Помощь в учёбе, очень быстро...
Работаем вместе до победы

Разработка совмещенного флотационно-мембранного процесса очистки сточных вод от тяжелых металлов

Диссертация: Разработка совмещенного флотационно-мембранного процесса очистки сточных вод от тяжелых металлов
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Получены данные по влиянию температуры, концентрации тяжелых металлов и рН воды на селективность и удельную производительность мембран, позволяющие произвести выбор типа мембран и технологические параметры для решения конкретной задачи очистки. Разработан и внедрен новый антискалант (ингибитор осадкообразования на мембранах). Установка обратного осмоса с дозированием разработанного антискаланта… Читать ещё >

Содержание

  • Глава 1. Обзор литературы
    • 1. 1. Актуальность проблемы очистки сточных вод. Переход к устойчивому водопотреблению
    • 1. 2. Тяжелые металлы — токсичные компоненты промышленных сточных вод
    • 1. 3. Методы очистки сточных вод от тяжелых металлов
      • 1. 3. 1. Общий обзор методов очистки от тяжелых металлов
        • 1. 3. 1. 1. Реагеитчые методы перевода в дисперсную фазу
        • 1. 3. 1. 2. Электрохимические методы осалсдеиия дисперсной фазы
        • 1. 3. 1. 3. Методы отделения дисперсной фазы
        • 1. 3. 1. 4. Сорбционные методы очистки от тяжелых металлов
        • 1. 3. 1. 5. Мембранные методы очистки от тяжелых металлов
        • 1. 3. 1. 6. Сопоставление различных способов очистки сточных вод от тяжелых металлов
      • 1. 3. 2. Применение флотации для очистки от тяжелых металлов
      • 1. 3. 3. Применение обратного осмоса и нанофильтрации для очистки от тяжелых металлов
    • 1. 4. Выводы из литературного обзора
  • Глава 2. Материалы и методы
    • 2. 1. Методика исследования гидродинамики барботажа с использованием мембран и исследования очистки от тяжелых металлов с помощью мембранной флотации в периодическом режиме
    • 2. 2. Методика определения размера пузырьков, полученных диспергированием через микрофильтрационные мембраны
    • 2. 2. Методика определения размера пузырьков, полученных диспергированием через микрофильтрационные мембраны
    • 2. 3. Методика исследования очистки от тяжелых металлов с помощью мембранной и электрофлотации в комбинированном мембранно-электрофлотационном аппарате непрерывного типа
    • 2. 4. Методика исследования эффективности нанофильтрации и обратного осмоса для удаления тяжелых металлов. Схема и описание экспериментальной установки
    • 2. 5. Методика исследования эффективности ингибирования осадкообразования на мембранах
    • 2. 6. Методика анализа концентрации тяжелых металлов и измерения рН и температуры в исходной и очищенной сточной воде
    • 2. 7. Использованные реагенты и материалы
  • Глава 3. Исследование процесса мембранной флотации
    • 3. 1. Определение процесса мембранной флотации
    • 3. 2. Гидродинамика барботажа с использованием микрофильтрационных мембран
    • 3. 3. Применение мембранной флотации для очистки сточных вод от тяжелых металлов. Эксперименты в периодическом режиме (на статической ячейке)
    • 3. 4. Применение мембранной флотации для очистки сточных вод от тяжелых металлов. Эксперименты на комбинированном мембранно-электрофлотационном аппарате непрерывного типа
  • Глава 4. Исследование НФ и 00 для очистки от тяжелых металлов
    • 4. 1. Влияние температуры на удельную производительность и селективность мембран
    • 4. 2. Влияние исходной концентрации тяжелых металлов на удельную производительность и селективность мембран
    • 4. 3. Влияние рН исходной воды на удельную производительность и селективность мембран
    • 4. 4. Ингибирование осадкообразования на обратноосмотических и нанофильтрационных мембранах
  • Глава 5. Мембранная очистка сточных вод от тяжелых металлов. Расчет и технико-экономический анализ
    • 5. 1. Принципы расчета технологических схем мембранной очистки сточных вод от тяжелых металлов
    • 5. 2. Технико-экономический анализ комбинированных технологических схем, включающих флотационные и баромембранные методы очистки
    • 5. 3. Применение разработанного флотационно-мембранного процесса на практике
  • Выводы

Разработка совмещенного флотационно-мембранного процесса очистки сточных вод от тяжелых металлов (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Очистка сточных вод приобретает все большую значимость в промышленности и муниципальном хозяйстве как одно из необходимых мероприятий, предназначенных для перехода к устойчивому водопотреблению и созданию замкнутых производственных циклов.

Тяжелые металлы (ТМ) являются основными токсическими компонентами сточных вод гальванической, электронной и других отраслей промышленности. Удаление данных загрязнений позволит вторично использовать сточные воды в основной технологии, обеспечив, таким образом, энергои ресурсосбережение.

Мембранные методы разделения, в частности напофильтрация (НФ) и обратный осмос (00), являются одними из самых перспективных, позволяющих значительно снизить затраты на обработку сточных вод и получать воду любого требуемого качества, а также экономить производственные площади и снижать трудозатраты.

Флотационные процессы также все чаще находят применение для очистки стоков различного происхождения, позволяя достигнуть высоких степеней очистки при низком энергопотреблении, причем наиболее энергоэффективным способом флотации является флотация с диспергированием воздуха через пористые материалы.

В то же время наблюдается недостаток данных по эффективности применения флотации, НФ и низконапорного 00 для очистки сточных вод от ТМ. В связи с этим в настоящей работе был изучен процесс флотации с диспергированием воздуха через микропористые мембраны (мембранная флотация), а также очистка от тяжелых металлов на серийно производимых НФ и низконапорных 00 мембранных модулях.

Научная новизна.

Впервые предложено проводить процесс флотационной очистки с использованием мембран для диспергирования воздуха. Для этого нового метода очистки предложен термин — мембранная флотация.

Впервые на основании принципов минимума энергии и мощности диссипации получено аналитическое уравнение, связывающее скорости свободного и стесненного всплытия пузырьков и газосодержание барботажного слоя, которое имеет хорошую сходимость с экспериментальными данными.

Впервые получены данные о влиянии рН исходной воды, температуры и исходной концентрации ТМ на селективность и удельную производительность серийно производимых НФ и 00 мембранных модулей при очистке от ТМ.

Практическая значимость.

Продемонстрирована высокая селективность очистки сточных вод отТМ методами мембранной флотации, нанофильтрации и обратного осмоса.

Разработан и изготовлен опытный образец флотатора и установка, сочетающая процессы мембранной флотации и электрофлотации. Данная установка помимо исследовательских целей используется и в учебном процессе.

Разработан алгоритм расчета флотационных аппаратов с использованием мембран для диспергирования воздуха.

Разработана, испытана и внедрена в производство новая композиция антискаланта (ингибитора осадкообразования неорганических веществ на мембранах), не уступающего известным импортным аналогам.

Проведенный технико-экономический анализ комбинирования флотационных и мембранных методов в процессах очистки от ТМ позволяет выбрать оптимальный вариант внедрения в процессы очистки сточных вод.

Апробация работы.

Результаты исследований докладывались на XVIII-й Конференции «МКХТ-2004», 2004 (Москва, Россия) — Конгрессе «Mempro-З», 2006, (Нанси, Франция) — 1-й Конференции «Водоподготовка-2006», 2006 (Москва, Россия) — Международной конференции «Enikopolov's readings», 2006 (Ереван, Армения) — Международной конференции «Desalination and the Environment», 2007 (Халкидики, Греция) — Конференции «Ресурсои энергосберегающие технологии в химической и нефтехимической промышленности», 2006 (Москва, Россия) — Семинарах «NATO/CCMS Pilot Study on Clean Products and Processes» в Будапеште (Венгрия), Апесунде (Норвегия), Стамбуле (Турция) в 2004;2006 г. г., соответственно.

Выводы.

1. Выведена формула связи скоростей стесненного и свободного всплытия газовых пузырьков и газосодержания слоя. Проведена экспериментальная проверка формулы, которая показала хорошую сходимость с экспериментальными данными в области высоких газосодержаний.

2. Сконструирован и изготовлен опытный образец комбинированного флотационного аппарата для очистки сточных вод, сочетающего мембранную флотацию и электрофлотацию. Полученные экспериментальные данные по степени флотационной очистки от тяжелых металлов в зависимости от технологических параметров процесса — времени флотации, концентрации тяжелых металлов и флотореагентов (ПАВ, флокулянта) — могут использоваться на практике.

3. На основании результатов исследования гидродинамики и эффективности очистки от тяжелых металлов в процессе мембранной флотации предложен алгоритм расчета флотаторов, который позволяет получить необходимое количество мембранных каналов, геометрические размеры флотатора, подобрать компрессорное оборудование.

4. Получены данные по влиянию температуры, концентрации тяжелых металлов и рН воды на селективность и удельную производительность мембран, позволяющие произвести выбор типа мембран и технологические параметры для решения конкретной задачи очистки. Разработан и внедрен новый антискалант (ингибитор осадкообразования на мембранах). Установка обратного осмоса с дозированием разработанного антискаланта внедрена на участке водоподготовки и очистки сточных вод ОАО «НИЦЭВТ», г. Москва.

5. Проведенный технико-экономический анализ вариантов технологических схем с использованием мембранных и флотационных методов очистки показал перспективность совмещения флотационного и мембранного методов очистки сточных вод от тяжелых металлов.

Показать весь текст

Список литературы

  1. Программа действий: Повестка дня на 21 век. Женева, Центр «За наше общее будущее», 1993. — 70 с.
  2. Ю.П. Замкнутые системы водообеспечения химических производств. М., Химия, 1990. — 208 с.
  3. О.Д. Концепция устойчивого развития и водопотребление. // Вода и экология. Проблемы и решения. 2005. — № 3. — С. 3−12.
  4. Экологическое предприятие «Очистные сооружения»: Цветные металлы. Доступно по адресу: htlp. V/www. 1 os.ru/content/subs/doc27/tyzmctal.
  5. Н. Яды вчера и сегодня. Доступно по адресу: http://n-t.ru/ri/gd/yd3Q .htm.
  6. Справочник по элементарной химии под ред. А. Т. Пилипенко. М., Химия, 1977.- 658 с.
  7. Н.Т., Колесников В. А. и др. Технологические процессы и системы водоочистки экологически безопасных гальванических производств: Учебн. пособие. М., Иваново, 2001. — 255 с.
  8. В.А., Ильин В. И. Экология и ресурсосбережение электрохимических производств. М., РХТУ, 2004. — 220 с.
  9. Г. В., Кичигин В. И., Зубарева Г. И. Очистка и переработка сточных вод гальванического производства: Учебное пособие по спецкурсу. Пермь, Перм. Ун-т, 2005. — 124 с.
  10. А.К., Образцов В. В. Комплексная переработка сточных вод гальванического производства. Киев, Техника, 1989. — 200 с.
  11. В. А., Меньшутина Н. В. Анализ, проектирование технологий и оборудования для очистки сточных вод. М., ДеЛи принт, 2005. — 266 с.
  12. Л. А. Очистка воды на основе классификации её примесей. -Киев, Украинский НИИ НТИ и ТЭИ, 1967. 14 с.
  13. Л. А. Теоретические основы и технология кондиционирования воды. Киев, Наукова думка, 1980. — 386 с.
  14. Л. А., Строкач П. П. Технология очистки сточных вод. -Киев, Вища школа, 1986. 482 с.
  15. И. С. Безреагентные методы очистки высокомутных вод. М., Стройиздат, 1978. — 265 с.
  16. Н. С. Методология разработки комплексных систем очистки жидких химических сред на основе баромембранных процессов: Дис.. доктора техн. наук. М., РХТУ им. Д. И. Менделеева, 2000. — 405 с.
  17. В.А., Шмидт Л. И. Очистка сточных вод в химической промышленности. Л., Химия, 1977. — 520 с.
  18. Charerntanyarak L. Heavy metals removal by chemical coagulation and precipitation. // Water Sciense and Technology. 1999. — № 39 (10/11). — C. 135−138.
  19. В.А., Ильин В. И., Капустин 10.И. и др.- Под ред. В. А. Колесникова. Электрофлотационная технология очистки сточных вод промышленных предприятий. М., Химия, 2007. — 304.
  20. Коагулянты. Новые технологии и оборудование в водоподготовке и водоотведении. Вып. 1. М., ВИМИ, 2000. — 86 с.
  21. .Н. Водоподготовка: Учебное пособие для вузов. М., Изд-во МГУ, 1996.-680 с.
  22. Chen G. Electrochemical technologies in wastewater treatment. // Separation and Purification Technology. 2004. — № 38. — С. 11−41.
  23. Ping G., Xueming Ch., Feng Sh., Guohua Ch. Removal of chromium (Vl) from wastewater by combined electrocoagulation-electroflotation without a filter. // Sep. and Purif. Tech. 2005. — № 43. — С. 117−123.
  24. Kongsricharoern N., Polprasert C. Electrochemical precipitation of chromium (Cr6+) from an electroplating wastewater. // Water Sci. Technol.- 1995.-№ 31 (9). C. 109−117.
  25. Kongsricharoern N., Polprasert C. Chromium removal by a bipolar electrochemical precipitation process. // Water Sci. Technol. 1996. — № 34 (9). — C. 109−116.
  26. Subbaiah Т., Mallick S.C., Mishra K.G., Sanjay K., Das R.P. Electrochemical precipitation of nickel hydroxide. // J. Power Sources. -2002. № 112. — C. 562−569.
  27. Г. А. Электрокоагуляционный метод очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов. / В кн. Охрана окружающей среды: Обзор, информ. вып. 2, — М., ЦНИИцветмет экономики и информаци, 1987. — С. 24.
  28. Н. И. Электрокоагуляционные установки для очистки сточных вод предприятий АПК. // Междунар. Агропром. Ж. 1989. — № 6. — С. 125−130.
  29. Ю. И., Филиппова И. В. (ред.), ed. Очистка производственных сточных вод. 1967, Химия: Л. 332 с.
  30. Очистка производственных сточных вод и утилизация осадков. Под редакцией В. Н. Соколова. М., Стройиздат, 1992. — 345 с.
  31. С. В., Карелин Я. А., Ласков 10. М., Воронов 10. В. Очистка производственных сточных вод: Учебное пособие для студентов вузов.- М., Стройиздат, 1979. 320 с.
  32. Ю.И. Процессы и аппараты химической технологии: Учебник для вузов. Изд. 2-е. В 2-х кн. М., Химия, 1995. — 352 и 368 с.
  33. А.Г. Процессы и аппараты химической технологии: Учебник для вузов. 12-е изд., стереотипное, доработанное. Перепечатка с девятого издания 1973 г. М., ООО ТИД «Альянс», 2005. — 753 с.
  34. Физико-химические основы флотации. Отв. ред. Ласкорин Б. Н., Плаксина Л. Д. М., Наука, 1983. — 264 с.
  35. А.И., Монгайт И. Л., Родзюлер И. Д. Методы очистки производственных сточных вод. М., Стройиздат, 1977. — 256 с.
  36. С.И. Создание флотационных машин пневматического типа и опыт их применения на обогатительных фабриках. М., ЦНИИЭИ-Цветмет, 1995.-299 с.
  37. Ю.Б., Филиппов Ю. А. Кинетика флотации. М., Недра, 1980.-375 с.
  38. М. Введение в мембранную технологию: Пер с англ. М., Мир, 1999.- 513 с.
  39. Г. Г., Кочаров Р. Г., Дубровин А. А. Исследование очистки водных растворов от катионов с помощью керамических микрофильтров. // Химическая технология. 2001. — № 1. — С. 42−46.
  40. N. К., Blocher С., Dorda J., Matis К.А. A hybrid MF process based on flotation. // J. Membr. Sc. 2004. — № 228. — C. 83−88.
  41. Matis K. A., Peleka E. N., et al. Air sparging during the solid/liquid separation by microfiltration: application of flotation. // Sep. and Purif. Tech. 2004. — № 40. — C. 1−7.
  42. Mavrov V., Erwe Т., Bloecher C., Chmiel H. Study of new integrated processes combining adsorption, membrane separation and flotation for heavy metal removal from wastewater. // Desalination. 2003. — № 157. — C. 97−104.
  43. А.А. Введение в мембранную технологию. М., ДеЛи принт, 2007. — 208 с.
  44. Kurniawan Т.А., Chan G.Y.S., Lo W.-H., Babel S. Physico-chemical treatment techniques for wastewater laden with heavy metals. // Chem. Eng. J. 2006.-№ 118.-C. 83−98.
  45. Kurniawan T.A., Chan G.Y.S., Lo W.-H., Babel S. Comparisons of low-cost adsorbents for treating wastewaters laden with heavy metals. // Sci. Total Environ. 2006. — № 5. — C. 121−136.
  46. Leyva-Ramos R., Rangel-Mendez J.R., Mendoza-Barron J., Fuentes-Rubio L., Guerrero-Coronado R.M. Adsorption of cadmium (II) from aqueous solution onto activated carbon. // Water Sci. Technol. 1997. — № 35 (7). — C. 205−211.
  47. Monser L., Adhoum N. Modified activated carbon for the removal of copper, zinc, chromium, and cyanide from wastewater. // Sep. Purif. Technol. -2002, — № 26. C. 137−146.
  48. Hilal N., Busca G. et al. Use of activated carbon to polish effluent from metal working treatment plant: comparison of different streams. // Desalination. 2005. — № 185. — C. 297−306.
  49. Dabrowski A., Hubicki Z., Podko’scielny P., Robens E. Selective removal of the heavy metals from waters and industrial wastewaters by ion-exchange method. // Chemosphere. 2004. — № 56 (2). — C. 91−106.
  50. Rengaraj S., Yeon K.H., S.H. Moon. Removal of chromium from water and wastewater by ion exchange resins. // J. Hazard. Mater. 2001. — № 87. — C. 273−287.
  51. Sapari N., Idris A., Hisham N. Total removal of heavy metal from mixed plating rinse wastewater. Desalination. 1996. — № 106. — C. 419−422.
  52. Alvarez-Ayuso E., Garcia-Sanchez A., Querol X. Purification of metal electroplating wastewaters using zeolites. 11 Water Res. 2003. — № 37(20). -C. 4855−4862.
  53. Ю.И. Обратный осмос и ультрафильтрация. М., Химия, 1978.-362 с.
  54. Ю.И. Баромембранные процессы. М., Химия, 1986. — 312 с.
  55. Juang R.S., Shiau R.C. Metal removal from aqueous solutions using chitosan-enhanced membrane filtration. // J. Membr. Sci. 2000. — № 165. -C. 159−167.
  56. Aliane A., Bounatiro N., Cherif A.T., Akretche D.E. Removal of chromium from aqueous solution by complexation-ultrafiltration using a water-soluble macroligand. // Water Res. 2001. — № 35(9). — C. 2320−2326.
  57. Akita S., C.L.P., Nii S., Takahashi K., Takeuchi H. Separation of Co (II)/Ni (ll) via micelar-enhanced ultrafiltration using organophosporus acid extractant solubilized by nonionic surfactant. // J. Membr. Sci. 1999. -№ 162.-C. 111−117.
  58. Yurlova L., Kryvoruchko A., Kornilovich B. Removal of Ni (II) ions from wastewater by micellar-enhanced ultrafiltration. // Desalination. 2002. -№ 144.-C. 255−260.
  59. Ю.И. Мембранные процессы разделения жидких смесей. -М., Химия, 1975.-425 с.
  60. Ozaki Н., Sharma К., Saktaywin W. Performance of an ultra-lowpressure reverse osmosis membrane (ULPROM) for separating heavy metal: effects of interference parameters. // Desalination. 2002. — № 144. — C. 287−294.
  61. Qin J.J., Wai M.N., Oo M.H., Wong F.S. A feasibility study on the treatment and recycling of a wastewater from metal plating. // J. Membr. Sc. 2002. -№ 208.-C. 213−221.
  62. Mohammad A.W., Othaman R., Hilal N. Potential use of nanofiltration membranes in treatment of industrial wastewater from Ni-P electroless plating. // Desalination. 2004. — № 168. — C. 241−252.
  63. Tanninen J., Manttari M., Nystrom M. Nanofiltration of concentrated acidic copper sulfate solutions. // Desalination. 2006. — № 189. — C. 92−96.
  64. Itoi S., Nakamura I., Kawahara T. Electrodialytic recovery process of metal finishing wastewater. // Desalination. 1980. — № 32. — C. 383−389.
  65. Tzanetakis N., Taama W.M., Scott K., Jachuck R.J.J., Slade R.S., Varcoe J. Comparative performance of ion exchange membrane for electrodialysis of nickel and cobalt. // Sep. Purif. Technol. 2003. — № 30. — С. 113−127.
  66. Водоподготовка и очистка промышленных стоков / Ред. колл.: Кульский J1. А. и др. Киев, Наукова думка, 1975. — 528 с.
  67. Теория и технология флотации руд / Под ред. О. С. Богданова. М., Недра, 1990.- 523 с.
  68. .В., Духин С. С., Рулев Н. Н. Микрофлотация: Водоочистка, обогащение. М., Химия, 1986. — 112 с.
  69. А.И., Клушин В. Н., Систер В. Г. Технологические процессы экологической безопасности. Калуга, Издат-во Н. Б. Бочкарёвой, 2000.- 800 с.
  70. Д.В., Николаев Н. А. Анализ технико-экономических показателей работы флотационных аппаратов. // Химическая промышленность. 2001. — № 1. — С. 40−43.
  71. К., и др. Дегремон. Технические записки по проблемам воды: Справочник. В 2-х т./ Пер. с англ. М., Стройиздат, 1983. — 608 с.
  72. Boutin P., Wheeler D. The Flotation column. // Canad. Mining J. 1963. -№ No 4. — C. 55−56.
  73. Dedek F. Das Anhaften der Luftblusen an der Obeiflache des Feststoffe bei det Flotation. // Gliickauf-Forschugsh. 1969. — №Bd. 30, N A. — C. 18−22.
  74. Ю.Б. Противоточные пневматические флотационные машины. М., Цветметипформация, 1979. — 54 с.
  75. Ю.Б. Создание и внедрение большеобъёмных противоточных пневматических флотационных машин. / В кн. / Интенсификация процессов обогащения минерального сырья, — М., Наука, 1981.-С. 75−82.
  76. К.А. (Ed.). Flotation Science and Engineering. New York, Marcel Dekker, 1995.- 454 p.
  77. Khelifa A., Moulay S., Naceur A.W. Treatment of metal finishing effluents by the electro flotation technique. // Desalination. 2005. — № 181. — C. 27−33.
  78. A.A., Орлов A.K., Карелин Ф. Н., Раппопорт Я. Д. Обработка воды обратным осмосом и ультрафильтрацией. М., Стройиздат, 1978.- 121 с.
  79. Aim К.-Н., Song K.-G., Cha H.-Y., Yeom l.-T. Removal of ions in nickel electroplating rinse water using low-pressure nanofiltration. // Desalination.- 1999.-№ 122.-C. 77−84.83.
Заполнить форму текущей работой

Пора сдавать?