Спосіб обробки води зворотного промивання з використанням процесу мембранного відокремлення

Реферат: Спосіб обробки води зворотного промивання з використанням процесу мембранного відокремлення, що включає збирання води зворотного промивання у приймальну ємність, прийнятну для утримання води зворотного промивання, обробку зазначеної води зворотного промивання одним або більше розчинними у воді катіоноактивними полімерами, в яких густина заряду складає від 5 мол. % до приблизно 100 мол. %, та пропускання обробленої води зворотного промивання крізь мембрану, яка є ультрафільтраційною мембраною. UA 98109 C2 (12) UA 98109 C2 UA 98109 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід стосується способу обробки води зворотного промивання, із застосуванням мембранної системи, яка включає мікрофільтраційну мембрану або ультрафільтраційну мембрану. Водою зворотного промивання є потік відпрацьованої води, який утворений після того, як сировинна вода профільтрована крізь відповідну середу, таку як медіафільтр, ультрафільтраційна (УФ) мембрана або мікрофільтраційна (МФ) мембрана і використана для зворотного промивання фільтрів для видалення накопичених твердих частинок з поверхні медіафільтру або УФ/МФ мембрани Ця вода зворотного промивання, яка є відносно концентрованим потоком, порівняним з сировинною водою, вміщує високі рівні забруднюючих речовин, таких як суспендовані тверді частки, колоїдний матеріал, бактерії, віруси і інші розчинні органічні речовини. Поновлена мережева вода після медіа фільтрації або першої стадії УФ або МФ систем складає приблизно 85-90 %, що означає, що 10-15 % води, що подається, перетворюється у концентрат або воду зворотного промивання. Цю воду в подальшому обробляють на другій стадії УФ або МФ систем для підвищення поновлення мережевої води до 96-98 %. Профільтрована вода, яку поновили на другій стадії обробки УФ/ МФ системи є такою чистою як і після першої стадії обробки УФ/МФ систем і може бути використана в робочих системах або також як питна вода. Але, так як вода зворотного промивання першої стадії УФ/МФ системи має більш високий рівень забруднення, то мембрани другої стадії УФ/МФ системи швидко запорошуються і працюють при більш низьких потоках, ніж мембрани першої стадії УФ/МФ системи. Це призводить до підвищення капітальних витрат (більше потрібно мембран) і до підвищення експлуатаційних витрат (частіше потрібно чистити мембрани). Тому, є інтерес до мінімізації запорошування мембран на другій стадії УФ/МФ системи так, щоб мембрани: мали більш довгий час роботи між чищеннями; працювали при швидкості потоку, що відповідає вибраній мембрані; працювали при більш високих, ніж існуючі, досяжних потоках; або мали комбінацію цих якостей. Додатковий інтерес складає зниження кількості і розміру мембран, щоб капітальні витрати нових систем, які вміщують мембрани УФ/МФ другої стадії для поновлення води зворотного промивання, були знижені. Винахід стосується способу обробки води зворотного промивання, використовуючи процес мембранного відокремлення, який має наступні операції: збирання води зворотного промивання у приймальну ємність, прийнятну для утримання води зворотного промивання; обробка зазначеної води зворотного промивання одним або більше розчинними у воді полімерами, які вибрані з групи, яка включає: амфотерні полімери, катіоноактивні полімери, в яких густина заряду складає від 5 мол. % до приблизно 100 мол. %; цвітерні полімери; і їх комбінації;факультативно, змішування розчинних у воді полімерів з водою зворотного промивання; пропускання обробленої води зворотного промивання крізь мембрану, яка є ультрафільтраційною або мікрофільтраційною мембраною; і, факультативно, зворотну промивку зазначеної мембрани для видалення твердих частинок з поверхні мембрани. На фіг. 1 показана загальна схема обробки води зворотного промивання, яка включає мікрофільтраційну / ультрафільтраційну мембрану, яка занурена у резервуар, а також додаткову мембрану для додаткової обробки фільтрату від мікрофільтраційнрї / ультрафільтраційної мембрани. На фіг.2 показана загальна схема обробки води зворотного промивання, яка| включає змішуючий резервуар, очищувач / попередній фільтр і мікрофільтраційну / ультрафільтраційну мембрану, яка занурена у резервуар, а також додаткову мембрану для додаткової обробки фільтрату після мікрофільтраційної / ультрафільтраційної мембрани. На фіг.3 показана загальна схема обробки води зворотного промивання, яка включає змішуючий резервуар, очищувач / попередній фільтр і мікрофільтраційну / ультрафільтраційну мембрану, яка є зовнішньою до резервуара живлення, який містить воду зворотного промивання, а також додаткову мембрану для додаткової обробки фільтрату після мікрофільтраційної / ультрафільтраційної мембрани. Визначення термінів: "УФ" означає ультрафільтрацію. "МФ" означає мікрофільтрацію. "Амфотерний полімер" означає полімер, який є похідним від катіоноактивних полімерів і аніонних мономерів і, можливо, іншого неіонного мономеру (мономерів). Амфотерний полімер може мати чисто позитивний або негативний заряд. Амфотерний полімер може також бути похідним від цвітерних мономерів і катіоноактивних або аніонних мономерів і можливо неіонних мономерів. Амфотерний полімер є розчинним у воді. "Катіоноактивний полімер" означає полімер, який має повністю позитивний заряд. Катіоноактивні полімери за винаходом приготовлені шляхом полімеризації одного або більше 1 UA 98109 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 катіоноактивних мономерів, шляхом кополімеризації одного або більше неіонних мономерів і одного або більше катіоноактивних мономерів, шляхом конденсації епіхлоргідрину і діаміну або поліаміну, або шляхом конденсації етилендихлориду і амонію або формальдегіду і амінової солі. Катіоноактивний полімер є розчинним у воді. "Цвітерний полімер" означає полімер, який складений з цвітерних мономерів і, можливо, іншого неіонного мономеру (мономерів). У цвітерних полімерах всі полімерні ланцюги і сегменти всередині цих ланцюгів є суворо електричне нейтральними. Тому, цвітерні полімери представляють підгрупу амфотерних полімерів, яка необхідна для підтримання заряду нейтральним поперек всіх полімерних ланцюгів і сегментів, так як і аніонний заряд і катіонний заряд введені всередину того самого цвітерного мономера. Цвітерний полімер є розчинним у воді. Переважні втілення: Як зазначено вище, винахід стосується способу обробки води зворотного, промивання шляхом використання мікрофільтраційної або ультрафільтраційної мембрани. Після того, як воду зворотного промивання збирають і обробляють одним або більше водорозчинними полімерами, її пропускають крізь мембрану. У одному втіленні, мембрана може бути занурена у резервуар. У іншому втіленні, мембрана знаходиться назовні резервуара живлення, який вміщує зазначену воду зворотного промивання. В іншому втіленні, вода зворотного промивання, яка пройшла крізь мікрофільтраційну або ультрафільтраційну мембрану може бути додатково пропущена крізь одну або більше мембран. У ще одному додатковому втіленні, додаткова мембрана є або реверсною осмосною мембраною, або нанофільтраційною мембраною. Різні схеми обробки води зворотного промивання повинні бути очевидні для фахівця у цій галузі. В одному втіленні зібрані стічна вода може бути пропущена крізь один або більше фільтрів або очищувачів до їх пропускання крізь ультрафільтраційну або мікрофільтраційну мембрану. У додатковому втіленні, фільтр вибирають з групи, яка включає: пісковий фільтр, мультимедійний фільтр, тканинний фільтр, картриджний фільтр, і мішковий фільтр. Мембрани, які використовують для обробки води зворотного промивання можуть мати різні типи фізичних і хімічних параметрів. Стосовно фізичних параметрів, у одному втіленні ультрафільтраційна мембрана має розмір пор на рівні 0,003-0,1 мкм. В іншому втіленні, мікрофільтраційна мембрана має розмір пор на рівні 0,1-0,4 мкм. В іншому втіленні, мембрана має конфігурацію порожнього волокна з фільтрацією при русі речовини від периферії до центру або навпаки. В іншому втіленні мембрана має конфігурацію плоского листа В іншому втіленні мембрана має трубчасту конфігурацію. В іншому втіленні мембрана має структуру з багатьма отворами. Стосовно хімічних параметрів, у одному втіленні мембрана є полімерною. В іншому втіленні мембрана є неорганічною. Ще у одному втіленні мембрана виконана з нержавіючої сталі. Є інші фізичні і хімічні параметри, які можуть бути введені як ознаки винаходу. Різні типи і кількості хімічних речовин можуть бути використані для обробки води зворотного промивання. В одному втіленні, вода зворотного промивання, яку зібрали після медіафільтрації або першої стадії УФ/МФ процесу, обробляють одним або більше розчинними у воді полімерами. Як варіант, змішування води зворотного промивання з доданим полімером виконують за допомогою змішуючи апаратів. Є багато різних типів змішуючих апаратів, які відомі фахівцям у цій галузі. В іншому втіленні, ці розчинні у воді полімери звичайно мають молекулярну масу від приблизно 2 000 до приблизно 10 000 000 Да (дальтонів). В іншому втіленні, розчинні у воді полімери вибрані з групи яка включає: амфотерні полімери; катіоноактивні полімери; і цвітерні полімери. В іншому втіленні, амфотерні полімери вибрані з групи, яка включає: диметиламіноетил акрилат метил хлорид четвертинна сіль (DMAEA.MCQ) / кополімер акрилової кислоти, діалілдиметиламоній хлорид / кополімер акрилової кислоти, диметиламіноетил акрилат метил хлорид сіль / N,N-диметил-N-метакриламідопропіл-N-(3сульфопропіл)-амоній бетаін кополімер, акрилова кислота / N,N-диметил-Nметакриламідопропіл-N-(3-сульфопропіл)-амоній бетаін кополімер, і DMAEA.MCQ/Акрілова кислота/ N,N-диметил-N-метакриламідопропіл-N-(3-сульфопропіл)-амоній бетаін терполімер. В іншому втіленні, розчинні у воді полімери мають молекулярну масу від приблизно 2 000 до приблизно 10 000 000 Да. В ще додатковому втіленні, розчинні у воді полімери мають молекулярну масу від приблизно 100 000 до приблизно 2 000 000 Да. -1 В іншому втіленні, доза амфотерних полімерів складає від приблизно 1 млн (проміле) до -1 приблизно 2000 млн активних твердих часток. 2 UA 98109 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 В іншому втіленні, амфотерні полімери мають молекулярну масу від приблизно 5 000 до приблизно 2 000 000 Да. В іншому втіленні, амфотерні полімери мають катіонний заряд, еквівалентний аніонному заряду з еквівалентним відношенням від приблизно 3,0:7,0 до приблизно 9,8:0,2. В іншому втіленні, катіоноактивні полімери вибрані з групи, яка включає: полідіалілдиметиламоній хлорид (поліDADMAC); поліетиленімін; поліепіамін; поліепіамін, зшитий з амонієм або етилендіаміном; конденсаційний полімер і етілендіхлориду і амонію; конденсаційний полімер триетаноламіну і талової олії жирної кислоти; полі(диметиламіноетилметакрилат сірчанокисла сіль); і полі(диметиламіноетилакрилат метил хлорид четвертинна сіль). В іншому втіленні, катіоноактивні полімери є кополімерами акриламіду (AcAm) і одного або більше катіоноактивних мономерів, вибраних з групи, яка включає: діалілдиметиламоній хлорид; диметиламіноетилакрилат метил хлорид четвертинну сіль; диметиламіноетилметакрилат метил хлорид четвертиуну сіль; і диметиламіноетилакрилат бензил хлорид четвертинну сіль (DMAEA.BCQ). В іншому втіленні, катіоноактивних полімери мають катіонний заряд між 20 мол% і 50 мол%. -1 В іншому втіленні, доза катіоноактивних полімерів складає від приблизно 0,1 млн до -1 приблизно 1000 млн активних твердих часток. В іншому втіленні, катіоноактивні полімери мають катіонний заряд принаймні приблизно 5 мол%. В іншому втіленні, катіоноактивні полімери мають катіонний заряд принаймні) приблизно 100 мол%. В іншому втіленні, катіоноактивні полімери мають молекулярну масу від приблизно 100 000 до приблизно 10 000 000 Да. В іншому втіленні, цвітерні полімери складені з приблизно від1 до приблизно 99 мол% N,Nдиметил-N-метакриламідопропіл-N-(3-сульфопропіл)-амоній бетаін і від приблизно 99 до приблизно 1 мол% одного або більше неіонних мономерів. Три можливі схеми обробки води зворотного промивання показані на фігурам 1-3. Воду зворотного промивання (фіг. 1) від медіафільтру або від першої стадій УФ/МФ системи збирають у ємність (1) для води зворотного промивання. Потім ця вода і протікає по трубі, де має місце додавання (3) одного або більше полімерів. Оброблена вода зворотного промивання потім втікає у вузол (6) мембран, який занурений у резервуар (11). Також, полімер (10) може бути доданий у резервуар (11), який вміщує занурену мембрану. Занурена мембрана може бути ультрафільтраційною або мікрофільтраційною мембраною. Як варіант, наступний фільтрат (8) потім пропускають крізь додаткову мембрану (9), яка може бути або реверсивно осмосовою мембраною, або нанофільтраційною мембраною. У втіленні на фіг.2, воду зворотного промивання збирають у ємність (1). Потім ця вода протікає по трубі, де має місце додавання (3) одного або більше полімерів. Оброблена вода зворотного промивання далі втікає у змішуючий резервуар (2), де відбувається перемішування за допомогою апарату (7) для змішування; як варіант, у резервуар (2) додають додатковий полімер (4). Потім воду зворотного промивання пропускають крізь попередній фільтр або очищувач (5). Потім вода зворотного промивання по трубі подають у вузол (6) мембран, який занурений у резервуар (11). Як варіант, полімер (10) може бути доданий в резервуар (11), який вміщує занурену мембрану. Як варіант, наступний фільтрат (8) пропускають крізь додаткову мембрану (9), яка може бути або реверсивно осмосовою мембраною, або нанофільтраційною мембраною. У втіленні на фіг.3, воду зворотного промивання збирають у ємність (1). Потім ця вода протікає по трубі, де має місце додавання (3) одного або більше полімерів. Оброблена вода зворотного промивання далі втікає у змішуючий резервуар (2), де її перемішують за допомогою апарату (7) для змішування, як варіант, у резервуар (2) додають додатковий полімер (4). Потім воду зворотного промивання пропускають крізь попередній фільтр або очищувач (5). Потім вода зворотного промивання тече по тріубі у вузол (6) мембран, який вміщує або мікрофільтраційну, або ультрафільтраційну мембрану. Як варіант, потім наступний фільтрат (8) пропускають крізь додаткову мембрану (9), яка може бути або реверсивною осмосовою мембраною, або нанофільтраційною мембраною Отриманий фільтрат збирають для різних застосувань, відомих фахівцям у цій галузі. В іншому втіленні, процес відокремлення на мембранах вибирають з групи, яка включає: процес відокремлення на мембранах з поперечним потоком; процес відокремлення на мембранах з напівтупіковим потоком; процес відокремлення на мембранах з глухим потоком. Наступні приклади не обмежують заявлений винахід. 3 UA 98109 C2 5 10 15 Приклади Ефективність мембран була вивчена шляхом вимірів мутнуватості, а робочу фільтрацію мембрани вивчали на зразках води зворотного промивання, оброблених І полімером. Мутнуватість вимірювали за допомогою Турбідиметра (фірми Hach, Ames, ІА), який має чутливість до 0,06 NTU (NTU - нефелометрична одиниця мутнуватості), а вивчення фільтрації мембрани були проведені у спеціальному пристрої з мішалкою глухого потоку (фірми Millipore, 2 Bedford, MA) з площею мембрани 42 см , при швид