CC BY
56
5. Виноградова E.H., Моисеев М.М., Ефремов В.Н. и др. Окисление метана на никельмедных катализаторах смешанного и нанесенного типов //Химическая промышленность сегодня. - 2006, №5. -С. 41-50.
УДК 628.33/34: 66.067.1
А Л. Скопин, В. Н. Минин, О. Ю. Сальникова, А. В. Синчук, Г. В. Терпугов Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия
ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД ПОСЛЕ МОЙКИ ПОЛОВ ТОРГОВЫХ КОМПЛЕКСОВ
This paper present different types of cleaning of water solutions after floor washing, consider applying membrane technology to solve this problem.
В работе представлены результаты исследования стоков торгового комплекса после мойки полов, рассмотрены разнообразные методы очистки сточных вод с применением традиционных методов и мембранной технологии.
В настоящее время очистке сточных вод от поверхностно - активных веществ (ПАВ) уделяется достаточно большое внимание, так как их применение резко возросло как в бытовых целях, так и во многих промышленных отраслях. Вода, содержащая ПАВ, является губительной для окружающей среды, оказывает токсическое воздействие на организм человека, вызывая канцерогенные, мутагенные и аллергенные явления. Попадая со сточными водами в почву, ПАВ отрицательно воздействуют на ее плодородие. Многие известные ПАВ затрудняют процессы биологического окисления органических загрязнений и таким образом препятствуют биологической очистке сточных вод в результате гибели активного ила. Кроме того, наличие ПАВ в воде вызывает образование устойчивой пены в аэраторах, что в свою очередь уменьшает скорость оседания взвешенных твердых частиц. В результате ухудшаются санитарно - химические показатели качества очищенных вод, и их сброс в водоемы просто недопустим.
Таким образом, загрязнение сточных вод ПАВ обуславливает необходимость надежной очистки воды, являющейся чрезвычайно важной для всех химически развитых стран мира. Не менее актуальной задачей является регенерация и повторное использование извлеченных продуктов и воды в технологических процессах, что позволит хотя бы частично компенсировать затраты на очистку сточных вод и снизить общее водопотребление. Физико - химические методы очистки сточных вод от ПАВ основаны на использовании их поверхностной активности (пенная сепарация, адсорбция), поведения как электролитов (ионный обмен), либо на влиянии строения органических радикалов молекул Г1АВ на растворимость последних в различных жидкостях (экстракция). Выбор метода очистки зависит не только от качества извлечения, но и от удельных затрат. С этой точки зрения наиболее выгодны варианты с использованием промышленных отходов, таких как зола, шлак котелен, известь, остатки после цехов водоподготовки, отходы по-
лучения гранулированного активированного угля [1]. В некоторых работах подчеркивается, что но г лубине достигаемой очистки сточных вод от ПАВ на ведущее место следует поставить ионообменные методы [2].
Японскими специалистами проведен сравнительный анализ различных методов очистки промышленных сточных вод от ПАВ. Полученные результаты показали, что биологическая очистка снижает БПК (биологическое потребление кислорода), содержание органического углерода и ПАВ в сточной воде в среднем на 77%, при фотоокислении эти. показатели снижаются на 99%, при пенной сепарации на 95 - 96 %, коагуляции проводимой при рН 4 - 5, - на 90%. Экстракцией удаляют ПАВ на 40 - 50%, ионным обменом и обратным осмосом на 99%[3]. Применение адсорбции активированными углями для очистки сточных вод от ПАВ обеспечивает практически полное удаление из воды этих загрязнений при относительно небольшом расходе адсорбентов. Однако использование методов адсорбции ограничено отсутствием эффективных способов регенерации адсорбентов. А, следовательно, встает вопрос об их дальнейшем безопасном захоронении или применении в промышленности.
Задачу переработки сточных вод с высоким содержанием ПАВ можно решить с использованием технологии мембранного разделения, когда на . выходе мы будем иметь концентрированные компоненты в практически неизменном виде. Именно поэтому мембранным методам придается первостепенное значение в решении задач и организации водооборотных промышленных систем с повторным использованием химикатов.
Опыт разработки и эксплуатации локальных систем очистки сточных вод на различных предприятиях показывает, что, обычно, они состоят из нескольких блоков или узлов очистки, а именно - фильтрации, коагуляции (или флотации), мембранной и адсорбционной очистки.
По этой причине экспериментальная часть работы была посвящена изучению процесса очистки сточных вод комплекса "Ашан-Алтуфьево" (взятого как пример, где на данный момент существует большая проблема утилизации или регенерации сточных вод) с использованием вышеуказанных технологий.
Установлено, что коагуляция позволяет повысить степень очистки сточных вод и производительность мембранной установки, что говорит о целесообразности использования этой стадии очистки стоков. Например, если показатели воды до коагуляции имели значения ХПК - 11030 мгО/л и содержание взвешенных веществ - 2471 мг/л, то после коагуляции - 2942 мгО/л и 194 мг/л, соответственно. Кроме того, предварительная обработка воды с использованием коагуляции позволяет существенно (~ в 20 раз) повысить производительность мембран.
Коагуляция обычно сочетается с процессом фильтрации или другими процессами разделения суспензий. В связи с этим была исследована фильтрация.
В наших исследованиях но фильтрованию использовали воронку Бюхнера с диаметром фильтрующей поверхности 130 мм. Воронка Бюхнера является аналогом типового нутч-фильтра, который возможно использовать
в дальнейшем для промышленной установки по очистке стоков. В опытах в качестве фильтрующей перегородки использовалась фильтрующая ткань бельтинг.
лТ лV
80;
40
о 12 3
V,,,, л
Рис. 1. На основании зависимости определяются сопротивление слоя осадка и фильтровальной перегородки.
На основании полученных экспериментальных данных построена зависимость Ат/ДУ от среднего объёма фильтрата (рис. 1). Сопротивление слоя осадка: г0 = й,894 * Ш1' [м-1] Сопротивление фильтровальной перегородки: Л = 2 972* Ю11 [м1] Значения констант сопротивления осадка и фильтровальной перегородки в дальнейшем могут быть использованы для подбора типового фильтра при создании опытно-промышленной установки.
Полученный при фильтровании фильтрат использовался для проведения экспериментов на мембранной установке, результаты которых представлены ниже.
Исследования стоков после моечных машин без предварительной обработки проводились на мембранной лабораторной установке, представленной на рис. 2.
Эксперимент проводился на трубчатой неорганической мембране с диаметром пор 0,07-0,2 мкм, производимой компанией ООО «Генос».
Изучалось изменение производительности керамических мембран от времени при рабочем давлении 3 ат. и температуре 20-22°С без предварительной обработки (см. рис. 3) и с предварительной обработкой стоков методом коагуляции и последующим фильтрованием, в соответствие с представленными ранее данными (см. рис.4).
Для периодической регенерации мембран использовали обычную технологию - продувку мембран сжатым воздухом при давлении 3 ат.
В обоих случаях пробы фильтрата отбирались для определения их состава и для доочистки методом адсорбции. Результаты анализов сточных вод и фильтрата после мембранной установки приводятся в таблицах. 2 и 3.
Как показали предварительные эксперименты средняя проницаемость мембран в таких условиях на конкретной пробе стоков составляла 10-12
л/мч.
пермеа|
Рис. 2. Схема лабораторной мембранной установки: 1 - емкость; 2 - насос-дозатор; 3 - манометр; 4 - ячейка или аппарат с мембранными элементами; 5 - вентиль регулирования давления.
Исследования стоков с предварительной обработкой проводились на мембранной лабораторной установке (рис.2).
Табл. 2. Сточные воды моечных машин без предварительной обработки.
Результаты анализа проб
Фильтрат Фильтрат ш-
Наименование показателя
Исходная после еле мембран и
мембран адсорбции
БП1С5, мгО/л 6740+808,8 1224+146,9 293+35,16
ХПК, мгО/л 13710+2879 2861+601 578+121
Взвешенные вещества, мг/л 3798+190 41+4 25+3
Сухой остаток, мг/л 5280+264 2532+228 1148+103
Жиры, мг/л 179,6+19,76 24+2,64 11,2+1,23
СПАВ анионные, мг/л 205+23 17,8+2 2,54+0,3
СПАВ неионогенные, мг/л 81,6+20.4 33,1+8,3 16,6+4.2
Перед мембранной очисткой проба сточных вод была обработана коагулянтом: 20% раствором сульфата алюминия ((АЬ (804)318НгО) в количестве 3-4% от общего объёма пробы. После отстаивания в течение часа осветленный раствор был слит и проведён процесс мембранной очистки на керамических мембранах при давлении 3 ат. и температуре 20-22°С.
На рис.4 представлена зависимость изменения проницаемости мембран от времени с использованием периодической продувки мембран сжатым воздухом.
Например, содержание анионных СПАВ в наших экспериментах
снижалось с 3,7-И 7,8 мг/л до 0, 217-^-2,54 мг/л.
Средняя проницаемость мембран в процессе ультрафильтрации сточных вод после коагуляции составляла 400 л/мч.
Сравнение рис. 3 и 4 показывает, что использование стадии коагуляции повышает проницаемость (производительность) мембран ~ в 20 раз. Полученный после мембранных установок фильтрат подвергался дальнейшей доочи-стке методом адсорбции.
Табл. 3. Сточные воды моечных машин с предварительной обработкой.
Наименование показателя
БПК5, мгО/'л ХПК, мгО/л Взвешенные вещества, мг/л
Сухой остаток, мг/л Жиры, мг/л СПАВ анионные, мг/л СПАВ неионоген-ные, мг/л
Фильтрат после мембранной очистки подвергался адсорбционной до-очистке с использованием березового активированного угля. Уголь в виде гранул диаметром 1,5+2 мм и длиной 4+5мм размешался в традиционной колонке диаметром 60 мм и длиной 100 мм
Рис. 3. Зависимость проницаемости керамических мембран от времени с периодической продувкой мембран сжатым воздухом (вода без коагуляции)
. Результаты анализов показали, что активированный уголь особенно эффективно очищает воду от жиров и синтетических поверхностно активных веществ (СПАВ). В соответствии с нормами Сан ПиН 2.1.4.599-96 в питьевой воде содержание анионоактивных СПАВ может достигать 0,5 мг/л.
Результаты анализа проб
Исходная
2100+252 11030+23 2472+124
16
Исходная после коагуля-' ции 1020+122 2942+618 194+10
Фильтрат после мембран
940+112
2900+609
195+10
Фильтрат после мембран и адсорбции 460+55 1808+380 170+9
2250+203 5324+266 5200+260 3988+359
679,2±74,71 90,8+10 154,4+16,98 4+0,72
186+20 6,0+0,7 3,7+0,4 0,217+0,034
143,3+35,8 36,5+9,1 34,9+8,7 46,0+11,5
Следовательно, эту стадию очистки можно признать как эффективную и необходимую, и рекомендовать ее к использованию при разработке и создании опытно-промышленной установки для торгового комплекса "Ашан-Алтуфьево".
Рис. 4. Зависимость проницаемости керамических мембран от времени с периодической продувкой мембран сжатым воздухом (вода после коагуляции)
Таким образом, но результатам представленных выше исследований можно заключить, что использование мембранной технологии позволяет добиться повторного использования сточной воды, содержащей ПАВ, а так же в несколько раз снизить расходы сорбентов, используемых для очистки воды. Кроме того технологии очистки сточной воды на неорганических мембранах позволяют получать максимально усушенный осадок и все примеси в его составе. Такой подход к проблеме очистки сточных вод позволяет решить проблему утилизации концентратов, которая весьма сложна и довольна актуальна. Предварительная обработка воды традиционными методами очистки позволит увеличить удельную производительность мембран и увеличить их ресурс службы.
Библиографические ссылки
1. Desal S.R. Изучение сточных вод текстильной промышленности // Col-оurage, 1982. Т.29. № 29. С.10-14.
2. Аникин Ю.В., Несчетникова О.Б., Пушкарев В.В. Сорбция анионных красителей макропористым поликонденсационным анионитом ИА-1Р //Охрана природных вод Урала, 1983. №14. С.46-50.
3. Халси Кадзуо Проблемы обработки сточных вод красильных предприятий и пути их решений //' PPM.,1984. Т. 15. С.34-42.
4. Исследование сточных вод комплекса "Ашан-Алтуфьево" и проведение лабораторных испытаний на мембранных установках с целыо доработки технологического процесса очистки стоков: Аннотационный отчет ООО «Генос». М, 2007. С.9-21.
