Д.т.н., проф. Лазарев С.И.

Аспирант Лавренченко А.А.

ФГБОУ ВПО "Тамбовский государственный технический университет"

Сравнительная характеристика методов очистки сточных вод на примере разделения промышленных растворов

Одной из актуальных тенденций последних лет в развитии промышленного производства в нашей стране и за рубежом является широкое использование мембранных методов обработки. Мембранные системы водоподготовки, промышленное освоение которых началось примерно с 1985 года, в настоящее время применяются практически во всех отраслях, потребляющих очищенную воду [1].

Они открыли возможности для получения новых видов продуктов в ряде отраслей промышленности и повлекли за собой коренное изменение применяемых технологий.

Широкое внедрение мембранных процессов в практику стало возможно благодаря развитию науки о полимерах и использованию синтетических полимерных мембран.

Основное отличие мембран от обычных фильтрующих сред состоит в том, что они тонкие, и удаляемые примеси задерживаются не в объеме, а только на поверхности мембраны. Грязеемкость поверхности, очевидно, гораздо меньше, чем у объема. Казалось бы, мембрана должна из-за этого очень быстро засориться и перестать пропускать воду. Так бы оно и было, если бы в мембранном фильтре не происходило постоянного самоочищения мембраны. Для этого применяется так называемая «тангенциальная» схема движения воды в аппарате, при которой собирают воду с обеих сторон мембраны: одна часть потока проходит через мембрану и образует фильтрат (или пермеат), то есть очищенную воду, а другую направляют вдоль поверхности мембраны, чтобы смывать задержанные примеси и удалять их из зоны фильтрации. Эта часть потока называется концентратом или ретентатом, и обычно ее либо сбрасывают в дренаж, либо (например, при очистке гальванических стоков) отводят для дальнейшей обработки и выделения нужных компонентов. Таким образом, узел мембранной фильтрации имеет один вход и два выхода, и часть воды постоянно расходуется на очистку мембраны.

Движущей силой баромембранных процессов является давление. К таким процессам принято относить обратный осмос, ультрафильтрацию, микрофильтрацию и нанофильтрацию.

Обратный осмос проводят в устройствах, схематично изображенных на рис. 1.

Рис. 1. Схема осуществления процесса обратного осмоса: 1 – нагнетательный насос; 2 – мембранный аппарат; 3 – полупроницаемая мембрана; 4 – дроссель.

С помощью насоса 1 повышают давление в растворе выше его осмотического, тогда через мембрану 3, размещенную в мембранном аппарате 2, происходит унос растворителя, и по мере продвижения раствора вдоль мембраны концентрация его повышается. С некоторой конечной концентрацией раствор постоянно выводится из аппарата в виде одного продукта – концентрата, а проникший через мембрану пермеат выводится в виде второго продукта.

Для практических целей прежде всего интересна макрохарактеристика конкретной мембраны, определяемая величиной - «задерживающая способность», «солезадержание», «селективность».Рабочее давление процесса в зависимости от солесодержания раствора составляет от 10 до 70 бар. Наиболее эффективно использование обратного осмоса для очистки воды с содержанием солей от 0,5 до 5 г/л.

Ультрафильтрация – баромембранный процесс разделения, в котором мембрана задерживает высокомолекулярные частицы. Однако, в современной литературе ультрафильтрацией зачастую называют процесс очистки растворов при помощи ультрафильтрационныхмембран.

Подход к совершенствованию мембранного процесса на основе ультрафильтрации, используемый авторами статьи [2] состоит в использовании в качестве растворителя этилового спирта.

Этиловый спирт позволяет регулировать структуру мембран и варьировать размером пор в мембранах. Так, в результате, добавление этилового спирта в формовочные растворы ВАЦ в ацетоне в количестве от 5 до 25 объемных % способствует значительной дезагрегации МГЧ, сопровождающейся увеличением их числа в единице объема. Приводит к увеличению проницаемости ультрафильтрационных мембран...

по воде...[2 ].

И нам представляется возможным такой подход в совершенствовании мембранного процесса разделения сточных вод от спирто-дрожжевого производства.

При смене водной системы на коллоидную (устойчивые золи, эмульсии, микробные суспензии)эффективной считается микрофильтрация. Обычно фильтрацией коллоидные системы не разделяются, поэтому микрофильтрация относится к мембранным процессам.Задерживаемые мембраной субстанции обладают поверхностью раздела, так как находятся в гетерогенном относительно воды состоянии. Охарактеризовать эти частицы можно только их геометрическим размером, понятие осмотического давления к ним не применяется.

Удельная производительность и задерживающая способность мембран описываются теми же уравнениями, что в ультрафильтрации. При неправильном подборе мембран и рабочего давления наблюдается забивание пор и падение проницаемости вплоть до нуля.

Теоретические и экспериментальные исследования ученых, направленные на возможность совмещения полезных характеристик мембран обратного осмоса (высокая задерживающая способность) и ультрафильтрации (высокая удельная производительность) привели к появлению промежуточного процесса - нанофильтрации, характеризующего такими свойствами, как высокая задерживающая способность по многозарядным ионам и низкое рабочее давление за счет большого размера пор.

Эффект разделения достигается за счет того, что на мембране создается постоянный электрический заряд, отталкивающий от поверхности частицы и ионы, несущие заряд того же знака. Чем больше величина заряда у частицы, тем с большей силой она отталкивается мембраной. Это обстоятельство широко используется для фракционирования смесей [1].

В основе очистки воды методом нанофильтрации лежит физический процесс, известный как обратный осмос. Если при осмосе вода, разделяемая на две части полупроницаемой перегородкой, равномерно распределяется и содержит одинаковое количество растворенных веществ, то при обратном осмосе дело обстоит иначе: вода при нанофильтрации разделяется на две неравные части, каждая из которых содержит разные доли растворенных веществ — меньшая часть будет представлять собой концентрированный солевой раствор, а большая — кристально чистую воду [3].

Список используемых источников

1. СвитцовА. Введение в мембранную технологию.

2. ПачинаВ., СеделкинВ.М., ДенисоваГ.П., СурковаА.Н., РамазаеваЛ.Ф. Влияние состава формовочных растворов на структуру ультрафильтрационных мембран на основе вторичного ацетата целлюлозы // Химия и химическая технология, 2007, том 50, вып.3.

3. Дытнерский Ю.И. Обратный осмос и ультрафильтрация. – М.: Химия, 1978.