Разработка процессов очистки сточных вод и технологических жидкостей с использованием мембранной технологии Терпугов, Григорий Валентинович

Введение к работе

Актуальность проблемы. В нынешнем столетии из-за резкой интенсификации промышленной и сельскохозяйственной деятельности человека произошло кардинальное ухудшение состава природных вод и увеличение дефицита пресной воды. (Например, в каскаде водохранилищ р.Волги отмечается увеличение концентрации нефтепродуктов до 130 ПДК, меди до 9 ПДК, цинка до 1,7 ПДК).

В связи с этим во многих странах мира проводятся исследования по усовершенствованию действующих и разработке новых методов обработки растворов, технологических жидкостей и сточных вод. Особый интерес вызывают баромембранные методы разделения: обратный осмос, ультрафильтрация и микрофильтрация, позволяющие одновременно очищать жидкости от солей, органических веществ, коллоидов и взвесей.

Актуальной проблемой является разработка локальных систем очистки сточных вод и регенерации технологических жидкостей предприятий промышленности, в которых сочетаются традиционные и баромембранные процессы. Такие схемы обеспечиаают не только охрану окружающей среды от отходов предприятий, но и рациональное использование природных ресурсов - возврат в производство очищенной воды и извлечение из отходов ценных компонентов.

Решению этой проблемы посвящена диссертационная работа.

Цель работы. Разработка локальных систем очистки жидкостей, растворов и сточных вод, включающих традиционные и мембранные процессы разделения и обеспечивающих одновременное решение проблемы охраны окружающей среды и рекуперации вторичных ресурсов промышленных предприятий.

Разработать для указанных систем новые виды мембран, аппаратов и более эффективные методы разделения жидкостей, создать технологические схемы и установки для регенерации отработанных масел, обработки технологических жидкостей, растворов и сточных вод целлюлозно-бумажных, машиностроительных, микробиологических, пищевых и других предприятий промышленности.

Научная новизна. Настоящая работа обобщает данные исследований, посвященных защите водных ресурсов, в том числе и бассейна о. Байкал от загрязнения сточными водами и отработанными нефтепродуктами (маслами). Наиболее важными научными результатами работы являются:

2 і: Для ряда отраслей промышленности разработаны высоко эффективные локальные системы очистки жидкостей, растворов и сточных вод с использованием традиционных и мембранных процессов разделения, которые, по сравнению с комплексными системами, состоящими из механической, биологической, химической и адсорбционной очистки, обеспечивают одновременно охрану окружающей среды и возврат в производство вторичных ресурсов - очищенной воды, технологических растворов, масел и других.

-2. Установлены оптимальные параметры локальных систем очистки сульфатных и сульфитных сточных вод целлюлозных заводов с использованием полимерных и динамических мембран. Разработана методика расчета всех типов мембранных установок для разделения этих стоков и растворов неорганических солей, а также рациональный путь утилизации этих отходов -очистка воды от тяжелых металлов и радионуклидов или избирательное извлечение ценных компонентов (металлов) из природных вод.

3. Разработан новый класс полупроницаемых мембран - неорганиче
ские мембраны, которые, по сравнению с полимерными мембранами, обла
дают высокой механической прочностью, устойчивы к температурному и хи
мическому воздействию различных жидкостей. Эти свойства позволяют зна
чительно расширить области применения мембранных установок и локальных
систем очистки жидкостей.

4. Предложена гипотеза (модель) "заряженной мембраны" и установле
но влияние заряда мембраны на прохождение через ее поры растворенных в
воде неорганических и органических веществ, например, ионов электролитов.

5. На основании этой гипотезы (модели) разработан новый метод раз
деления и концентрирования многокомпонентных водных растворов электро
литов и органических веществ, имеющих -NH2, -СООН и другие полярные
группы.

Практическая ценность. 1. Установлена высокая эколого-

экономическая эффективность разработанных локальных систем на основе мембранных методов для переработки и утилизации сульфатных и сульфитных сточных вод целлюлозно-бумажных заводов, стоков нефтебаз и автозаправочных станций, воды от тяжелых металлов и радионуклидов, технологических растворов машиностроительных предприятий, а также регенерации отработанных масел и гидравлических жидкостей.

2. Определены оптимальные параметры проведения процесса, корреляционные уравнения и разработана методика технологического расчета

мембранных установок для разделения сульфатных и сульфитных стоков целлюлозных заводов, а также растворов электролитов. Например, данная методика использовалась в ИЦ им. М.В. Келдыша при проектировании мембранного узла опреснительной установки производительностью 10000 м³/сутки для ЮАР.

1. Разработана технология и создано производство неорганических мембран.

2. Создано промышленное производство аппаратов и установок мембранной очистки (УМО) с неорганическими мембранами. Более 280 установок УМО различного назначения и мощности используются в нашей стране (г. Тольятти и др.) и за рубежом ( в Германии, Канаде, Таиланде, Южно-Африканской республике).

3. Разработан способ мембранного разделения и концентрирования растворов под воздействием электрического поля, который позволяет проводить разделение и фракционирование ионов и молекул многокомпонентных растворов электролитов и культуральных жидкостей микробиологической и медицинской промышленности.

Автор благодарен сотрудникам РХТУ им. Д.И. Менделеева, ВНПО "Бумпром", Байкальского целлюлозного завода, Селенгинского целлюлозно-картонного комбината, Балахнинского картонного комбината, ВНПО "Вторнефтепродукт", "ВНИИВПроект", ВНИИВ, ВНИИСС, ВНИИЭИ НПО "Стройкерамика", Домодедовского завода огнеупоров, ООМЗ Транспрогресс", "АвтоВАЗагрегат", "ЗИЛ", "ЗРД Камаз", АО завод "Экомаш" и АООТ "Криолит" за участие в экспериментальных, конструкторских и пуско-наладочных работах по внедрению различных установок очистки технологических растворов, воды и сточных вод.

Апробация работы. Работа докладывались на:

1. I Всесоюзной конференции по мембранным методам разделения смесей, г. Москва, 1973г.

2. I Всесоюзном симпозиуме "Человек и биосфера", г. Москва, 1973г.

3. Всесоюзном семинаре "Усовершенствование технологических процессов на Байкальском целлюлозном заводе в связи с проблемой сохранения ресурсов о. Байкал", г. Иркутск, 1974г.

4. Всесоюзном научно-техническом семинаре "Современные методы очистки промышленных сточных вод", г. Москва, 1976г.

5. Всесоюзном совещании "Концентрирование, выделение и очистка продуктов микробиологического синтеза", г. Одесса, 1985г.

6. IV Всесоюзной конференции по мембранным методам разделения смесей, г. Москва, 1987г.

7. Конференции "Научно-технический прогресс и проблемы охраны окружающей среды в бассейне о. Байкал", г. Улан-Уде, 1987г.

8. Конференции "Проблемы ресурсосберегающих технологий и охраны окружающей среды на предприятиях легкой промышленности", г. Пенза, 1992г.

9. I Международном конгрессе "Вода: экология и технология", г.Москва, 1994г.

10. Российской конференции "Мембрана - 95", г. Суздаль, 1995г.

11. Ill Международном конгрессе "Вода: экология и технология", г.Москва, 1998г.

12. Всероссийской научной конференции "Мембраны - 98", г.Москва, 1998г.

Публикации. Материалы, изложенные в диссертации, нашли отражение в 54 опубликованных работах, 4 авторских свидетельствах и 4 патентах.

Объем работы. Диссертационная работа изложена на^2бстраницах, содержит 74 рисунка и 30 таблиц. Диссертация состоит из введения, пяти Глав, выводов, списка литературы, включающего в себя 257 наименований и .приложений (в объеме 152 страниц), в которых приведены таблицы опытных данных, техническая документация, акты об испытаниях и экономической эффективности применения разработанных процессов и аппаратов.