CC BY
76
УДК: 006.015.5: 628.161.1 Горбик П.А., Захаров С.Л.
ПОДГОТОВКА ТЕХНОЛОГИИ К ВКЛЮЧЕНИЮ В СПРАВОЧНИК НАИЛУЧШИХ ДОСТУПНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ. ОЧИСТКА ВОДЫ МЕТОДОМ УЛЬТРОФИЛЬТРАЦИИ И МИКРОФИЛЬТРАЦИИ В СОЧЕТАНИИ С ОБРАТНЫМ ОСМОСОМ
Горбик Полина Александровна, студентка 1 курса магистратуры, факультета инженерной химии, e-mail [email protected]:
Захаров Станислав Леонидович, д.т.н., доцент, профессор кафедры стандартизации и инженерно-компьютерной графики, staszaharov@,vandex. ru
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20
Проблема очистки сточных вод, на сегодняшний день, так или иначе, стоит практически во всех областях человеческой деятельности. Особенно остро она выражена в энергетике, химической промышленности , пищевой промышленности, и хозяйственно-питьевом сегменте водоснабжения. Стабильность работы мембранных установок по получению чистой воды зависят во многом от качества предподготовки воды перед стадией обратного осмоса (ОО). Микрофильтрация (МФ) и ультрофильтрация (УФ) позволяют ускорить и упростить стадию предварительной очистки, в результате чего стоимость эксплуатирования установки снижается. В сравнении с традиционными методами предочистки, МФ и УФ более экономичны и эргономичны, что позволяет говорить о включении данной технологии в справочник наилучших доступных технологий (НДТ).
Ключевые слова:наилучшие доступные технологии, обратный осмос, нанофильтрация, нанопористые мембраны.
THE TRAINING TECHNOLOGY TO INCLUDE IN THE BREF.
WATER PURIFICATION METHOD OF ULTRAFILTRATION AND MICROFILTRATION IN COMBINATION WITH REVERSE OSMOSIS
Gorbik P.A., Zaharov S.L.
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
The problems of purification of water media are today present in practically all spheres of human activity. They are the most critical in power engineering, chemical industry, food industry, and utility and potable water supply. Resistibility and stability of operation of membrane units for getting depend largely on the quality of preconditioning of the water before stage reverse osmosis (ro). Microfiltration (MF) and ultrafiltrate (UV) can accelerate and simplify the pre-treatment stage, resulting in the cost of exploitation of the installation is reduced. In comparison with the traditional methods ofpre-treatment, MF and UF are more economical and more ergonomic, which suggests the inclusion of this technology in the guide of best available technologies (BAT).
Keywords: best available technology, reverse Osmos, nanofiltration, nanoporous membrane.
Введение анализа технологических, технических и
В рамках включения технологии в справочник управленческих решений, применяемых при очистке
наилучших доступных технологий стоит задача вод.
приведения технологии к соответствующим При определении технологических процессов,
требованиям[1-3]. оборудования, технических способов, методов в
Наилучшая доступная технология (НДТ) - качестве наилучшей доступной технологии их
«технология производства продукции (товаров), проверяют на соответствие следующим критериям:
выполнения работ, оказания услуг, определяемая на -наименьший уровень негативного воздействия
основе современных достижений науки и техники, и на окружающую среду в расчете на единицу
наилучшего сочетания критериев достижения целей времени или объем производимой продукции
охраны окружающей среды, при условии наличия (товара), выполняемой работы, оказываемой услуги
технической возможности её применения»[4]. либо соответствие другим показателям воздействия
Наилучшие доступные технологии, в контексте на окружающую среду, предусмотренным
нормативно-правовых актов ЕС, призваны стать международными договорами РФ;
элементом более качественного и экономически -экономическая эффективность внедрения и обоснованного контроля и предотвращения эксплуатации;
негативного воздействия на окружающую среду с -применение ресурсо- и энергосберегающих учетом особенностей конкретной отрасли методов;
промышленности. -период внедрения;
Справочник НДТ является документом по -промышленное внедрение технологических
стандартизации, разработанным в результате процессов, оборудования, технических способов,
методов на двух и более объектах в РФ, оказывающих негативное воздействие на окружающую среду[5].
Предлагаемая нами технология удовлетворяет требованиям НДТ, и может войти в соответствующий справочник.
В мировой практике, в последние годы, на некоторых крупных установках стали применяться так называемые интегрированные мембранные системы (IMS), которые сочетают в себе микрофильтрацию (МФ) или ультрофильтрацию (УФ) с обратным осмосом (ОО) или нанофильтрацией (НФ). С их помощью достигается более высокая степень очистки входящего водного потока. Такие установки позволяют
отфильтровывать отдельные молекулы
загрязняющих веществ. Это позволяет получать воду более высокой степени очистки. Таким образом, появляется возможность работы с более совершенными установками, при сниженных удельных издержках. С помощью обратного осмоса можно удалять следы солей и растворенных органических веществ, которые остаются в воде, подвергнутой традиционной обработке (физико-химической, биологической или адсорбционной). Например, в США путем применения обратного осмоса к сточным водам, подвергнутым биологической очистке с предварительной физико-химической очисткой, была доказана возможность использования этой воды для пополнения водоисточников, используемых для хозяйственно-питьевого водоснабжения. В подобных случаях степень очистки может превосходить 92% по остаточной ХПК, 95% по фосфатам и 90% по нитратам при полной дезинфекции этой воды. При этом очень важно, чтобы обрабатываемая вода подвергалась надежной и интенсивной предварительной физико-химической очистке.
УФ и МФ мембраны широко используются в связи с их высокой химической и физической стойкостью, но для заключительной стадии очистки такие мембраны не подходят, в связи с крупным размером пор. При этом существует возможность их очистки и использования в рецикле, что делает их более эффективными, чем традиционные методы очистки (двойная фильтрация, осаждение). Замена классической схемы предочистки воды на
предлагаемую - непрерывную предварительную УФ или МФ в сочетании с ОО - позволит исключить использование химических реагентов, снизить капитальные и эксплуатационные затраты, автоматизировать процесс, повысить срок эксплуатации[2].
Стоимость внедрения подобной схемы не мала, однако, в перспективе, процесс, организованный следующим образом, оправдан экономически.
Все вышеперечисленное позволяет говорить о включении предлагаемой схемы предочистки воды в справочник наилучших доступных технологий по воде.
Материалы и методы исследований
Непрерывная предварительная МФ или УФ позволяет снизить потребность в мембранах для ОО установки на 20%, а так же существенно упростить процесс предварительной очистки воды, попутно снижая эксплуатационные расходы. Как было установлено, непрерывная прелварительная МФ или УФ более экономична, чем традиционные методы предочистки в течение всего срока службы, особенно когда входящий поток сильно загрязнен взвешенными твердыми веществами и коллоидами. В настоящее время в промышленности применяются два метода фильтрации жидкостей с использованием мембранной технологии:
- тупиковая фильтрация без промывки;
- фильтрация в проточном режиме.
Тупиковая фильтрация, в свою очередь,
эргономична, но ресурс ее фильтрующего элемента невелик.
Поточная фильтрация обеспечивает значительно больший срок работы элемента, но и большую энергоемкость.
Логично было бы попробовать создать процесс, объединяющий плюсы обоих типов очистки.
В результате проведенных исследований был разработан такой фильтрующий элемент и технология его применения, позволяющая получать не менее 95% очищенной воды из исходного потока, при этом 5% фильтрата используются для гидродинамической регенерации фильтра.
В таблице 1 представлены результаты работы элемента на основе трековой мембраны (1 мкм) по очистке проточной воды.
Таблица 1. Результаты испытаний фильтрующего элемента «Трековая мембрана», 1 мкм
Рабочее давление, атм Количество полученного фильтрата, л Производительность до промывки, л/ч Производительность после промывки, л/ч Мутность исходной воды, мг/л по каолину Селективность по мутности, %
1,0 2000 209 242 1,52 83,8
1,0 3000 211 254 1,61 92,4
1,5 4000 175 264 0,98 89,6
1,5 5000 187 211 1,05 88,2
1,0 6000 178 264 1,14 90,1
1,5 7000 197 253 1,28 86,2
1,0 8000 187 234 1,32 82,9
1,0 9000 199 276 1,01 90,4
На пилотной установке было получено 9м3 фильтрата (при эффективной поверхности мембраны 1м2), после этого элемент был вскрыт и осмотрен для определения количества загрязнений на поверхности мембраны. Были обнаружены незначительные следы загрязнений.
Как непрерывная МФ, так и УФ способствовали снижению мутности воды более, чем на 90-92%, в то время как с использованием традиционных методов предварительной очистки, рекомендуемых в справочнике НДТ, эта цифра составляет примерно 84%.
Так, непрерывные МФ и УФ приводят к снижению уровня загрязнения входящего потока взвешенными частицами и бактериями до уровня, при котором эксплуатация НФ системы становилась непрерывной в течение 3-5 дней между химическими очистками. Для пилотной установки, также, потребовалось на 25% меньше площади, чем для высокоэффективной традиционной системы, и в будущем, эта разница должна увеличиться на 3040%. Предлагаемая установка соответствует требованиям эргономичности.
Современные стандарты устанавливают минимальные требования к качеству воды на достаточно высоком уровне, что обуславливает высокую сложность, стоимость и длительность процесса. В связи с этим довольно часто получается так, что в попытке сократить издержки, на установки ОО подается недостаточно очищенная вода, что приводит к частому загрязнению мембраны. Или, от процессов ОО и НФ отказываются вообще, в попытке достичь требуемой степени очистки иными путями, не всегда оправданными экономически или технологически.
Для некоторых стоков, инвестиционные расходы и усложненная процедура делают практически неосуществимой или непрактичной
предварительную очистку исходных потоков НФ и ОО системы с применением традиционных процессов, такими, как их рекомендует соответствующий справочник НДТ.
Полученная нами в результате использования предложенной схемы очищенная вода соответствует требованиям Российских законодательных актов, а так же СанПин 2.1.4.1074-01 «Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль
качества»
Использование технологии интегральной мембранной системы позволяет решить каждую конкретную задачу на каждом предприятии индивидуально, поскольку в зависимости от среднего размера загрязняющих частиц в фильтрующем элементе на стадии предочистки применяется либо МФ мембрана с заданным размером пор, либо УФ мембрана с определенным порогом задержания органических веществ. Это является несомненным преимуществом
предлагаемой технологии.
Выводы
Метод предварительной УФ или МФ в сочетании с ОО позволяют снизить стоимость очистки. По сравнению с традиционными методами очистки, предложенная технология показывает более высокую производительность.
Установка обладает высоким показателем эргономичности. Так же снижены временные затраты на технологическое обслуживание. Реже требуется замена фильтрующего элемента ОО.
Полученная в результате такой очистки вода соответствует всем требованиям по безопасности.
Все вышеперечисленное позволяет
предположить скорое внесение данной технологии в справочник наилучших доступных технологий.
Список литературы
1. Redondo J.A. Brackish-, sea- and waste- water desalination - Desalination №138 (2001) p.29-40.
2. Предподготовка воды в энергетике. / В.Г. Дзюбенко, А.И. Бон, Н.И. Солодихин, В.П. Дубяга / Мембраны - 2004, Тезисы Всероссийской научной конференции. - М.: Владимир, 2004 - С. 52
3. Метод подготовки воды при помощи ультра-и микрофильтрации. / И.М. Савков, С.Л. Захаров / Природообустройство 4'2016. - М.: Москва, 2016 -С. 26
4. ФЗ от 21 июля 2014 года № 219-ФЗ «О внесении изменений в Федеральный закон Об охране окружающей среды".
5. Постановление Правительства РФ от 23.12.2014 N 1458 "О порядке определения технологии в качестве наилучшей доступной технологии, а также разработки, актуализации и опубликования информационно-технических справочников по наилучшим доступным технологиям"
