще более существенно селективность и проницаемость зависят от качества мембран см. Например, при очистке черного потока методом ультрафильтрации на мембранах 1У и 2У были получены селективности по цветности ф,7 и ф. Э 4,6 лм2 ч. Таким образом, полученные результаты показали, что обратный осмос и ультрафильтрация являются эффективными методами очистки сточных вод целлюлознобумажных заводов. Таблица 2. Р ,Па и Ре . Мембрана Тип сточной воды Цветность, град. Сульфатный щелок 0 0 о 0. Таблица 2. Результаты очистки сточных вод Байкальского целлюлозного завода методом ультрафильтрации с помощью ацетатцеллюлозных мембран при Р 9,. Мембрана изготовлена из поливинилпирролидона. Таблица 2. Сопоставление характеристик воды о. Показатели Вода о. Рис. Внешний вид сульфатного щелока слева и очищенной воды справа.