Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Аналитический обзор технологий очистки обратноосмотических мембран от загрязнений 10
1.1. Методы очистки обратноосмотических мембран от загрязнений 10
1.2. Анализ общих характеристик ультразвуковых колебаний и источников их генерации 24
1.3. Методы расчета кавитационного порога при ультразвуковой очистке поверхности мембран Выводы по главе 1 37
Глава 2. Результаты разработки экспериментального стенда и исследования технология ультразвуковой очистки обратноосмотических мембран 38
2.1. Описание конструкции стенда для исследования технология ультразвуковой очистки
обратноосмотических мембранных элементов 38
2.2. Исследование влияния степени предварительной очистки фильтрата на расходные характеристики блоков обратноосмотических мембран при очистке фильтрата полигона ТБО 42
2.3. Описание схемы и аппаратуры для исследования ультразвукового воздействия на загрязненную поверхность обратноосмотических мембран 47
2.4. Исследование влияния амплитудно-частотных ультразвуковых воздействий на
загрязнения обратноосмотических мембран при очистке фильтрата полигона ТБО 51
Глава 3 Расчетно-теоретические исследования способов удаления загрязнений на обратноосмотической мембране 56
3.1.Обобщение результатов экспериментальных исследований 56
3.2. Построение математической модели разрушения плоского слоя загрязнений мембраны в потоке жидкости, под влиянием ультразвуковых пульсаций давления[93] 63
Выводы по главе 3 73
Глава 4. Результаты опытно-промышленной апробации технологии финишной ультразвуковой очистки обратноосмотических мембран при обезвреживании зимнего фильтрата полигонов твердых бытовых отходов 74
4.1. Описание технологической схемы промышленной установки обезвреживания фильтрата полигонов твердых бытовых отходов (на примере полигона «Дмитровский» ГУП Экотехпром) 4.2. Методика выбора характеристик ультразвукового генератора для очистки обратноосмотической мембраны 82
4.3. Опытно-промышленное устройство для ультразвуковой очистки обратноосмотической
мембраны 88
Выводы по диссертации 93
Список литературы 94
- Анализ общих характеристик ультразвуковых колебаний и источников их генерации
- Исследование влияния степени предварительной очистки фильтрата на расходные характеристики блоков обратноосмотических мембран при очистке фильтрата полигона ТБО
- Построение математической модели разрушения плоского слоя загрязнений мембраны в потоке жидкости, под влиянием ультразвуковых пульсаций давления[93]
- Методика выбора характеристик ультразвукового генератора для очистки обратноосмотической мембраны
Введение к работе
Актуальность темы
Ни одна из известных на сегодня технологий очистки фильтрата полигонов ТБО, используемых в развитых странах, не может быть применена там, где не организован селективный сбор ТБО: в России, в странах Юго-Восточной Европы, Южной Америки, Азии и др. странах. В России фильтрат полигонов ТБО представляет собой многокомпонентную токсичную жидкость, у которых ХПК и БПК5 превышают 40000. Для увеличения степени очистки фильтрата до экологического норматива, позволяющего его сброс на ландшафт, необходимы дополнительные стадии очистки. В качестве такой финишной стадии наиболее эффективно применение фильтрации с использованием мембран обратного осмоса. Как правило, для продления срока службы обратноосмотических мембран, фильтрат подвергают предварительной многостадийной физико-химической очистке, но и после этого период эффективной работы мембраны не превышает 2-4 месяцев в теплое время года и 1 месяца - зимой. Так как, важным экологическим требованием к технологическому процессу и оборудованию, работающему на полигоне захоронения ТБО, является ресурс безостановочной работы не менее 1 года, то весьма актуальной является задача исследования и разработки эффективных методов очистки обратноосмотических мембран в установках круглогодичной очистки фильтрата полигонов захоронения несортированных ТБО, с целью снижения их негативного влияния н окружающую среду. Также важным аспектом является сокращение использование реагентов при функционировании обратно-осмотических систем и тем самым снижение воздействия на окружающую среду, на всех этапах подготовки реагентов, их транспортировки, хранения, аварий и тд.
Цель работы
Изучить влияние ультразвукового воздействия (УЗВ) на обратноосмотические мембраны в установках очистки фильтрата полигонов ТБО;
Определить параметры УЗВ, при которых эффективность очистки мембраны максимальна;
Разработать технологический процесс, подобрать аппаратуру и создать Установку эффективной очистки фильтрата полигонов ТБО для снижения негативного влияния на окружающую среду.
Научная новизна
1.Экспериментально установлена наиболее эффективная технология ультразвукового воздействия и физико-химических методов предварительной очистки фильтрата полигона захоронения несортированных ТБО. Определены режимы удаления загрязнений рулонных обратноосмотических мембран после длительной непрерывной работы при ультразвуковом воздействии на частоте 12-24 кГц, с амплитудой колебаний от 1,0 до 5,0 мкм,
2. Разработана опытно-промышленная аппаратура и технологический процесс финишной очистки фильтрата полигонов ТБО, снижающий их негативное влияние на окружающую среду.
Практическая значимость
-
Разработана и защищена патентом РФ новая конструкция установки для очистки обратноосмотической мембран ультразвуковым воздействием, позволяющая исключить потребность использования серной кислоты, щелочных моющих средств, других химических добавок.
-
Результаты работы апробированы на опытно-промышленной установке очистки фильтрата полигона твердых бытовых отходов «Дмитровский», в Дмитровском районе Московской области, на полигоне ТБО в Адлерском районе г. Сочи (Краснодарский край), на полигоне ТПБО (твердых промышленных и бытовых отходов «Саларьево» (Московская область, д. Саларьево) на Астраханском полигоне ТБО.
На защиту выносятся:
- Результаты экспериментального исследования воздействия ультразвука на
физико-химические процессы очистки обратноосмотических мембран при обез-4
вреживании фильтрата полигонов несортированных ТБО;
- Новая технологическая схема финишной доочистки фильтрата, включающая блоки обратного осмоса и ультразвуковой очистки мембран;
- Инженерная методика расчета и проектирования технологического процесса
очистки мембран ультразвуковым воздействием, учитывающая начальную кон
центрацию загрязнений и время обработки;
Достоверность полученных результатов: подтверждается применением в исследованиях научно-обоснованных методов экспериментальных исследований, использованием поверенных приборов и результатами внедрения.
Результаты данной работы получены при выполнении государственного контракта № 16.525.11.5003 от 25 мая 2011 г. по теме: «Разработка новой комплексной опытно-промышленной технологии для обеспечения нормативной экологической безопасности высоконагруженного полигона захоронения органосодер-жащих отходов производства и потребления и его санитарно-защитной зоны» в рамках ФЦП Минобрнауки РФ «Разработки и исследования по перспективным направлениям развития технологического комплекса РФ на 2007-2013 годы». По результатам выполнения государственного контракта № 16.525.11.5003 от 25 мая 2011 г. получено положительное заключение заказчика - Минобрнауки РФ. Личный вклад: состоит в проведении экспериментальных исследований, обработке, разработке теоретической модели и проведении расчетов, интерпретации и обобщении полученных результатов, а также в формулировке выводов.
Апробация работы:
Основные положения диссертационной работы докладывались на:
V Международной конференции «Освоение ресурсов нефти и газа российского шельфа: Арктика и Дальний Восток» (ROOGD-2014), 29 октября 2014 г. Московская область, п. Развилка, ООО «Газпром ВНИИГАЗ»;
Всероссийском Форуме «Новейшие технические решения в газовой отрасли: перспективы внедрения», 17-18 апреля 2014 года, Москва;
- Сетевом совещании ОАО «РЖД» «Инновационные решения в области очистки сточных вод, 24-25 сентября , г. Сочи.
Публикации: По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ, в том числе 3 работы - в изданиях, рекомендованных ВАК для защиты кандидатских диссертаций.
Структура и объем диссертации
Анализ общих характеристик ультразвуковых колебаний и источников их генерации
Промывная система включает в себя емкость, в которой готовится промывочный раствор, насос низкого давления для прокачивания промывочного раствора через мембранный аппарат. Патронный фильтр, служащий для очистки промывочного раствора от взвешенных частиц, и трубопроводы с вентилями. Емкость обеспечивается мешалкой для быстрого растворения химических реагентов, системой охлаждения (обычно змеевиком) для охлаждения циркулирующего раствора, если его температура может превысить уровень, допускаемый для обратноосмотической мембраны. Приготовление некоторых растворов сопряжено с выделением ядовитых газов. Тогда емкость обеспечивается выхлопной системой. Промывочный раствор обычно готовится с использованием водопроводной воды или пермеата. В случае водопроводной воды следует обратить внимание, чтобы концентрация свободного хлора в ней не превышала допустимой для обратноосмотической мембраны. Промывка выполняется в следующей последовательности. После остановки аппарата сначала рекомендуется промыть его гидродинамически сильной струей исходной воды, сбрасывая выходящий поток через линию концентрата в канализацию. Затем следует перекрыть вентили на линиях исходной воды, концентрата и пермеата. Эти линии показаны на схеме (рис. 1.1) пунктиром. Далее открываются все вентили на линии циркулирующего раствора, и включается насос низкого давления. С помощью вентиля перед фильтром и вентиля на байпасной линии устанавливается необходимый расход циркулирующего раствора. Как правило, этот расход в 2-4 раза меньше, чем расход разделяемого раствора при нормальной работе мембранного аппарата. Промывной раствор проходит обратноосмотический аппарат и возвращается в емкость. Сюда же направляется и пермеат, который обычно образуется на стадии промывки из-за перепада давления через мембрану, вызванного гидравлическим сопротивлением. Циркуляция проводится от 30 минут до 1 часа, затем аппарат оставляется под заливом промывочным раствором на несколько часов, чтобы воздействовать на некоторые очень медленно растворяющиеся отложения. Затем снова проводится циркуляция, после которой аппарат вновь оставляется под заливом. Иногда, в тяжелых случаях, подобные процедуры приходится повторять и в третий, и в четвертый раз, хотя бывает и так, что аппарат вообще не требуется оставлять под заливом.[11].
Промывку заканчивают, когда концентрация промывочного раствора перестает изменяться. Одновременно должны стать постоянными показания дифманометра, фиксирующего гидравлическое сопротивление мембранного аппарата. После этого закрывают вентили на линии промывки и открывают вентили на линиях подачи исходной воды, концентрата и пермеата, включают основной насос (на схеме не показан) и промывают аппарат сильным потоком питающей воды при низком давлении, т.е. гидродинамически. При этом выходящие из линии концентрата и пермеата растворы сливают в канализацию или линию сточных вод предприятия. Затем с помощью вентиля на линии концентрата создают нормальное рабочее давление, и когда концентрации пермеата и концентрата становятся стабильными, переводят установку в нормальный режим эксплуатации, направляя пермеат и концентрат по назначению. Если промывка была выполнена качественно, удельная производительность и селективность восстанавливаются практически до первоначальной величины [12, 13].
Первый период работы мембраны сопровождается довольно значительным снижением удельной производительности, связанным не только с загрязнением мембран, но и их уплотнением [14]. При этом часто наблюдается небольшое увеличение селективности [15]. Затем, после промывки, удельная производительность поднимается до некоторого уровня и после последующих промывок восстанавливается почти до этого же уровня. Селективность по мере загрязнения мембран несколько снижается и после промывки восстанавливается, если не происходит химической деградации мембран под действием промывочного раствора. Если же химическая деградация имеет место, то после каждой промывки селективность необратимо снижается на некоторую величину. К сожалению, далеко не всегда удается подобрать промывочный раствор, который бы растворял все загрязнения и одновременно был бы полностью нейтрален по отношению к мембране. Если промывочный раствор не обладает комплексным действием, т.е. не воздействует одновременно на все отложения на мембране, то приходится последовательно промывать мембрану несколькими растворами разного состава. Очевидно, что для выбора промывочного раствора необходимо знать химический состав осадков на мембране. Наиболее правильный подход – это непосредственный анализ осадков, снятых с мембраны. Если такой возможности нет, то о природе загрязнений судят косвенно по содержанию компонентов, способных загрязнять мембрану, в растворе, подаваемом в аппарат обратного осмоса. В нашем случае этот раствор – пермеат предварительной очистки фильтрата, из которого на различных стадиях очистки частично выпадают в осадки продукты химических реакций [16]. Другая часть продуктов тех же реакций проходит на стадию финишной обратноосмотической очистки. Карбонаты кальция, магния эффективно растворяются кислотой, органические загрязнения, соединения железа, коллоиды смывают щелочными растворами.
Исследование влияния степени предварительной очистки фильтрата на расходные характеристики блоков обратноосмотических мембран при очистке фильтрата полигона ТБО
На конце волновода, который через герметичный ввод вставлен в корпус картриджа с помощью жесткого разъемного соединения, закреплен пьезокерамический излучатель типа так, чтобы (см. рис. 2.8), исключить контакт с кавитирующей средой, заставляя тем самым ее резонировать и образовывать в среде цилиндрическую волну. Предложенная форма аппарата представляет собой фокусирующую систему, что позволяет усиливать действие ультразвука при неизменной подаваемой мощности.
Регулировка УЗ-воздействия производилась в диапазоне АЧХ штатными органами управления УЗГ в диапазоне частот от 10кГц до 23кГц и в диапазоне мощностей от 50 Вт до 180 Вт. В соответствие с паспортными данными УЗГ точность поддержания параметров по АЧХ составляет 2%, а по мощности излучателя 5%.
В соответствие с теорией нелинейных колебаний [87,88], наложенные колебания с длиной волны соответствующей характерному размеру тела, к которому они приложены, вызывают колебательные процессы на его поверхности в слое соответствующем по толщине амплитуде колебаний. В результате в мембранном картридже происходят два конкурирующих процесса: первый -акустическая коагуляция загрязнений в потоке фильтрата, приводящая к увеличению толщины концентрационного поляризационного слоя у поверхности мембраны в процессе очистки стока, препятствующиего фильтрации. Второй -разрушение слоя загрязнения у поверхности обратноосмотической мембраны. Превалирующее влияние того, или иного процесса определяется физико-химическими свойствами жидкой среды, её импедансом, а также амплитудно-частотными характеристиками источника колебаний.
Физически эффект воздействия УЗ-колебаний на загрязнение мембран был выяснен при модельных исследованиях плоских фрагментов предварительно загрязненных мембран площадью 1 дм2 , после 10-и часовой работы в картридже, в проточной ультразвуковой ванне со встроенными в торцевые стенки пьезокерамическими излучателями, заполненной пермеатом. Ультразвуковая ванна монтировалась в стенд (рис.2.1) вместо одного из рулонных мембранных блоков. На УЗ-обработку в ультразвуковую ванну сверху подавался зимний фильтрат полигона «Дмитровский» после предварительной физико-химической очистки (пермеат) по схеме на рис.2.3., а снизу отводился сток. Общее солесодержание пермеата, как в этой, так и последующих сериях экспериментов, подбиралось изменением режимов физико-химической предварительной очистки фильтрата от 2,0; 5,0; 7,0, 10,0 г/литр. Погрешность значений солесодержания не превышала ±5%. Как показали модельные эксперименты, при наложении ультразвуковых колебаний с частотой f=23 кГц и амплитудой =5мкм, осадок на поверхности фрагментов разрушался, образуя, хорошо заметный визуально, псевдоожиженный слой, который удалялся потоком. Эффективность УЗ-обработки обратноосмотических мембран в модельных экспериментах была подтверждена полностью.
Для исследования влияния ультразвуковой обработки (УЗО) на расходные характеристики картриджей, на стенде (рис. 2.1) были проведены эксперименты по разрушению загрязнений мембран после 10 часов непрерывной работы. Как показано на рис. 2.4., в отсутствие УЗ-колебаний, расход через картридж для пермеата с солесодержанием более 10,0 г/литр равен нулю уже после 12,5 часов непрерывной работы. Однако УЗО позволяет увеличить этот срок до 14 часов при той же амплитуде. Но после этого процессы коагуляции и последующей седиментации, по-видимому, превалируют над процессами диспергирования загрязнений и расход через картридж в условиях эксперимента прекращается.
Иная картина наблюдается при очистке пермеата с общим солесодержанием 2 г/л и 5 г/л. При УЗО снижение расхода со временем здесь существенно замедляется, что свидетельствует о том, что скорость разрушения загрязнений стала сопоставима со скоростью их осаждения. Полученные данные позволяют сделать вывод о целесообразность непрерывного УЗ-воздействия на картридж с целью увеличения срока его эксплуатации. Физически понятно влияние амплитуды УЗО, т.к. с ее увеличением скорость разрушения увеличивается из-за увеличения энергии колебаний. Однако, необходимы дальнейшие исследования по определению прочностных характеристик мембран в исследуемо диапазоне АЧХ.
Построение математической модели разрушения плоского слоя загрязнений мембраны в потоке жидкости, под влиянием ультразвуковых пульсаций давления[93]
Осветленный в тонкослойном отстойнике фильтрат собирается в емкости Е3 откуда насосами Н5-6 подается в гидроцикло-дегазатор Ц2, в котором за счет резкого сброса давления и центробежного движения потока происходит частичное выделение аммиака из потока фильтрата. Регулирование величины потока и насосов осуществляется шаровыми кранами КШ61-65, регулирование потока фильтрата через гидроциклон-дегазатор осуществляется шаровыми кранами КШ59-60. После частичной дегазации фильтрата в гидроциклоне его поток попадает в форсунку градирни Г, где происходит окончательная дегазация фильтрата от аммиака за счет распыла фильтрата и его продувкой потоком воздуха, подаваемого в градирню вентилятором В1. Аммиак с потоком воздуха сбрасывается в атмосферу, а дегазированный фильтрат собирается в емкости Е4. Контроль параметров поступающего в градирню фильтрата и дегазированного фильтрата (расход, концентрация аммиака) осуществляется с помощью приборов КИП и А. Из емкости Е4 дегазированный фильтрат насосами Н7-8 подается в кислотные нейтрализаторы НК1-НК2, одновременно на вход кислотных нейтрализоторов насосами –дозаторами НД5-6 подается кислый травильный раствор из емкостей Е14, Е6 и Е7. Травильный раствор из основной емкости хранения раствора Е14 в промежуточные емкости Е6 и Е7 подается дренажным насосом ДН7. Контроль параметров травильного раствора (расход и рН) осуществляется приборами КИП и А. Нейтрализованный фильтрат с рН=6,5-7 из кислотных нейтрализаторов направляется в емкость Е5, а из неё – насосами Н9-10 в песчаные фильтры ФП1-ФП2, где происходит окончательная очистка фильтрата от взвешенных частиц. В песчаных фильтрах имеется засыпка из кварцевого песка с размером частиц 1-3 мм. Фильтры работают периодически, включение фильтров в работу производится с помощью шаровых кранов КШ111-118. После прохождения песчаных фильтров фильтрат направляется в электрофлотокоакулятор ЭФК, где происходит выделение растворенных загрязняющих веществ из потока фильтрата, частичное удаление тяжелых металлов. Пена из ЭФК собирается в емкость Е17 откуда отстоявшаяся суспензия дренажным насосом ДН3 перекачивается в емкость Е16, куда самотеком из ЭФК стекает суспензия шлама. Регулирование пенного и шламовых потоков осуществляется шаровыми кранами КШ72-76. Шлам из емкости Е16 шламовым насосом НШ6 перекачивается в первичные отстойники ОП1 и ОП2. Декантат из ЭФК самотеком направляется в емкость Е15, где смешивается с очищенным фильтратом. Осветленный коагулированный фильтрат с декантатом собираются в емкости Е15, откуда дренажным насосом ДН4 насосами Н15-16 подаются в первичные отстойники ОП3 и ОП4. При обработке фильтрата в электрофлотокоагуляторе в электродных блоках выделяется водород, поэтому с целью исключения возникновения взрывоопасной концентрации над электродными блоками расположены зонты локальной вентиляционной системы, обеспечивающей непрерывный отвод водорода от ЭФК и сброс его в атмосферу. В первичных отстойниках коагулированный фильтрат обрабатывается 30% раствором перекиси водорода с целью разрушения органических растворенных веществ в фильтрате. Регулирование расхода и переключение потоков фильтрата осуществляется регулирующими задвижками ЗР23-24. Подача 30-ти процентной перекиси водорода в отстойники ОП3 и ОП4 из емкостей Е9 и Е10 осуществляется насосами-дозаторами НД3-4. Регулирование и переключение направлений потоков раствора перекиси водорода осуществляется регулирующими заслонками ЗР25-26. Процесс разложения идет около 1,5-2 часов, поэтому раствор фильтрата с раствором перекиси водорода активно перемешивается дренажными насосами ДН5-6. После разложение органических веществ в фильтрате, его дренажными насосами ДН5-6 подают в промежуточную емкость Е11. Из емкости Е11 фильтрат насосами Н11-12 подается в сорбционные фильтры ФС1-ФС2, где происходит улавливание тяжелых металлов из потока фильтрата. Переключение насосов и регулирование расхода осуществляется шаровыми кранами КШ87-91. В качестве сорбирующего вещества используется сорбционный материал активированный уголь с размерами частиц 50-80 мкм. После очистки фильтрата в сорбционных фильтрах условно чистый фильтрат собирается в промежуточные емкости Е12 и Е13 откуда насосами Н13-14 перекачивается либо в пруд-накопитель, если система функционирует в теплое время года. Если система функционирует в холодное время года, то часть потока направляется в разработанную автором установку финишной обратноосмотической очистки, после этого смешивается с основным потоком и только затем поступает в пруд накопитель.
Такая последовательность стадий очистки была принята по результатам, как лабораторных исследований, так и по результатам опытно-промышленных испытаний разработанной технологии. Как показали результаты лабораторных исследований, зимний фильтрат, образующийся при отрицательных температурах атмосферного воздуха, в отличие от фильтрата, образующегося на полигоне несортированных отходов в теплое время года, характеризуется низкими значениями ионной силы. В работе [101] показано, что в разбавленных растворах (т 0,01) коэффициент активности электролита является функцией ионной силы. При этом, зависимости активности растворов от концентрации ионов проходят через минимум. Сказанное относится и к фильтрату, как к многокомпонентному раствору, концентрация которого повышается в зимнее время года из-за снижения потоков осадков в тело полигона. Отсюда следует, что эффективность электрофлотокоагуляци, и последующей сорбционной фильтрации, при очистке зимнего фильтрата снижается и для достижения нормативных показателей очистки до стоков культурно-бытового назначения необходима стадия обратноосмотической мембранной фильтрации.
Проведенные при проектировании опытно-промышленной технологии технико-экономические расчеты показали, что выбранная для достижения норматива схема с разделением потоков здесь наиболее экономична. Разница в затратах на очистку 1 кубометра по схеме очисткой всего потока фильтрата после электрофлотокоагулятора фильтрата в обратноосмотическом блоке и по схеме с разделением потоков превышает порядок.
Регулирование расхода обоих потоков в соотношении от 15 до 17 в смеситель перед сбросом в пруд-накопитель, осуществляется регулирующими задвижками ЗР27-30 и шаровыми кранами КШ92-96, контроль параметров (расход, рН, концентрация, температура) – приборами КИП и А.
С целью исключения неконтролируемого зарастания технологического оборудования и технологических трубопроводов установки очистки фильтрата система периодически промывается раствором моноэтаноламина, который прокачивается через систему насосами Н15-16. Раствор проходит сорбционные и песчаные фильтры, тонкослойный отстойник, барабанные вакуум-фильтры и подавляет рост микрофлоры и удаляет ее из системы очистки. Технологическая схема установки очистки фильтрата полигона приведена в приложении №1.
Методика выбора характеристик ультразвукового генератора для очистки обратноосмотической мембраны
Результаты проведенных экспериментальных исследований были использованы при разработке опытно-промышленного устройства для ультразвуковой очистки картриджа с рулонной обратноосмотической мембраной. При разработке устройства был проанализирован ряд патентов на изобретения аналогичного назначения.
Так, например, известно изобретение по патенту РФ №2088537 «Способ рекуперационной обратноосмотической очистки сточных вод» [109]. Способ состоит в том, что сточную воду, со стадии промывки гальванопроизводств, подвергают механической фильтрации, затем подвергают обратноосмотическому разделению с получением фильтрата и концентрата и последующим возвращением фильтрата на стадию промывки и направлением концентрата на стадию извлечения металлов электрохимическим методом. Недостатком способа является снижение производительности установки за счет постоянного рекуперационного потока.
Известно изобретение [28]. В изобретении обеспечивается увеличение эффективности очистки фильтрующего элемента путем исключения постепенного, сколько-нибудь заметного, его забивания, с помощью постоянной или периодической очистки последнего без нарушения режима основной очистки данным элементом какой-либо среды (газа или жидкости). Способ автоматической очистки фильтрующего элемента заключается в прочистке фильтрующего элемента, по меньшей мере, средой повышенного давления. В качестве прочищающей среды используют как минимум одну сконцентрированную среду, имеющую большее давление и/или скорость, чем у среды, прочищаемой фильтрующим элементом. При этом применяют отдельно или совместно с очищающей средой как минимум одну другую среду, отличную по составу и/или по состоянию от первой. Способ реализуется устройством, которое содержит, по меньшей мере один трубопровод подвода очищающей среды, по меньшей мере одну опору для закрепления фильтрующего элемента. Применительно к аппаратам для инженерной защиты окружающей среды, использующим фильтрующие обратноосмотические мембраны для очистки стоков, недостатком способа является необходимость в применении столь высокого перепада давления на мембране для ее очистки, что существует реальная опасности повреждения полимерного материала мембраны. Объясняется это весьма малыми размерами ячеек мембран для обратного осмоса и их низкой механической прочностью.
Созданное при участии автора устройство[110] позволяет устранить указанные недостатки. Указанная цель в устройстве, использующем фильтрующие обратноосмотические мембраны для очистки стоков, и включающем в себя: приемный резервуар для очищаемого стока, резервуар очищенного стока, трубопроводы, герметичный корпус, содержащий мембранный блок, основной нагнетающий насос, штуцера для ввода очищаемого стока и вывода очищенного стока из корпуса, достигается путем: - установки на трубопроводе, соединяющем приемный резервуар, основной нагнетающий насос и штуцер для ввода очищаемого стока, входного трехпозиционного быстродействующего клапана, соединенного дополнительным трубопроводом с отстойником; - установки на штуцере для вывода очищенного стока трубопровода с выходным трехпозиционным быстродействующим клапаном, дополнительным нагнетающим насосом и дополнительным трубопроводом, соединенным с резервуаром очищенного стока. При этом мембранный блок соединен с волноводом ультразвукового генератора, который создает колебания на мембране с частотой от 3,0 до 22,0 кГц; - установки блок управления трехпозиционными быстродействующими клапанами, дополнительным нагнетающим насосом и ультразвуковым генератором, таким образом, что при включении дополнительного нагнетающего насоса, входной трехпозиционный быстродействующий клапан перекрывает трубопровод ввода очищаемого стока из приемного резервуара, открывает дополнительный трубопровод, соединенный с отстойником, выходной трехпозиционный быстродействующий клапан открывает дополнительный трубопровод, соединенный через дополнительный нагнетающий насос с резервуаром очищенного стока и включает ультразвуковой генератор. При этом блок управления срабатывает по сигналу от датчика давления из-за изменений перепада давлений на устройстве 10% от номинального значения. Предлагаемое устройство работает следующим образом (см. схему на рис.1). Очищаемый сток 1, например, фильтрат полигона захоронения твердых бытовых отходов, из приемного резервуара 2 по трубопроводу 3 с помощью основного нагнетающего насоса 4 подают во входной трехпозиционный быстродействующий клапан 5, который при перепаде давления на мембранном блоке 6 меньшем 110% номинального значения, соединен со штуцером 7 для ввода очищаемого стока 1 в мембранный блок 6, а при перепаде давления на мембранном блоке большем 110% номинального значения по сигналу от блока управления 15 перекрывает ввод очищаемого стока 1 в мембранный блок 6 и соединен дополнительным трубопроводом 8 с резервуаром очищенного стока 9. Штуцер 10 для вывода очищенного стока при перепаде давления на мембранном блоке 6 меньшем 110% номинального значения, соединен с резервуаром очищенного стока 9, а при перепаде давления на мембранном блоке большем 110% номинального выходной трехпозиционный быстродействующий клапан 12 перекрывает вывод очищенного стока 9 из мембранного блока 6 через и трубопровод 13 соединяется с дополнительным нагнетающим насосом 14, подающим очищенный сток 9, через штуцер 10, в мембранный блок 6. Т.е. происходит периодическая промывка мембранного блока 6 реверсивным потоком очищенного стока 9 со сбросом продуктов промывки в отстойник 11. С целью снижения давления, создаваемого дополнительным нагнетающим насосом 14 для промывки мембранного блока 6 и во избежание повреждения мембранного блока 6, на мембранном блоке 6 соединенным с ультразвуковым генератором 16, создают колебания с частотой от 3,0 до 22,0 кГц. В соответствие с теорией нелинейных колебаний [1,2], наложенные колебания с длиной волны соответствующей характерному размеру тела, к которому они приложены, вызывают колебательные процессы на его поверхности в слое соответствующем по толщине амплитуде колебаний Как показали наши эксперименты по очистке фильтрата полигона твердых бытовых отходов, толщина слоя осадка, при котором прекращается фильтрация, составляет 22-26 мкм. Зависимость толщины слоя от времени работы мембранного блока носит линейный характер. При этом уменьшение расхода фильтрата через мембранный блок составляло 20%-25% от номинального значения. Наложение ультразвуковых колебаний в течение 30-50 секунд один раз за 10 суток работы позволило поддерживать постоянство расхода очищаемого стока с точностью 1,5%.