Недостатки:

• отсутствие селективности - из воды удаляются не только токсичные примеси и микроорганизмы, но и полезные минералы и микроэлементы;
• высокая стоимость, в то же время разница в затратах быстро окупается в ходе эксплуатации установки;
• низкая производительность — в ряде случаев не обойтись без накопительной емкости;
• низкий КПД по фильтруемой воде (в дренаж сбрасывается до 50–75 % очищаемой воды);
• необходимость предварительной подготовки воды (к этому же пункту можно отнести и то, что коллоидные и взвешенные вещества, если они присутствуют в воде, приводят к загрязнению мембран и связанным с этим отрицательным последствиям);
• проблемой может стать низкая стойкость ряда мембран к окислителям, а полимерные мембраны легко подвергаются микробиологическому разрушению.

    1.3. Химическая очистка сточных вод

    Основными методами химической очистки производственных сточных вод являются нейтрализация  и окисление. К окислительным  методам относится также электрохимическая  обработка.

    Химическая  очистка может применяться как  самостоятельный метод перед  подачей производственных сточных  вод в систему оборотного водоснабжения, а также перед спуском их в  водоем или в городскую канализационную  сеть. Применение химической очистки  в ряде случаев целесообразно (в  качестве предварительной) перед биологической  или физико-химической очисткой. Химическая обработка находит применение также  и как метод глубокой очистки  производственных сточных вод с  целью их дезинфекции, обесцвечивания или извлечения из них различных  компонентов. При локальной очистке  производственных сточных вод в  большинстве случаев предпочтение отдается химическим методам.

    1.3.1. Электрохимическое окисление

      Электрохимические методы очистки  основаны на электролизе сточных  вод. Основу электролиза составляют  два процесса: анодное окисление  и катодное восстановление. На  аноде в зависимости от солевого  состава обрабатываемых сточных  вод и условий электролиза  выделяются кислород и галогены, а также окисляются некоторые  присутствующие в сточных водах  органические вещества.

    На  катоде происходит выделение газообразного  водорода и восстановление некоторых  присутствующих в сточных водах  органических веществ.

    В качестве анода используются электролитически нерастворимые материалы (уголь, графит, магнетит, диоксиды свинца, магния, рутения), нанесенные на титановую основу. В качестве катода обычно используются свинец, цинк и легированная сталь. Чтобы предотвратить смешение продуктов электролиза, особенно газов (водорода и кислорода), которые могут образовать взрывоопасные смеси, применяют керамические, полиэтиленовые, асбестовые и стеклянные диафрагмы, разделяющие анодное и, катодное пространство.

    Электрохимическую обработку окислением целесообразно применять при очистке концентрированных органических и неорганических загрязнений и небольших расходах сточных вод. Применение электрохимических методов очистки не требует предварительного разбавления сточных вод, не вызывает увеличения их солевого состава, позволяет утилизировать ценные примеси из сточных вод, упрощает технологическую схему очистки и эксплуатацию сооружений и сокращает площади, занимаемые под очистные сооружения, по сравнению с методами реагентной обработки. Основными недостатками электрохимического метода очистки сточных вод являются значительные энергетические затраты и расход металла, необходимость очистки поверхности электродов и межэлектродного пространства от механических примесей.  

    Рассмотрев  различные способы очистки, выбираем самый выгодный – обратный осмос  с предварительным проходом стоков через фильтр непрерывного действия.

 

    

    Глава 2. Основные свойства рабочих сред

    Процесс обратного осмоса не требует дополнительных реагентов, поэтому рабочей средой является сама очищаемая вода и растворенный в ней сульфат меди.

    Вода (оксид водорода) — химическое вещество в виде прозрачной жидкости, не имеющей цвета (в малом объёме), запаха и вкуса (при нормальных условиях).

    Сульфат меди(II) (CuSO4) — белые кристаллы, хорошо растворимые в воде. Из водных растворов, а также на воздухе хотя бы с незначительным содержанием влаги кристаллизуется голубой пентагидрат CuSO₄·5H₂O — медный купорос.

    Таблица 1 – Основные свойства рабочих сред

 

 

    

    Глава 3. Технологическая часть

    3.1. Общее описание технологической  схемы

    Сточная вода в количестве 12 м³/ч поступает в самопромывной фильтр непрерывного действия. Автоматический фильтр состоит из корпуса со встроенным самоочистительным механизмом и редукторными приводами, фильтрующего элемента и блока управления с микроконтроллером. Автоматическая самоочистка запускается по времени (т.е. когда с момента последней регенерации пройдёт время, установленное на реле времени) или по перепаду давления (т.е. когда с датчиков давления будет подан сигнал о достижении установленной разницы давления на входе и выходе фильтра).

    В режиме промывки открывается промывочный  клапан фильтра и включаются моторы-редукторы, приводящие картридж с сеткой во вращение, в ходе которого поверхность картриджа соприкасается со щётками, установленными на нижней стенке корпуса. Промывочное устройство создаёт лабиринтно-инерционный эффект, за счёт которого вода, попадая в щелевое пространство между промывочным устройством и стенкой корпуса, приобретает дополнительное ускорение и захватывает загрязнения, смытые щётками с сетки. Благодаря достигаемому эффекту удаляется не только осадок, накопившийся на поверхности сетки, но и частицы из её межпроволочного пространства. Поток промывной воды со смытыми загрязнениями отводится через дренажный клапан. Данный эффект очистки фильтра сравним с эффектом, достигаемым лишь при комбинации обратноточной промывки и одновременной механической очистки. При этом очистка воды и промывка сетки происходят одновременно, позволяя фильтру работать без отключения.

    Выбираем  фильтр Ручеек-Б 1-1-0,2С АП со следующими характеристиками:

    Материал  корпуса: нержавеющая сталь

      Материал фильтроэлемента: нержавеющая сталь

    Рейтинг фильтрации: 100 мкм

    Рабочее давление: до 0,6 МПа (6 бар)

    Рабочая температура: до 80°С

    Производительность: до 12 м³/ч

    Подключения: резьба Ду25/40/50

    Габариты: 1010 / 505 / 325

    Фильтроэлемент 84 / 450 мм

    Автомат промывки: 220В, 50Гц, 200Вт

    Вода, очищенная от взвесей в самопромывном фильтре непрерывного действия, подается на насос высокого давления для достижения давления исходной среды расчетного давления для осуществления массообменных процессов, протекающих на полупроницаемых обратноосмотических мембранах. На установки обратного осмоса вода должна поступать с давлением до 2,5 МПа. При невозможности установить «паритет» между давлением и производительностью насоса высокого давления между всасывающим и нагнетающим патрубками насоса устанавливается байпассный вентиль, с помощью которого и осуществляется данная операция (по показаниям ротаметра и манометра исходной воды, поступающей на установку обратного осмоса). Регулировка процесса повышения давления исходной воды производится один раз в процессе пуско-наладочных работ. В процессе эксплуатации ОО-установки осуществляется только контроль указанных параметров исходной воды.

    Установка обратного осмоса предназначена  для очистки воды от ионов растворенных в ней солей, а также органических веществ и взвесей размером менее 5 микрон. Процесс обратноосмотического обессоливания происходит в аппарате рулонного типа. Он представляет собой трубу, в которую вставлены рулонные фильтрующие элементы. Эти элементы изготавливают накручиванием вокруг центральной водоотводящей трубки со щелями полупроницаемых мембран, разделенных дренажными устройствами и турбулизаторами-разделителями. В процессе накручивания материалы, образующие мембранные пакеты, пропитывают клеевой композицией так, что получаются напорные и дренажные полости, отделенные друг от друга.

    Исходная  вода подается на внешнюю поверхность  рулонного фильтрующего элемента (РФЭ), движется по турбулизатору-разделителю по спирали к центру элемента. Здесь собирается очищенная вода и через торец РФЭ выводится концентрированный раствор солей.

    Таким образом, вода при помощи мембран  разделяется на два потока: очищенную  воду (пермеат) и концентрированный раствор солей (концентрат). Пермеат из каждого мембранного элемента собирается в коллекторе пермеата и с остаточным давлением до 0,4 МПа поступает в накопительную емкость и далее к месту слива. На трубопроводе пермеата установлен обратный клапан, препятствующий обратному потоку. Концентрат, выходящий из установки обратного осмоса, имеет достаточно высокое давление и его транспортировка к месту утилизации не требует дополнительных установок.

    Степень обессоливания после корректно подготовленной воды на установке обратного осмоса составляет 95–98% [4].

    3.2. Мембранная технология

    Для процессов обратного осмоса используют плотные  полупроницаемые мембраны, обладающие большим гидродинамическим  сопротивлением, высоким сродством  к растворителю (главным образом  к воде) и низким сродством к  растворенному компоненту. Так же мембраны должны быть ассиметричными: с плотным верхним слоем (толщиной до 1 мкм) и пористой нижележащей  подложкой (толщиной 50-150 мкм). Сопротивление транспорту в таких мембранах определяется, в основном, плотным верхним слоем. Эфиры целлюлозы, в частности, диацетат целлюлозы и триацетат целлюлозы, чрезвычайно подходят для обессоливания, поскольку они высокопроницаемы для воды, в сочетании с весьма низкой проницаемостью для солей. Однако, если характеристические свойства мембран, приготовленных из этих материалов, достаточно хороши, их стабильность по отношению к химическим реагентам, температуре и бактериям очень низка. Во избежание гидролиза полимера такие мембраны, как правило, можно использовать в узком интервале условий: при рН 5-7 и температуре ниже 30 ^оС [5].

    Характеристики  ОО-мембран из ацетилцеллюлозы:

    Давление  нормальное рабочее, МПа: 3,0 – 4,2

      Максимальная температура, °С: 30

    Допустимое  значение pH: 4,5 – 6,5

    Подверженность  гидролизу: очень чувствительна

    Степень воздействия бактерий: очень чувствительна 

    Содержание  свободного хлора максимально допустимое при pH<0,8 и непрерывная доза при pH<8, мг/л: 0,5 – 1

    Степень воздействия других окислителей: средне чувствительна

    Срок  службы, лет: 2 – 3

    Солепроницаемость, %: 5 – 10 

    В асимметричных мембранах, как верхний  слой, так и подложка состоят из одного и того же материала. Такие  мембраны получают по методу инверсии фаз. В связи с этим важно, чтобы  полимерный материал, из которого получают мембрану, был бы растворим в каком-либо растворителе или смеси растворителей. Так как большинство полимеров  растворимы в одном или нескольких растворителях, можно изготавливать  асимметричные мембраны почти из любого материала. Однако это, конечно, не означает, что все такие мембраны окажутся пригодными для обратного  осмоса. В композиционных мембранах  верхний рабочий слой и расположенная  под ним подложка состоят из разных полимерных материалов, что позволяет оптимизировать каждый слой по отдельности. Первой стадией получения композиционной мембраны является приготовление пористой подложки. Важными характеристиками подложки являются ее поверхностная пористость и распределение пор по размерам. В качестве подложки часто используют ультрафильтрационные мембраны.