CC BY
31УДК 541. 183
Ю.П. Осадчий*, Т.Е. Никифорова
БАРОМЕМБРАННАЯ ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИИ
ОТ СОЛЕЙ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ
(Ивановский государственный архитектурно-строительный университет , Ивановский государственный химико-технологический университет) E-mail: ossadchypl@mail.ru
В лабораторных условиях получены положительные результаты по очистке промышленных стоков отделочных производств хлопчатобумажной промышленности от солей тяжелых металлов методом комплексообразование - ультрафильтрация (КОУФ) с использованием трубчатых и плоских мембран. Исследованы характеристики мембран, выбраны оптимальные условия процесса комплексообразования. Установлено, что эффективность метода КОУФ в процессе очистки сточных вод от солей тяжелых металлов достигает 60-65 % для ионов кадмия и меди и до 100 % для ионов железа и цинка.
Известно, что основными источниками загрязнения сточных вод отделочных производств хлопчатобумажной промышленности являются:
- в процессах подготовки текстильных материалов: едкий натр, силикат натрия, перекись водорода, серная кислота, бисульфит натрия, сульфосид 31;
- в процессах крашения и печатания текстильных материалов: едкий натр, карбонат и бикарбонат натрия, гидросульфит, сернистый натр, ронгалит, уксусная и серная кислоты, перекись водорода, мочевина, закрепитель ДЦМ, дисперга-тор НФ, а также красители сернистые кубовые, кубозоли, прямые светопрочные, активные, дисперсные, нерастворимые оксиазокрасители;
- в процессах заключительной отделки: мочевина, хлористый магний и аммоний, закрепитель ДЦМ, уксусная кислота, карбоксиметилцел-люлоза. Наиболее загрязненными солями тяжелых металлов стоками являются стоки красильно-промывного цеха и красковарки [1].
Для разделения различного рода жидких систем и растворов электролитов широкое применение находят методы обратного осмоса, ком-плексообразования и ультрафильтрации с использованием мембран, в частности из ацетатов целлюлозы, и др. [2-4].
Целью работы явилось исследование эффективности процесса очистки промышленных сточных вод отделочных производств хлопчатобумажной промышленности от солей тяжелых металлов методом (КОУФ) с использованием трубчатых и плоских мембран и выбор оптимальных условий процесса комплексообразования.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Работу по очистке промышленных стоков отделочных производств от солей тяжелых металлов проводили на мембранной установке трубчатого типа с использованием мембран двух марок полисульфонамидных ПСА-1 и фторопластовых Ф-1, а также на лабораторной установке с использованием плоских мембран типа "Халенга", УАМ-300П (ацетат целлюлозные) КПМ-50 (полисульо-намидные/
Схема мембранной установки трубчатого типа приведена на рис. Установка работает следующим образом. Исходная сточная вода подается насосом I из резервуара 2 на мембранные элементы 3. Ультрафильтрат собирают в ванне 4. Давление в системе установки контролируется манометрами 5, 6. Количество ультрафильтрата, полученного в процессе работы, замеряют мерной емкостью 7. Для подачи исходной воды на мембранные элементы открывают вентили 8, 9, 10.
Рис. Схема лабораторной ультрафильтрационной установки с трубчатыми мембранами Fig. The scheme of laboratory ultrafiltration set with tubular membranes
Слив концентрата производится через вентили 10, 11. Для измерения давления в системе установки предусмотрен байпасный вентиль 12.
Перепад давления создавался центробежным насосом производительностью 3 • 10-3 м 3/с. Поверхность мембранного разделения составляла 0,02 м2. Давление на входе и выходе из мембранных элементов в трубопроводах замерялось манометрами типа МПС и составляло: на входе 0,2 МПа и на выходе 0,05 МПа.
Исследования проводили на реальных сточных водах красильно-промывного цеха АО "Зиновьевская мануфактура". Определяли селективность мембран к солям тяжелых металлов в ионной и связанной формах. В качестве комплек-сонов применяли динатриевую соль этилендиа-минтетрауксусной кислоты (трилон Б), полиакри-ламид (ПАА) оксиэтилидендифосфоновую кислоту (ОЭДФ) с концентрацией 0,001 + 0,1 г/л.
Процесс комплексообразования осуществляли при температуре от 20 до 50 °С при значениях рН от 4 до 10 и продолжительности процесса от I минуты до 4 часов.
Лабораторная ультрафильтрационная установка с плоскими мембранами состоит из мембранной ячейки из фторопласта на объем разделяемой жидкости 1000 мл, которая устанавливается на магнитную мешалку ММ-5. В ячейке создается активное перемешивание для устранения слоя повышенной концентрации ионов тяжелых металлов над мембраной. Давление в системе создается с помощью баллона с инертным газом и контролируется манометром, который установлен на разделительном устройстве.
Очистка производится следующим образом: ячейка заполняется до определенного (рабочего) объема исходным раствором, закрывается герметично крышкой и в ней создается давление. Очищенная вода через дренажный штуцер в ячейке собирается в мерную емкость. Для предотвращения превышения давления в системе в верхней крышке мембранной ячейки установлен предохранительный клапан.
Анализ сточных вод до и после очистки от солей тяжелых металлов проводился в соответствии с [5,6].
ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
Результаты, представленные в табл.1, свидетельствуют о том, что использование улътра-фильтрации при очистке стоков предприятий
хлопчатобумажной промышленности от солей тяжелых металлов дает положительные результаты.
Таблица1
Эффективность очистки сточных вод различного
состава методами ультрафильтрации и КОУФ Table 1. The purification efficiency of various composition waste water by the ^ methods of ultrafiltration and CFUF
Сточная вода Вид мембран Содержание тяжелых металлов, мг/л и селективность мембран, %
реобщ Cd2+ Cu Zn
мг/л % мг/л % мг/л % мг/л %
Исходная 1 0,55 0,010 0,108 0,054
После очистки без комплексона ПСА-1 0,02 96 0,002 80 0,053 50 0,024 55
Исходная 2 0,60 0,010 0,148 0,190
После очистки без комплексона Ф-1 0,20 67 0,004 60 0,076 49 0,100 48
После очистки с комплексоном, 0,02 г/л Ф-1 0,05 92 0,004 60 0,066 55 0,003 98
Исходная 3 0,05 0,016 0,202 0,040
После очистки без комплексона Ф-1 0,02 60 0,010 40 0,067 67 0,007 83
После очистки с комплексоном, 0,1 г/л Ф-1 Изменение оттенка 0,004 73 0,016 92 Изменение оттенка
ПДС, мг/л 5,0 0,004 0,005 0,008
Селективность мембран ПСА-1 и Ф-1 составляет к ионам железа, кадмия и цинка соответственно 60-96 %, 73-80 % и 83-98 %, что в каждом случае обеспечивает требуемую степень очистки; к ионам меди - до 92 %, что позволяет получить содержание, незначительно превышающее допустимое. Ионы никеля и хрома в исходных анализируемых пробах не обнаружены, поэтому определить селективность мембран к этим ионам не представлялось возможным.
Установлено, что селективность мембран к солям в связанной форме (с добавлением трилона Б) значительно выше, чем в ионной форме. На основании этого сделан вывод о необходимости разработки технологического режима очистки, включающего комплексообразование и улътрафилъ-трацию.
С целью выбора оптимальных условий проведения процесса комплексообразования с применением различных комплексонов было исследовано влияние рН, температуры, времени процесса и концентрации комплексона на эффективность очистки промышленных сточных вод отделочных производств хлопчатобумажной промышленности от солей тяжелых металлов методом КОУФ.
Результаты экспериментов представлены в табл. 2-4.
Таблица 2
Влияние вида и концентрации комплексона на эффективность процесса очистки сточных вод Table 2. The influence of the complexone type and concentration on the efficiency of waste water purification
Таблица 3
Влияние рН комплексообразования на эффективность процесса очистки сточных вод Table 3. The effect of pH of complexation on the effi-
Из данных таблиц следует, что наилучшие результаты по очистке сточных вод получены при использовании в качестве комплексона трилона Б с концентрацией 0,02 г/л. Оптимальные условия комплексообразования: температура 20°С, продолжительность I минута, рН 7. Степень очистки составляет по ионам железа до 100 %, кадмия - до .55 %, меди 45-65 %, цинка 75-100 %.
Результаты испытаний по очистке сточных вод с применением плоских мембран представлены в табл. 5.
Таблица 5
ciency of waste water purification process
Вид комплексона Концентрация комплексона, г/л рН Содержание тяжелых металлов, мг/л и селективность комплексонов, %
ре°бщ Cd2+ Cu2+ Zn
мг/л | % мг/л | % мг/л | % мг/л | %
Исходная сточная вода
7 0,35 0,006 0,046 0,300
Без комплексона - 7 0,10 71 0,006 0 0,035 24 0,177 41
4 0,042 88 0,004 33 0,034 26 отс. 100
Трилон Б 0,02 7 отс. 100 0,004 33 0,016 65 отс. 100
10 отс. 100 0,004 33 0,026 44 отс. 100
ПАА 0,1 7 0,05 86 0,005 17 0,038 17 0,162 46
10 0,10 71 0,004 17 0,032 30 0,177 41
ОЭДФ 0,02 7 0,014 96 0,005 17 0,039 15 0,138 54
10 0,022 94 0,005 17 0,034 26 0,081 73
Таблица 4
Влияние продолжительности и температуры комплексообразования на эффективность процесса очистки сточных вод Table 4. The influence of duration and temperature of complexation on the efficiency of waste water purifica-
Температура комплексо-образования, °С Продолжительность комплексообразования, мин Содержание тяжелых металлов, мг/л и селективность комплексонов, %
Cu Zn
мг/л | % мг/л | %
Исходная сточная вода
- | - | 0,100 | | 0,106 |
После очистки трилоном Б концентрацией 0,02 г/л
20 1 0,057 43 отс. 100
30 0,055 45 отс. 100
60 0,053 47 отс. 100
120 0,050 50 отс. 100
240 0,048 52 отс. 100
50 1 0,057 43 отс. 100
30 0,051 49 отс. 100
л/(м2^ч), при разделении реальных стоков - 50-55, 50-60, 60-66 л/(м2^ч), соответственно.
На основании полученных результатов сделан вывод, что из плоских мембран наиболее производительными и селективными по отношению к солям тяжелых металлов являются мембраны УПМ-50. При этом все мембраны показывали эффективность 100 % в отношении ионов железа и цинка в присутствии комплексона трилона Б.
В результате исследований по очистке промышленных стоков отделочных производств от солей тяжелых металлов установлено, что проницаемость мембран в процессе их эксплуатации значительно снижается, что особенно заметно при использовании плоских мембран, а именно проницаемость снижается через 1 час работы - на 2,025 %, через 4 часа - на 50-60 %.
С целью изучения возможности восстановления эксплуатационных характеристик мембран были проверены режимы промывки мембран
process
Вид ком-плексона Концентрация комплексона, г/л Содержание тяжелых металлов, мг/л и селективность комплексонов, %
Реобщ Cd2+ Cu2+ Zn
мг/л I % мг/л | % мг/л | % мг/л | %
Исходная сточная вода
- 0,35 0,006 0,046 0,300
Без комплексона 0,10 71 0,006 0 0,035 24 0,177 41
Трилон Б 0,01 отс. 100 0,004 33 0,022 53 0,087 71
0,02 отс. 100 0,004 33 0,016 65 отс. 100
ПАА 0,01 0,05 86 0,005 17 0,038 17 0,162 46
ОЭДФ 0,02 0,014 96 0,005 17 0,039 15 0,138 54
Исследование эффективности плоских мембран Table 5. The study of flat membranes efficiency
Тип мембран Способ очистки Содержание тяжелых металлов, мг/л и селективность комплексонов, %
Реобщ Cd2+ Cu2+ Zn
мг/л | % мг/л | % мг/л | % мг/л | %
Исходная сточная вода
- 0,35 0,006 0,046 0,300
«Халенга» Без комплексона 0,09 74 0,006 0 0,042 9 0,117 61
С ком-плексоном отс. 100 0,004 33 0,022 52 отс. 100
УАМ-300П Без комплексона 0,02 94 0,006 0 0,034 26 0,094 69
С ком-плексоном отс. 100 0,004 33 0,025 46 отс. 100
УПМ-50 Без комплексона 0,012 98 0,006 0 0,035 24 0,084 72
С ком-плексоном отс. 100 0,004 33 0,016 65 отс. 100
водой, в также растворами кислот, щелочей и синтетических моющих средств. Для промывки использовали растворы едкого натра с концентрацией 0,05 и 0,25 г/л (рН соответственно 8 и 10), 0,25 %-ный раствор (соляной кислоты рН 1) и синтетических моющих средств "Лотос", "Талка", сульфоксол ФА с концентрацией 2-5 г/л.
Промывку осуществляли в следующих режимах:
- раствором кислоты при температуре 2025 °С или щелочи при температуре 20-25 °С, или СМС при температуре 35-40 °С в течение 15 минут;
- технической водой при температуре 2025 °С в течение 30 минут. Проницаемость и селективность мембран определяли до и после промывки. На основании полученных данных сделан вывод, что для промывки мембран в процессе эксплуатации следует применять синтетические моющие средства типа "Лотос", сульфоксол с концентрацией 3-5 г/л.
Новый препарат сульфоксол - ФА наиболее предпочтителен, так как характеризуется высокой биологической разлагаемостъю (до 95 %), невысокой пенообразующей способностью и хорошей растворимостью. Использование синтетических моющих средств позволяет повысить про-
ницаемость мембраны до начального значения без снижения ее селективности к ионам тяжелых металлов.
На основании проведенных испытаний с целью восстановления эксплуатационных характеристик плоских мембран предложен следующий режим промывки:
- раствором СМС типа "Лотос", сульфоксол ФА с концентрацией соответственно 5 и 3 г/л при температуре 35-40 °С в течение 15 мин;
- водой при температуре 20-25 °С в течение 30 минут.
ЛИТЕРАТУРА
1. Свитцов А.А., Слюнчев О.М. // Ж. ВХО. 1990. Т. 35. №5. С. 649-652.
2. Дытнерский Ю.И. Мембранные процессы разделения жидких смесей. М.: Химия. 1975. 229 с.
3. Дытнерский Ю.И. Обратный осмос и ультрафильтрация. М.: Химия. 1978. 351 с.
4. Аширов А. Ионообменная очистка сточных вод, растворов и газов. Л.: Химия. 1983. 295 с.
5. Лурье Ю.Ю. Аналитическая химия промышленных сточных вод. М.: Химия. 1984. 385 с.
6. Отраслевой сборник методик проведения химического анализа веществ, применяемых в легкой промышленности, содержащихся в сточных водах. М.: ЦНИИТЭИлег-пром. 1983. 235 с.
УДК 630*866.1.002.6
А.В. Бальчугов
ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ТЕПЛООБМЕНА В НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОМ РЕАКТОРЕ
ХЛОРИРОВАНИЯ ЭТИЛЕНА
(Ангарская государственная техническая академия) E-mail: balchug@mail.ru
Предложен реактор низкотемпературного жидкофазного хлорирования этилена, в котором теплота отводится непосредственно из зоны реакции. В новом реакторе обеспечивается высокая скорость теплообмена за счет турбулизации жидкости в теп-лообменных трубках пузырями газа.
На ОАО «Саянскхимпласт» (г. Саянск) эксплуатируется низкотемпературный реактор жидкофазного хлорирования этилена с произво-
дительностью по хлору 2300 м3/ч (рис. 1). Реактор заполнен жидким 1,2-дихлорэтаном, в который через распределители (2, 3) вводятся хлор и эти-
