Применение гибридной бароэлектромембранной технологии для получения деионизированной воды в производстве арамидных нитей

ПРИМЕНЕНИЕ ГИБРИДНОЙ БАРОЭЛЕКТРОМЕМБРАННОЙ ТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ДЕИОНИЗИРОВАННОЙ ВОДЫ В ПРОИЗВОДСТВЕ АРАМИДНЫХ НИТЕЙ

Проблема очистки и утилизации промышленных сточных вод имеет принципиальное значение для обеспечения безопасной среды обитания человека. Речь идет не только об улучшении экологической ситуации в целом, но и о возможности извлечения из сточных вод и возврата в производство дорогостоящих растворов.

В ОАО «Каменскволокно» совместно с Кубанским Государственным университетом ведутся научные исследования и разработки промышленных установок, обеспечивающих возврат в производство очищенных сточных вод и технологических растворов.

ОАО «Каменскволокно» является крупнейшим производителем арамидных волокон и нитей в России. Выпускаемые нити обладают уникальными физико-механическими свойствами, благодаря которым используются в сверхпрочных композиционных материалах, при изготовлении средств баллистической защиты, специальной защитной одежды, в кабельной промышленности и других отраслях промышленности.

Технология получения арамидных нитей требует огромных затрат обессоленной воды для промывки нити от органических примесей.

В ОАО «Каменскволокно» получение обессоленной воды осуществляется по классической ионообменной технологии, недостатки которой связаны с большим потреблением кислот, щелочей и хлорида натрия и вторичным загрязнением окружающей среды. Из-за имеющейся тенденции к увеличению солесодержания воды традиционных водоисточников ионообменная технология становится все менее экономически оправданной и не позволяет обеспечить предприятие обессоленной водой при выполнении существующих требований к охране окружающей среды. После промывки арамидных волокон в деионизованную воду поступает большое количество диметилацетамида (ДМАА) и изобутилового спирта (ИБС), что требует дополнительных затрат на реагентную и биологическую очистку. Кроме того, со сточными водами теряется большое количество дорогостоящих растворителей ДМАА и ИБС.

В настоящее время на предприятии была создана и эксплуатируется опытно-промышленная гибридная бароэлектромембранная установка производительностью 5 м3/ч (ГБМУ-5). Установка предназначена для глубокой очистки сточных вод II промывки нити. К каждому из полученных растворов предъявлены определённые требования к качественному и количественному составу.

Таблица № 1- Требования к рабочим растворам

Примечание: обессоленная вода и регенерированные растворители — это растворы, полученные на ГБМУ.

На рисунке 1 представлена принципиальная баромембранная схема очистки сточных вод. Отработанная II помывка проходит 3 ступени обратного осмоса и одну ступень коцентрирования. Очищенная обессоленная вода возвращается в технологическую цепочку, а концентрат поступает в цех регенерации для дальнейшей переработки.

Рис 1.Баромембранная технологическая схема очистки сточных вод при производстве арамидных волокон.

вода сточный очистка утилизация Во время эксперимента вода и полученная нить подвергались контролю. Два раза в сутки очищенная обессоленная вода отбиралась на общий анализ. Усредненные результаты представлены в таблице № 2.

Таблица № 2 — Усредненные фактические показатели очищенной обессоленной воды

Из таблицы № 2 видно, что вода, очищенная на ГБМУ-5 соответствует предъявленным требованиям и имеет лучшие показатели, чем вода поступающая с участка ВиК.

Отбор проб воды для определения содержания органических веществ осуществлялся один раз в сутки на входах и выходах трактов ретентата и пермеата каждого из модулей. Определение осуществлялось методом газожидкостной хроматографии на хроматографе «Цвет-550». Измерения проводились после достижения стационарного состояния. По полученным данным концентраций примесей производился расчет селективности каждого из потоков.

Для разбавленных водных смесей, состоящих из растворителя (воды) и растворенного вещества, выражается селективность по отношению к растворенному веществу. Растворенное вещество частично или полностью задерживается, в то время как молекулы растворителя (воды) свободно проходят через мембрану. Величина R определяется соотношением:

R=1-,.

где Ср-концентрация растворенного вещества в пермеате;

Сfконцентрация растворенного вещества в сырье.

Результаты исследования селективности модулей в водных растворах ДМАА и ИБС представлены на рисунках 2−3.

Рис.2— Селективность ступеней по ДМАА

Рис.3— Селективность ступеней по ИБС

Особенностью изученной системы является очень слабая зависимость селективности от концентрации органических веществ в ретентате, но наблюдается обратная зависимость селективности обратноосмотического модуля от температуры водного раствора (чем больше температура раствора, тем ниже селективность). Это позволяет при моделировании и оптимизации процесса пренебречь концентрационной поляризацией и считать, что селективность мембраны во всем диапазоне концентрации остается постоянной при условии поддержания температуры раствора 20±20С. Ранее, на модельной установке были проведены исследования селективности первого и второго обратноосмотических модулей в водных растворах ДМАА при 200 С и 320 С.

Рис. 4 Зависимость селективности I и II обратноосмотических модулей от концентрации ретентата, (прямая 1 получена при 20 С, прямая 2 — при 32 С) .

Из рисунка 4 видно, что при одновременном присутствии растворителей наблюдается синергетический эффект: селективность мембран при одновременном присутствии ДМАА и ИБС возрастает и достигает значения 96% при температуре 20 С.

Таблица № 5- средние значения физико-механических показателей термообработанной нити.

Где Т, текс — линейная плотность нити;

ДТ, % - отклонение фактической линейной плотности от номинальной;

Ротн, сН/текс — относительная разрывная нагрузка нити;

Cp, % - коэффициент вариации по разрывной нагрузке.

Из представленной таблицы видно, что опытная нить, прошедшая стадию промывки деионизованной водой, по физико-механическим показателям соответствует СТП ЖЦ 10/04−51 605 609−2009.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведенные опытно-промышленные испытания гибридной бароэлектромембранной установки показали, что она обеспечивает очистку отработанной обессоленной воды производства арамидных волокон до уровня деионизованной воды.

Физико-механические показатели арамидных нитей при их промывке повторно использованной водой не ухудшаются, а наоборот, заметна стабильность результатов по длине нити.

Также с введением в эксплуатацию опытно-промышленной установки ежечасно экономится около 5 м³ обессоленной воды (постоянная подпитка установки составляет 50 дм3/ч, т. к. ежечасно образуется 50 дм³ концентрата, который направляется в цех регенерации).

• 1. М. Мулдер Введение в мембранную технологию. Москва «Мир», 1999, 495 с.
• 2. Стандарт предприятия ОАО «Каменскволокно» «Порядок предъявления продукции ПВВ отделу технического контроля» СТП 9−2006.
• 3. Процессы и аппараты химической технологии: Учебник для вузов. Изд. 2-е. В 2-х кн. Часть 2. Массообменные процессы и аппараты. М.: Химия, 1995.-368с.