Очистка сточных вод и оборотное водоснабжение прачечных предприятий

«В эру передовых технологий неэффективность – страшный грех перед Господом»  Олдос Хаксли

В статье рассмотрено применение наилучших доступных технологий очистки сточных вод прачечных предприятий и производств моющих средств, а также особенности построения очистных сооружений на их основе.

Последние годы проблема создания водооборота на предприятиях Российской Федерации стоит особенно остро. Повышение цен на водопотребление и водоотведение заставляет предприятия лихорадочно искать способы обеспечения рентабельности производств. При этом в различных технологических циклах требования к качеству оборотной воды различны. Соответственно и рынок производителей и поставщиков систем оборотного водоснабжения для получения воды высокого качества развивается довольно стремительно.

Промышленная стирка характеризуется несколькими параметрами: большой загрузкой оборудования и сложным циклом стирки. Как правило, цикл стирки содержит пять моющих этапов и последующее отбеливание. Затем следует до четырех полосканий с последующей промывкой, включающей мягкую кислоту для удаления щелочности и остатков отбеливателя. Кроме того, промывка удаляет карбонат кальция, накапливающийся из-за жесткости воды, который может приводить к выцветанию ткани и оставлять мелкий порошок. В процессе моющих этапов используются анионные (например, линейный алкилбензосульфонат), либо неионогенные (этоксилаты спиртов или фенолов) ПАВ. Мыла по-прежнему используются в промышленной стирке, но существенно меньше.

Обычно температура стирки около 80 °C, что ограничивает выбор неионогенных мягчителей из-за появления точек помутнения. Ведется разработка новых процессов стирки, позволяющих снизить температуру, расширяя, таким образом, использование неионогенных ПАВ. Долгое время высокие температуры и щелочная среда рассматривались как обязательный атрибут стирки в основном из-за широкого использования хлопка и мыла. С лучшими ПАВ, которые обладают усиленным действием и при пониженных температурах, подход к теоретическим и практическим вопросам стирки изменился.

Серьезной проблемой промышленной стирки является устойчивость к отбеливателям. Хлор здесь, как правило, применяется в более значительных концентрациях и при более высоких температурах, чем в бытовых условиях, и ПАВ должны их выдерживать. Пероксидные отбеливатели используются в сочетании с силикатом натрия, выступающим в качестве стабилизатора. Такой состав не влияет на действие ПАВ – силикат лишь способствует размельчению порошка при стирке.

Все более широкое применение при стирке находят ферменты. Пятна крови и масла часто присутствуют на больничных тканях и спецодежде. Для их удаления применяют липазы и протеазы. Использование ферментов предполагает строгий контроль над условиями, включая рН, температуру и ионную силу раствора – это предотвращает их дезактивацию. Подобные ограничения способствуют использованию более мягких реагентов, например, неионогенных ПАВ и пероксидных отбеливателей [1].

Таким образом, основными загрязнителями сточных вод прачечных предприятий являются: взвешенные вещества, анионные и неионогенные ПАВ, соли жесткости, а в отдельных случаях красители и нефтепродукты. Следовательно, на первом этапе необходимо удалить взвешенные вещества и нефтепродукты методом флотации; на втором удалить остаточные взвешенные нерастворимые частицы размером более 5 мкм методом фильтрации; на третьем этапе удалить растворимые органические вещества и соли жесткости методом нанофильтрации. Данное техническое решение дает возможность получить очищенную воду высокого качества для повторного использования.

Для прачечных предприятий и производств моющих средств специалистами Технопарка РХТУ им. Д. И. Менделеева разработаны и запущены в производство модульные установки очистки воды (МУОВ). Их преимущества – компактность, надежность в эксплуатации, простота монтажа и обслуживания, автоматизация, минимальные эксплуатационные затраты. В ходе разработки технологий очистки сточных вод применяются компьютерное моделирование и лабораторные испытания на пилотных установках с использованием модельных растворов.

Технологическая схема очистки сточных вод и оборотного водоснабжения прачечных предприятий с применением комбинирования флотации и нанофильтрации представлена на рис. 1.

В соответствии со схемой сточные воды поступают в реактор-смеситель Р1, где производится их усреднение и обработка коагулянтом для интенсификации флотационного процесса. Дозирование раствора коагулянта осуществляется насосом-дозатором НД1 из дозатора Д1. Перемешивание среды в реакторе Р1 осуществляется с помощью лопастной мешалки.

Из реактора-смесителя Р1 обработанные сточные воды самотеком поступают на флотатор, в котором происходит извлечение не менее 98 % взвешенных веществ и 40–60 % сорбирующихся на них органических веществ [2]. Во флотаторе в зависимости от его модификации:

• в результате протекания электролиза воды на нерастворимых электродах происходит насыщение воды микропузырьками электролитических газов дисперсностью 10–70 мкм, которые транспортируют загрязнения на поверхность воды [2]. Образующийся пенный слой (флотоконцентрат) периодически удаляется автоматическим пеносборным устройством с поверхности жидкости в сборник-фильтр Е4;
• в результате пропускания воздуха под давлением через пористые материалы (керамические мембраны), происходит насыщение воды микропузырьками воздуха, которые транспортируют загрязнения на поверхность воды. Присутствие ПАВ в растворе обеспечивает получение пузырьков воздуха малого диаметра 100–150 мкм и отсутствие их коалесценции. Кроме того, процесс флотации с диспергированием воздуха через пористые материалы имеет более низкие энергозатраты [3]. Флотоконцентрат аналогичным образом удаляется в сборник-фильтр.

Флотоконцентрат является полностью биоразлагаемым и, следовательно, подлежит стандартным методам утилизации по мере накопления.

Осветленная вода из флотатора самотеком поступает в накопительную емкость Е1, откуда насосом Н1 подается на доочистку на механический фильтр 5–20 мкм. Фильтр Ф1 периодически промывается обратным током со сбросом загрязнений в реактор Р1.

Очищенная от взвешенных веществ вода из фильтра поступает в накопительную емкость Е2, откуда насосом Н2 подается на установку нанофильтрации НФ для удаления ПАВ и молекул загрязняющих веществ массой более 200 Dalton, а также удаления солей жесткости (умягчения воды) перед ее возвратом на повторное использование.

Наибольшим достоинством нанофильтрации является снижение не только жесткости, но и щелочности, солесодержания, а также удаление механических, органических и биологических загрязнений при отсутствии необходимости использования реагентов и проблем с солевыми стоками при относительно простой схеме. В очищенной воде отсутствуют бактерии и вирусы, микрозагрязнения и хлорорганика, уменьшены жесткость и содержание сульфатов. При этом установки, базирующиеся на традиционных технологиях, для получения близкого эффекта должны включать несколько стадий очистки [4].

На рис. 2. представлена установка нанофильтрации номинальной производительностью 2 м³/ч. Установка включает в себя: узел микрофильтрации 5 мкм, мембранные модули, насос высокого давления, КИПиА, трубопроводы и фитинги.

Рисунок 2.

Установка нанофильтрации МУОВ для очистных сооружений прачечной

Предварительно очищенная от взвешенных частиц вода поступает на насос мембранной установки. Под давлением, значение которого рассчитывается в зависимости от типа используемых НФ-элементов, вода проходит через мембранные модули, в которых происходит разделение исходного потока на фильтрат (пермеат) и концентрат.

Основные характеристики рулонных нанофильтрационных элементов различных производителей представлены в табл. 1.

Данная конструкция мембранной установки построена с использованием 6 мембранных элементов НФ (NF) типоразмера 4040, размещенных в прочных корпусах из стеклопластика FRP. Стеклопластиковые аппараты предназначены для непрерывного, долгосрочного использования в качестве корпусов для нанофильтрационных и обратноосмотических мембран и рассчитаны на давления от 20 до 70 бар для 4-дюймовых элементов, а также от 10 до 80 бар для 8-дюймовых элементов.

Мембранные элементы включены параллельно по фильтрату и последовательно по концентрату. Такое решение позволяет значительно повысить выход фильтрата и сократить объем концентрата. Концентрат частично сбрасывается в дренаж, при этом другая его часть подается обратно на вход насоса высокого давления по магистрали рециркуляции. Организация рециркуляции дает возможность дополнительно экономить 10–15 % дорогостоящей воды, благодаря вторичному использованию концентрата. Кроме того, присутствие в воде анионных поверхностно-активных веществ способствует очистке поверхности полупроницаемых мембран от органических загрязнений, восстановлению их первоначальной производительности, продлевает время между регенерациями мембран растворами реагентов (лимонной кислоты и гидросульфита натрия), продлевает срок службы нанофильтрационных элементов.

В итоге концентрат НФ, 15–20 % от исходного потока воды, поступает на сброс в канализацию. На финишном этапе для деструкции загрязненных ПАВ, содержащихся в концентрате, перед сбросом в канализацию возможна установка озонатора, но данное техническое решение является нерентабельным как по капитальным, так и по эксплуатационным затратам.

Фильтрат НФ, 80–85 % от исходного потока воды, собирается в накопительной емкости Е3 и подается насосом Н3 на повторное использование в процессе стирки.

Разработка и внедрение опытно-промышленного производства мембранных установок на основе отечественных и зарубежных композитных нанофильтрационных мембран, имеющих высокую селективность по ПАВ и солям жесткости, 90 % и более, делает их весьма привлекательными для удаления веществ с молекулярной массой более 200 Dalton.

В табл. 2 представлены среднестатистические данные по селективности рулонных фильтрующих НФ-элементов, полученные обобщением показателей большого числа эксплуатируемых различных нанофильтрационных установок [5].

Представленные данные свидетельствуют о получении воды высокого качества для оборотного водоснабжения, как прачечных предприятий, так и производств моющих средств.

В настоящее время специалистами РХТУ им. Д. И. Менделеева ведется разработка и пилотные испытания аналогичных систем водоочистки для объектов ЖКХ, энергетического комплекса и фармацевтической промышленности. При этом по уровню капитальных и эксплуатационных затрат разрабатываемые технологии в области оборотного водоснабжения и очистки сточных вод в 1,5–2,2 раза дешевле современных зарубежных аналогов.

Выводы

1. Представлено описание проекта системы очистки сточных вод и оборотного водоснабжения прачечных предприятий и производств моющих средств различной производительности, выполненного на базе многолетних научных разработок, патентов и изобретений.
2. Показано, что применение установок нанофильтрации дает возможность получения оборотной воды высокого качества и обеспечивает сокращение водопотребления предприятия на 80–85 % при низких эксплуатационных затратах.
3. Использование комбинации флотации с диспергированием воздуха через микропористые материалы и нанофильтрации позволяет предприятиям отказаться от предварительного обезжелезивания и умягчения воды на соответствующих фильтрах, а также перейти с городской на артезианскую воду. При этом повышается рентабельность производства без ухудшения качества промышленной стирки либо производимых моющих средств.
4. Благодаря модульности исполнения возможно наращивать производительность очистных сооружений в случае расширения производственных мощностей предприятия, без замены существующего оборудования.

Литература

1. Ланге К. Р. Поверхностно-активные вещества: синтез, свойства, анализ, применение / Под науч. ред. Л. П. Зайченко. СПб., 2004.
2. Колесников В. А., Капустин Ю. И. и др. Электрофлотационная технология очистки сточных вод промышленных предприятий / Под ред. В. А. Колесникова. М., 2007.
3. Павлов Д. В. Интенсификация и повышение эффективности электрофлотомембранного процесса очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов: автореферат М., 2010.
4. Рябчиков Б. Е. Современные методы подготовки воды для промышленного и бытового использования. М., 2004.
5. Дзюбенко В. Г., Кондрашов А. С. Мембранные технологии в программе «Чистая Вода» // Водоснабжение и канализация. 2010. № 1–2.

• Типы и особенности солнечных батарей для индивидуальной энергетической установки
• Свежий воздух дома без кондиционера? Легко!
• Aereco. Наиболее часто задаваемые вопросы
• Какие бывают мультиварки? Обзор Cuckoo CMC-HE1054
• Часто задаваемые вопросы по системам вентиляции