Спосіб одержання освітленої води

Винахід відноситься до галузі обробки води і стоків з використанням ультрафільтрації і може бути використаний у хімічній та інших галузях промисловості для отримання освітленої води для живлення водозворотних циклів аміачного виробництва та інших відповідальних те хнологічних циклів. Авторам відомий спосіб отримання освітленої води, який полягає у вапнуванні і коагуляції із наступним освітленням на механічних фільтрах [1. Л.А. Кульський, В.Ф. Накорчевська, Хімія води,. Київ, «Вища школа», 1983р. с.105, 109-112.]. Недоліками відомого способу отримання освітленої води є низька ефективність очищення. В процесі освітлення і знебарвлення вода не повністю очищується від зважених речовин і мікробіологічних забруднень. Ступінь знезараження не перебільшує 98-99%. До недоліків також відносяться обмеженість або неможливість використання природних вод із високою мінералізацією. Велика кількість водоростей, органічних компонентів та інших осадових речовин призводять до блокування фільтрів у процесі роботи установки. Значні витрати хімічних реагентів і утворення великого об'єму стічних вод негативно впливає на навколишнє середовище. Одночасно із збільшенням витрат реагентів збільшуються і питомі витрати на власні потреби води, пари та електроенергії. У світлі вищезазначених недоліків великий інтерес представляє безреагентний мембранний метод очищення води - ультрафільтрація. Ультрафільтраційні мембрани і ультрафільтрацію використовують для обробки природних і стічних вод. Зокрема, ультрафільтрацією заміняють коагуляцію і фільтрацію, освітлення води. Останнім часом ультрафільтраційні методи як елементи комплексної технології очищення води широко використовують для зневоднення відходів, які утворюються під час очищення води біологічними методами (активний мул, мікроорганізми-деструктори), а також під час зневодження шламів-коагулянтів, які утворюються внаслідок очищення води продуктами гідролізу солей багатозарядних металів. Авторам відомі технічні рішення, коли ультрафільтрацію використовують при розподілі переважно відпрацьованих водомасляних емульсій, у нафтохімічній промисловості [2. Патент Росії №2050178, B01D65/06, опубл.:бюл. №35, 20.12.95p], при очищенні стічних вод текстильної і трикотажної промисловості [3. Заявка РФ №5024225/26, С02F1/44, B01D61/00 опубл. 10.10.1996р.]. За допомогою ультрафільтрації можна успішно вирішити проблему вилучення сполук кремнію і заліза, проте це не знайшло широкого застосування на практиці. Ультрафільтрація до цього часу не застосовувалась при підготовці освітленої води для підживлення водозворотних циклів аміачного виробництва. Найбільш близьким за технічною сутністю, і результату, який досягається, є спосіб отримання освітленої води для живлення водозворотних циклів аміачного виробництва, який полягає у забиранні вихідної річкової води, наступній реагентній обробці в освітлювачах за допомогою вапнування, коагуляції, флокуляції, наступній фільтрації механічних і зважених часток, подачі готового продукту на установку отримання демінералізованої води нанофільтрацією і зворотним осмосом [4. Тимчасовий технологічний регламент «Установка термічної обробки стоків і води / установка водопідготовки / ВАТ «Концерн Стирол», м. Горлівка, 1985р., с.10-12]. Для потреб водопідготовки на ВАТ «Концерн Стирол» використовували дефіцитну річкову воду з каналу "Сіверський Донець - Донбас", застосовували реагентний метод освітлення води, заснований на застосуванні спеціальних хімічних речовин, процес осадження здійснювали в освітлювачі, куди подавали воду, яку обробляли, і розчини реагентів вапняне молоко Са(ОН)2 і сірчанокисле залізо FeSO4, поліакриламід, соду Na2CO3. При вапнуванні вилучають з води зв'язану і вільну вуглекислоту, знижують лужність сухого залишку з одночасним зм'якшенням вихідної води. При спільному вапнуванні з коагуляцією Са(ОН)2 і FeSO4 вилучають природні механічні домішки і такі, що знаходяться в коллоїдному і дрібнодисперсному стані органічні забруднення і сполуки заліза за рахунок різноіменних зарядів часток і пластівців, які утворюються. Отримують освітлену воду із номінальною твердістю 1¸3мг-екв/кг. Для інтенсифікації процесу коагуляції передбачають введення флокулянта - розчину поліакриламіду. Шлам, який випав в освітлювачі, вилучають періодичним продуванням. Остаточне освітлення води здійснюють на механічних фільтрах і далі воду направляють на наступну стадію обробки - нанофільтрацію і зворотний осмос. Недоліками відомої технології є: - низька ефективністьпроцесу очищення, вміст зважених речовин після очищення складає 2¸5мг/л; не повністю затримуються мікробіологічні забруднення, які містяться у ви хідній воді; - низька економічність через велику витрату пари при попередньому підігріванні води до t=35°C у теплообмінниках перед освітлювачами; - утворення шламу у вигляді Са(СО)3, Mg(OH)2, який утворюється в освітлювачах при використанні вапна у поєднанні з коагулянтами або флокулянтами, призводить до великої витрати води, значним витратам і втратам тепла при продувках котлів; - застосування великої кількості реагентів, які використовуються при очищенні води в освітлювачах, звідси значне скидання солей у водосховища концерну із регенераційними стоками Na-катіонітових фільтрів в об'ємі 120-180т солей NaCl на місяць; - низька надійність, тому що вода після очищення не має стабільних властивостей і утворює кристали шламу на обладнанні і механічних фільтрах; - низький термін служби механічних фільтрів через забруднення фільтруючи х елементів; - значна витрата миючих засобів для регенерації механічних фільтрів; - технічні труднощі досягнення необхідної якості зм'якшеної води із використанням освітлювачів і механічних фільтрів; - низька ефективність очищення води знижує термін служби мембран установок зворотного осмосу, скорочує час між їх промиваннями. Знижує термін служби патронних фільтрів на нанофільтраційних машинах і зворотному осмосі. В основу винаходу поставлена задача удосконалення способу отримання освітленої води для живлення водозворотних циклів аміачного виробництва, що виключає забирання річкової води, застосовуючи в якості вихідної води високомінералізовані біологічно очищені стічні води хімічного виробництва, зливові стоки, шахтні води та інші стоки або їх суміші, створивши при цьому замкнену систему водоспоживання, використовуючи для очищення води від домішок безреагентну ультрафільтраційну технологію, досягаючи повного вилучення у вихідній воді мікробіологічних забруднень, зважених часток, забезпечуючи якість води, придатну для надійної та ефективної роботи нанофільтраційних і зворотно-осматичних установок, що використовуються в схемах водопідготовки концерну. Поставлена задача вирішується тим, що, в способі отримання освітленої води для живлення водозворотних циклів аміачного виробництва, який полягає в забиранні вихідної води, у флокуляції та наступним освітленням згідно із винаходом, в якості вихідної води використовують біологічно очищені стічні води хімічного виробництва, зливові стоки, шахтні стічні води та інші стоки або їх суміші із вмістом зважених речовин до 50мг/л, із загальним мікробним числом до 10тис.од. в мл, вмістом заліза 3-4мг/л, воду попередньо очищують на сітчастих фільтрах 200мкм, здійснюють освітлення води шляхом ультрафільтрації, проводячи процес розподілу від розчинених домішок на ультрафільтраційних мембранах із спектром фільтрації від 50 до 1000 ангстрем при тиску 0,05-0,5МПа, до повного усунення зважених речовин в пермеаті і затримання всіх мікробіологічних забруднень, зниження вмісту заліза до 0,1мг/л., при цьому, в якості флокулянта використовують 14% хлористе залізо FeCl3; готовий продукт подають на установку отримання демінералізованої води нанофільтрацією і зворотним осмосом; проводять очищення мембранних елементів шляхом подачі і витримки за часом миючих розчинів: 50% сірчаної кислоти, 42% лугу і розчину гіпохлориту натрію (20%). На сьогодні мембранна технологія ультрафільтрації в умовах дефіциту водних ресурсів є найбільш переважною для водопідготовок в частині техніко-економічних показників. Застосування технології на водопідготовках дозволить використовувати мінералізовані стічні води: біологічно очищені стічні води хімічного виробництва, шахтні води, зливові, дренажні та інші або їх суміші без забирання річкової води по замкненій технології водоспоживання. Ультрафільтраційний метод розподілу використовують на стадії попереднього очищення води замість традиційних схем вапнування з коагулюванням і подальшим доочищенням води на механічних фільтрах. Ультрафільтраційні мембрани стосовно до всіх видів технічної води на ВАТ «Концерн Стирол» можуть працювати в діапазоні 90¸95% вилучення очищеної води із 100% затриманням всіх мікробіологічних забруднень у воді і 100% затриманням зважених речовин. Ультрафільтрація є одним із найефективніших і багатофункціональніших методів попереднього очищення води перед її подачею на зворотноосмотичне опріснення і очищення. Метод ультрафільтрації виявляєтьсядостатнім для отримання технічної води необхідних кондицій, оскільки у фільтраті практично відсутні зважені частки, мікроорганізми, емульговані речовини, а також органічні сполуки. Процес ультрафільтраційного очищення стічних вод використовують як попередню стадію перед вилученням низькомолекулярних неорганічних солей і молекулярних органічних сполук (спирти, цукор, гумінові і фульвокислоти, розчинники, низькомолекулярні сполуки, пестициди тощо) за допомогою нанофільтрації або зворотного осмосу. Впровадження заявленого способу дозволить створити сучасний комплекс очищення води за схемою: ультрафільтрація, нанофільтрація і зворотний осмос. Використання ультрафільтраційного розподілу у промисловій технології і системі очищення стічних вод обумовлено такими перевагами: - зниженням витрат тепла, тому що цей процес здійснюють при температурі навколишнього середовища, відпадає необхідність підігрівання води перед освітлювачами, ультрафільтраційні мембрани можуть працювати навіть при температурі вихідної води 5°С; - високою ефективністю розподілу, тому що повністю затримуються всі мікробіологічні і механічні забруднення, які містяться у ви хідній воді, знижується вміст заліза; - підвищенням економічності, тому що виключають витрату пари і втрати тепла при продуваннях котлів за рахунок припинення утворення шламу у вигляді Са(СО)3, Mg(OH)2 в освітлювача х при використанні вапна у поєднанні з коагулянтами або флокулянтами; - зниженням собівартості продукції за рахунок припинення застосування хімічних реагентів, які використовуються при очищенні води в освітлювача х; - збільшенням надійності, тому що вода після очищення на ультрафільтраційних мембранах має стабільні властивості і не утворює кристалів шламу на обладнанні і фільтрах тонкого очищення установок нанофільтрації і зворотного осмосу, збільшується термін їх служби, скорочує витрати миючих засобів; - збільшенням міжпромивного періоду за рахунок зменшення забруднення мембран; - можливістю створення рециклу виділених речовин і води, що дозволить виключити забирання річкової води для потреб концерну; - скороченням кількості стічних вод і шламів, які скидаються у водосхови ща ВАТ «Концерн Стирол» із регенераційними стоками Na-катіонітових фільтрів; - спрощенням роботи обслуговуючого персоналу, тому що робота ультрафільтраційної установки повністю автоматизована. Для процесу ультрафільтрації промислових стічних вод доцільно використовувати мембрани із розміром пор від 50 до 1000 ангстрем і при робочому тиску проведення процесу 0,05-0,5МПа. Для мембран із меншим розміром пор, які мають більш високу початкову продуктивність, спостерігається (як і в разі підвищення робочого тиску) інтенсивне зниження продуктивності у процесі експлуатації. Попередня обробка вихідної води оптимально підібраним флокулянтом FeCl3 дозволить організувати стабільний процес ультрафільтрації і забезпечити надійний і ефективний режим роботи мембранам зворотного осмосу без випадання на них осаду, із збільшенням міжпромивного періоду. Попередня фільтрація вихідної води через сітчастий фільтр із розмірами пор 200мкм дозволить вилучити грубі зависі, окалини, водорості із вихідної води, уникнути блокування роботи ультрафільтраційного модуля. На Фіг.1 представлена принципова схема здійснення заявленого способу. Схема включає в себе сітчастий передфільтр 1, бак запасу вихідної води 2, відцентровий насос вихідної води 3, модуль ультрафільтрації 4, який складається з одного мембранного фільтруючого елементу, продуктивністю 2,5-4,5м 3/год у залежності від якості вихідної води, ємність запасу пермеату 5, бак запасу флокулянта 6, насос дозатор флокулянта 7, бак запасу кислоти 8, насос дозатор кислоти 9, бак запасу лугу 10, насос дозатор лугу 11, насос пермеату для зворотного промивання мембрани 12 бортового комп'ютера системи управління. Спосіб здійснюється наступним чином. Вихідна вода, яка подається в систему ультрафільтрації являє собою суміш промислових стічних вод, вод з вугільних шахт і поверхневі води, біологічно очищені стічні води тощо. Воду збирають у водосховищі. Якісний склад вихідної води наведений у табл.1. Неочищену воду із водосховища попередньо пропускають і фільтрують через сітчастий фільтр (200мкм) 1 для вилучення грубих зависей, окалини, водоростей, осадових речовин і збирають у резервуар вихідної води 2. Циркуляційним насосом 3 вихідну воду подають у модуль ультрафільтрації 4. Між насосом 3 і модулем 4 встановлений агрегат флокуляції 6. Розчин флокулянта FeCl3 вприскують за допомогою дозуючого насоса 7. Вода, пройшовши через модуль ультрафільтрації 4 надходить у бак запасу пермеата 5. Пермеат подають на часткову демінералізацію у нанофільтраційну установку і далі для отримання глибоко демінералізованої води за допомогою установки зворотного осмосу. Частину пермеату використовують для систематичних промивань і хімічних очищень. Концентрат скидають у відстійник і далі у ставок на БХО, звідки насосною станцією подається на концерн для повторного використання. Цикл по воді замикається. При зниженні продуктивності ультрафільтраційної установки проводять промивання мембран кислотою, лугом і гіпохлоритом натрію шляхом зняття тиску і рециркуляції вихідного розчину із подальшою обробкою миючими розчинами, що дає можливість повністю відновити продуктивність мембрани. Для цього подають насосом дозатором 9 кислоту із бака запасу 8, луг із бака запасу 10 насосом дозатором лугу 11 і гіпохлорид (на Фіг. не показаний). Пермеат на промивання подається насосом 12. Періодичність регенерації мембран залежить від ступеня забруднення стічних вод і проводиться через 5-10 діб. Відпрацьований миючий розчин, який містить ПАВ, направляють назад в ємність із забрудненою стічною водою, яка підлягає ультрафільтраційному очищенню. В процесі випробувань пілотної установки були опробовані варіанти роботи в залежності від застосування різних флокулянтів, таких як Fe2(SO 4)3, FеСl3, Аl2(SO4) 3. Як показали випробування, якість неочищеної води та її попередня обробка перед ультрафільтрацією відіграють вирішальну роль. Ультрафільтрація води без якогось флокулянта могла відбуватись тільки разом із частою хімічною обробкою промиванням (