Спосіб очистки води від органічних речовин

Изобретение относится к области мембранной технологии и может быть использовано в те хнологических процессах, связанных с очисткой воды от органических веществ, ионизированных в водных растворах. Известен способ очистки води, основанный на явлении электроосаждения на мембранах органических веществ, ионизированных в водных растворах [1]. Очистк у раствора от органических веществ проводят в электродиализном аппарате с ионообменными мембранами, непроницаемыми по отношению к органическим макроионам. Наложение внешнего электрического поля, вызывающего электромиграционный поток макроионов к поверхности мембраны, приводит к концентрированию органического вещества у поверхности мембраны с последующим его осаждением на поверхности мембраны. Известный способ позволяет очищать воду от органических веществ на 45 %. Далее следует регенерация ионообменной мембраны: при отключении электрического поля или смене полярности напряжения электроосажденное органическое вещество растворяется в исходном растворе или воде. Концентрация органического вещества в промывочном растворе зависит от интенсивности промывки и составляет примерно 1-2 г/л. Известный способ очистки характеризуется невысокой степенью очистки раствора и малой степенью концентрирования органического вещества. При решении вопроса о рекуперации органического вещества особенно важна предочистка воды, поступающей на мембранные аппараты. Так, содержание взвешенных веществ в исходной воде не должно превышать 2 мг/л [2]. Известно применение коагуляции в качестве метода предочистки сточных вод. При этом наряду со взвешенными веществами из воды удаляются и органические вещества до 30 %. К аналогичному результату приводит использование природных глин. При большом их расходе возможно удаление красителей на 85-100 % [1-2]. Анализ известных методов показывает, что для решения вопроса рекуперации органических веществ, в частности анионных красителей, при очистке окрашенных сточных вод целлюлозно-бумажной промышленности использовать известные способы на стадии предобработки нецелесообразно, т.к. наряду с вредными органическими примесями безвозвратно теряется ~ 30 % ценных компонентов-красителей. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является способ очистки воды [3], который реализуется в электромембранном аппарате с однотипными ионообменными мембранами и фильтрующей перегородкой из тканевого материала, разделяющей камеры очистки и концентрирования при градиенте давления, направленном противоположно электромиграционному потоку органического вещества через фильтрующую перегородку. Перед давления на пористой перегородке ДР определяют из выражения где V - объемная скорость потока раствора, подаваемого на очистку, см 3/с, S - рабочая поверхность мембраны, см 2, К - коэффициент, пропорциональности, зависящий от гидродинамического сопротивления фильтрующей перегородки, см 3/кгс,с, u° - абсолютная подвижность органического иона красителей в интервале (4,5-8,0).10-4 см 2/В.с, Е - напряженность электрического поля в камере очистки, В/см, Сисх. - исходная концентрация красителя, мг/л, Свых - концентрация красителя в очищенном растворе, мг/л. При очистке воды от красителя (Сисх.=55 мг/л) известным способом степень очистки воды составляет 67-100 %. Степень концентрирования органического вещества оценивали как где Сконц. - концентрация красителя в камере концентрирования. Пример (по прототипу). К 10 л сточной воды бумажной фабрики, загрязненной анионным красителем - прямым красным светопрочным 2 С (ПКС2 С) (Скр=55 мг/л), мелким целлюлозным волокном, частицами наполнителя и клея (Ств.ф .=100 мг/л) добавляют 1 г порошка природного бентонита из расчета 1 г бентонита на 1 г тв. фазы и 2 мл раствора флокулянта - полиакриламида концентрацией 10 г/л. Смесь перемешивают и дают отстояться в течение 0,5 ч. Надосадочную жидкость отделяют от осадка декантацией. Концентрация взвешенных веществ снижается со 100 до 2 мг/л, концентрация красителя с 55 до 27 мг/л. Потери красителя составляют 52 %. Сточную воду после предочистки подвергают очистке в электромембранном аппарате с однотипными ионообменными мембранами и фильтрующей перегородкой из тканевого материала, установленной с зазором по отношению к мембранам. В качестве пористой диафрагмы использовали бязь артикул 247. Зададим параметры работы аппараты: концентрация красителя на выходе из установки - 5 мг/л (ниже ПДК 18 мг/л), напряженность электрического поля а камере очистки Е=40 В/см, объемный поток раствора, подаваемого на очистку, - 0,18 см 3/с, величина К = 0,012 см 3/кгс.с., абсолютная подвижность иона ПКС 2С u°=7,3.10-4 см 2/В.с. Рабочая поверхность диафрагмы S=10 см 2. По формуле рассчитываем требуемый перепад давления на фильтрующей перегородке Создаем на пористой диафрагме перепад давления 0,135 кгс/см 2. Концентрация красителя в очищенном растворе составляет 3 мг/л. Концентрация красителя в камере концентрирования составляет 4000 мг/л. Степень очистки раствора Степень концентоиоования красителя Таким образом, известный способ характеризуется низкой степенью концентрирования красителя. Степень концентрирования красителя существенно зависит от соотношения потоков раствора в камере очистки (Vоч) и камере концентрирования (Vк ), В условия х экспериментов увеличение значения Voч /Vк при постоянной плотности тока сопровождается линейным увеличением концентрации красителя в камере концентрирования Ск до 5 г/л. Дальнейшее увеличение концентрации красителя в камере концентрирования приводит к обратному переносу красителя из концентрата в диализат. При этом резко падает степень очистки раствора. Так, при исходной концентрации красителя ПКС 2 С 27 мг/дм 3 и достижении степени концентрирования (Ск =500 мг/дм 3) концентрация красителя в очищенном растворе составляет 20 мг/л. Степень очистки раствора Таким образом, недостатком известного способа является безвозвратная потеря (~50 %) красителя в процессе предочистки и низкая степень концентрирования красителя (148). Задачей настоящего изобретения является разработка способа очистки воды от органических веществ в электромембранном аппарате с предочисткой, обеспечивающего повышение степени концентрирования органического вещества при достижении высокой степени очистки воды с последующей рекуперацией органического вещества. Этот результат достигается за счет направления на электромембранный аппарат сточной воды, очищенной от взвешенных частиц, но при сохранении исходной концентрации органического вещества , и за счет создания условий концентрирования органических веществ, предотвращающи х их перенос из камеры концентрирования. Поставленная задача решается способом очистки воды от органических веществ, включающим предочистку и последующую обработку в аппарате с однотипными ионообменными мембранами и фильтрующими перегородками, установленными с зазором по отношению к мембранам при градиенте давления, направленном противоположно электромиграционному потоку органического вещества через фильтрующую перегородку, в котором, согласно изобретению, предочистку ведут с использованием бентонита, обработанного при комнатной температуре (0,4-0,6)М раствором хлористоводородной кислоты при соотношении твердой и жидкой фаз соответственно 1:(3-5), а обработку ведут в аппарате, снабженном дополнительной тканой фильтрующей перегородкой, установленной на расстоянии 1-5 мм от основной фильтрующей перегородки. Использование бентонита, обработанного хлористоводородной кислой в процессе предочистки, обеспечивает удаление взвешенных веществ до норм, соответствующи х ПДК воды, поступающей на мембранные аппараты. При этом не происходит сорбция анионных красителей на обработанном бентоните вследствие удаления активных примесей Fе2O3 и Аl2O3 из его состава. Это позволяет предотвратить потерю красителя (до 30 %) и вернуть его в те хнологический цикл. Установка дополнительной тканевой фильтрующей перегородки на расстоянии 1-5 мм от основной фильтрующей перегородки приводит к снижению перепада концентраций органического вещества между камерами очистки и концентрирования. При этом исключается выброс концентрата красителя в камеру очистки за счет обратной диффузии. Это позволяет увеличить степень концентрирования органического вещества при сохранении высокой степени очистки раствора от органических веществ. Способ реализуется следующим образом. В реактор с мешалкой подают окрашенную сточн ую воду бумажной фабрики, добавляют предварительно обработанный хлористоводородной кислотой при комнатной температуре бентонит из расчета 1 г сухого бентонита на 1 г твердой фазы, находящейся в виде взвесей в стоке, и 2-3 мг/дм полиакриламида. Смесь перемешивают в течении 0,5-1 ч. На досадочную жидкость отделяют от осадка декантацией и направляют для дальнейшей очистки в электромембранный аппарат. Предварительную обработку бентонита производят в реакторе с мешалкой, в который добавляют 0,4-0,6 М раствор хлористоводородной кислоты до соотношения твердой и жидкой фаз т:ж=1:(3-5). Смесь перемешивают в течение 2-4 часов при температуре 18-25°С и отстаивают в течение 0,5-1 часа. Осадок три раза отмывают водой при соотношении т:ж-1:4-1:5. Надосадочную жидкость отделяют от осадка декантацией. Полученный таким образом осадок используют для предмембранной очистки. После предочисткисточная вода поступает в электромембранный аппарат, состоящий из 2-х электродных камер, и по крайней мере одной камеры очистки и одной камеры концентрирования. Последние отделены от электродных камер катионообменными мембранами МК-40. Рабочая площадь одноймембраны 10 см 2. 0,1 М раствор нитрата калия циркулирует через электродные камеры аппарата. Камера очистки отделена от камеры кон центрирования тканевой фильтрующей перегородкой. Дополнительная фильтрующая перегородка помещена в камере концентрирования на расстоянии от основной фильтрующей перегородки 1-5 мм. Камеры очистки и концентрирования заполняют сточной водой после предочистки. С помощью напорной емкости или центробежного насоса на диафрагме создают перепад давлений, величина которого фиксируется манометром. В процессе работы очищенную воду и концентрат отводят соотве тственно через выводные каналы камеры очистки и концентрирования. Для измерения концентрации красителя использовали фотоабсорбциометр. Пример реализации способа. К 10 л сточной воды бумажной фабрики, загрязненной анионным красителем ПКС 2 С (Скр=55 мг/л), мелким целлюлозным волокном, частицами наполнителя и клея (Ств.ф.=100 мг/л) добавляют 1 г бентонита (в пересчете на сухое вещество), предварительно обработанного 0,5 М раствором НСl при соотношении твердой и жидкой фаз т:ж-1:4, и 2 мл раствора полиакриламида концентрацией 10 г/л. Смесь перемешивают и дают отстояться в течение 0,5 час. Неосажденную жидкость отделяют от осадка декантацией. Концентрация взвешенных веществ снижается со 100 до 2 мг/л, в то же время отработанный 0,5 М НСl бентонит практически не поглощает П КС 2 С, его концентрация в воде составляет 55 мг/л. Далее раствор поступает в электромембранный аппарат, в котором камера очистки отделена от камеры концентрирования тканевой фильтрующей перегородкой (бязь 247). На расстоянии 3 мм от основной фильтрующей перегородки помещена дополнительная тканевая фильтрующая перегородка. Зададим параметры работы аппарата. Концентрация красителя на выходе из установки - 10 мг/л, напряженность электрического поля в камере очистки Е=40 В/см, объемный поток раствора, подаваемого на очистку - 0,18 см 3/с, величина К=0,0012 см 3/кгс.с.; u° ПКС 2С=7,3.10-4 см 2/В.с., S=10 см 2. По формуле рассчитываем DP на фильтрующей диафрагме: На фильтрующей диафрагме создаем перепад давлений 0,13 кгс/см 2. Концентрация красителя в очищенном растворе составляет б мг/л, в камере концентрирования - 14460 мг/л. Степень очистки Степень концентрирования Идентично вышеописанной технологии и примеру конкретного выполнения были осуществлены опыты по очистке сточных вод целлюлозно-бумажного производства в различных условия х: концентрация НСl для обработки бентонита (0,4-0,6) М, соотношение твердой и жидкой фаз т:ж=1:(3-5), расстояние между основной и дополнительной фильтрующей перегородкой 1-5 мм. Эффективность процесса представлена в таблице. Как следует из приведенных в таблице данных, при заявляемых параметрах обеспечивается высокая степень концентрирования красителя при одновременной глубокой очистке раствора (остаточная концентрация красителя не превышает ПДК=17 мг/л, примеры 1-8). При обработке бентонита кислотой концентрации ниже заявляемого предела не происходит полного удаления примесей (Ге 2О3 и АІ 2О3) из бентонита, что приводит к частичным потерям красителя на 50 % (пример 9). Использование бентонита обработанного соляной кислотой концентрации выше заявляемых пределов, приводит к началу разрушения структуры бентонита с выделением и осаждением на частичках минерала оксидов алюминия и железа, и как следствие, потерям красителя за счет сорбции. Запредельное уменьшение расстояния между фильтрующими перегородками, также как и запредельное увеличение расстояния, приводит к резкому уменьшению степени концентрирования красителя, достигающего уровня прототипа. Преимущество данного способа по сравнению с известным подтверждается также данными таблицы. Использование способа позволяет увеличить степень концентрирования красителя в 1,3-1,5 раза по сравнению с прототипом с концентрации 4000 до 14500 мг/л. Кроме того, предварительная очистка сточной воды специально обработанным бентонитом предотвращает сорбцию красителя на последнем, что обеспечивает практически полную рекуперацию красителя. Высокая эффективность, экономичность и надежность в эксплуатации предложенного способа позволяет рекомендовать его для широкого применения при очистке сточных вод от органических веществ.