СПОСОБ ОЧИСТКИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ВОДЫ
METHOD OF TREATING PROCESS WATER

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к способу очистки побочного продукта-воды с получением воды, используемой для различных целей, которая получается в результате очистки побочного продукта-воды, получаемой в процессе синтеза жидких углеводородов из газообразного оксида углерода и газообразного водорода по реакции Фишера-Тропша и т.д.
Предпосылки создания изобретения
Реакция Фишера-Тропша (синтез) известна как способ синтезирования жидкой углеводородной смеси из синтез-газа, содержащего оксид углерода и водород, на основе каталитической реакции, и он также обозначается сокращением ФТ (“FT”)-способ.
2
Согласно ФТ-способу, например, такой твердый материал, как уголь, древесное топливо, биомасса и углеродсодержащие отходы, или газообразный материал, такой как природный газ, частично сжигают или обрабатывают паром с получением синтез-газа (СО, Н), который преобразуется в жидкий углеводород с использованием железного или кобальтового катализаторов по реакции ФТ.
Обычно по причине дешевого нефтяного топлива, которое производится в огромном количестве, использование ФТ-способа не является широко общераспространенным. Однако жидкое топливо, получаемое ФТ-способом, например дизельное топливо или топливо для ракетных двигателей, имеет низкое содержание серы и имеет незначительное воздействие на окружающую среду, таким образом, значение указанного способа сейчас переоценивается. Кроме того, для использования природного газа из богатого месторождения в качестве альтернативы нефтяному топливу необходимо превращать природный газ в сжиженный углеводород на основе ФТ-способа. Кроме того, при использовании сжиженного углеводорода, получаемого из природного газа, в качестве исходных материалов, может быть также получен продукт, который эквивалентен продуктам, получаемым из нефтяного топлива. Таким образом превращение в сжиженный углеводород может расширить использование природного газа, запасы которого в природе значительны.
Кроме того, при сжижении природного газа по ФТ-способу он может храниться и транспортироваться в виде жидкости при комнатной температуре, исключая необходимость получать природный газ в жидком состоянии путем охлаждения до чрезвычайно низкой температуры, с использованием традиционного способа.
Газ метан, который входит в гидрат метана и привлекает в настоящее время большое внимание, также может сжижаться на основе ФТ-способа.
Между тем, хотя потребность в воде является выше, чем когда-либо, благодаря увеличению роста мировой популяции, индустриализации третьего мира, увеличенному производству биоэтанола и т.п., источники воды являются географически локализованными из-за глобального потепления. Как результат, дефицит воды становится более серьезной проблемой. Для решения данной проблемы теперь требуется технологическая разработка, качественно улучшающая очищенную воду, получаемую из дренажной воды, и улучшающая коэффициент ее извлечения и т.д.
Химическая реакция на основе ФТ-способа может быть описана следующим образом:
2
n
2n+2
2
(2n+1)H+nCO → CH+nHO
Таким образом, согласно ФТ-способу вода получается как побочный продукт-вода вместе с углеводородами из газообразного водорода и газообразного оксида углерода (т.е. побочный продукт-вода Фишера-Тропша). По количеству ее получается больше, чем сжиженных углеводородов.
Смесь, содержащая указанный побочный продукт-воду Фишера-Тропша и углеводороды, сепарируется на газ (газообразные углеводороды), нефть (жидкие углеводороды) и побочный продукт-воду при использовании трехфазного сепаратора или установки коалесценции и т.д. Сепарированные таким образом сжиженные углеводороды используются в качестве альтернативы для нефтяного топлива.
В оставшемся побочном продукте-воде присутствуют неудаленные углеводороды в плавающем состоянии, углеводороды, растворенные в воде, и металлы, от катализатора, и т.д. как примеси.
Определение терминов
В техническом описании настоящего изобретения углеводороды, которые являются включенными в неочищенный побочный продукт-воду, как описано выше, определяются в соответствие с четырьмя отдельными категориями. На основе таких категорий более подробное описание дается далее.
Термин «углеводородсодержащее органическое вещество» указывает каждое органическое вещество, которое включено в неочищенный побочный продукт-воду.
Термин «углеводород» обозначает органическое вещество, которое остается в плавающем состоянии (т.е. нефть), когда не полностью удалено сепаратором, т.е. смесь, содержащая алифатические/ароматические/алициклические углеводороды и малорастворимые в воде и кислородсодержащие углеводороды. Его примеры включают в себя гексан, бензол, фенол, бензальдегид и т.п.
Термин «(некислотный кислород) содержащий углеводород» обозначает углеводород, который является водорастворимым и содержит кислород, который является некислотным. Его примеры включают в себя метанол, этанол, ацетон, формальдегид и т.п.
Термин «(кислотный кислород) содержащий углеводород» означает карбоновые кислоты, которые являются водорастворимыми и кислотными. Его примеры включают в себя муравьиную кислоту, уксусную кислоту, пропионовую кислоту и т.п.
Между тем, имеются два варианта реакции Фишера-Тропша, т.е. реакция выполняется при низкой температуре или при высокой температуре. Для низкотемпературной реакции может быть использован кобальтовый или железный катализаторы. Для высокотемпературной реакции используется железный катализатор. Благодаря указанным конкретным вариантам реакции Фишера-Тропша, включающим использование различных способов, компоненты в побочном продукте-воде отличаются друг от друга.
Побочный продукт-вода, описанный выше, загрязняет окружающую среду при его сбрасывании, и, принимая во внимание, что эффективное использование побочного продукта-воды не требуется, вода очищается и затем утилизируется как сбросовая вода или повторно используется в промышленности и т.д.
В качестве водоочистки (т.е. очистки) побочного продукта-воды, например, было предложено несколько способов, включая способ многостадийной дистилляции, микрофильтрации, ультрафильтрации, мембранной сепарации на основе обратноосмотической мембраны и т.д. См., например, патентный документ 1 и патентный документ 2.
Согласно указанным способам дистилляция выполняется как первичная очистка многостадийной очистки. Как результат могут быть удалены не только «углеводороды», но также большая часть «(некислотный кислород) содержащих углеводородов».
Кроме того, чрезвычайно малое количество вышеописанных двух органических веществ и «(кислотный кислород) содержащие углеводороды» удаляются мембранной сепарацией.
Кроме того, существует способ, по которому при использовании синтез-газа, содержащего оксид углерода и водород, как описано выше, синтезируют простой диметиловый эфир (ДМЭ) и используют его в качестве дизельного топлива и т.д.
Побочный продукт-вода также образуется в результате способа синтеза ДМЭ, использующего синтез-газ, и он должен быть очищен таким же образом, как описанный выше побочный продукт-вода.
Патентный документ 1: Японская опубликованная РСТ-заявка № 2006-514579
Патентный документ 2: Японская опубликованная РСТ-заявка № 2006-534469
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Между тем, когда водоочистка выполняется на основе сепарации микрофильтрационной мембраной, сепарации ультрафильтрационной мембраной, сепарации полупроницаемой мембраной и т.п., она наиболее часто выполняется в варианте с поперечным потоком. Таким образом, получаются вода-пермеат, которая проникает через мембрану и не содержит примеси, и концентрированная вода, которая не проникает через мембрану и содержит количество примесей в высокой концентрации.
В данном случае, когда коэффициент извлечения составляет, например, 70% для мембранной сепарации, т.е. для случая, в котором очищенная вода, полученная после дистилляции, сепарируется одно- или мультистадийной очисткой мембранной сепарацией, когда конечная вода-пермеат составляет 70%, образуется 30% концентрированной воды.
Обычно такие 30% концентрированной воды не могут быть использованы в качестве промышленной воды и т.д., как есть. Даже когда она отводится, она не является полностью очищенной. Следовательно, требуется отдельная водоочистка указанной концентрированной воды.
Настоящее изобретение, которое разработано ввиду вышеуказанных обстоятельств, предусматривает способ очистки, который может быть использован для эффективной очистки концентрированной воды, при использовании мембранной сепарации.
Для достижения вышеописанной цели изобретения способ очистки побочного продукта-воды, как описано в п.1 формулы изобретения, относится к способу очистки побочного продукта-воды, который образуется в процессе синтеза ожиженной углеводородной смеси из газообразного оксида углерода и газообразного водорода, отличающемуся тем, что он включает следующие стадии:
выполнение дистилляционной очистки побочного продукта-воды с получением первично очищенной воды,
сепарирование первично очищенной воды на очищенную воду и концентрированную воду при использовании полупроницаемой мембраны,
при наличии концентрированной воды в качестве вторично очищенной воды выполнение биоочистки, по меньшей мере, части вторично очищенной воды, а также получение очищенной воды в результате сепарации твердое вещество-жидкость биоочистки в качестве воды третьей очистки, и
транспортирование, по меньшей мере, части воды третьей очистки к первично очищенной воде для выполнения снова сепарации полупроницаемой мембраной.
Согласно изобретению, описанному в п.1 формулы изобретения, после удаления большей части «углеводородсодержащего органического вещества», содержащегося в побочном продукте-воде, дистилляцией выполняется очистка сепарацией с использованием полупроницаемой мембраны с получением пермеата-воды (т.е. очищенной воды), которая может быть использована в качестве промышленной воды, оросительной воды, питьевой воды и т.п.
Кроме того, после биоочистки концентрированной воды, которая образуется от очистки сепарацией с использованием полупроницаемой мембраны после дистилляции, может быть снижена концентрация «углеводородсодержащего органического вещества». Между тем, в соответствии с биоочисткой бактериальные клетки всегда присутствуют в любых условиях, и в очищенной воде количество взвеси является высоким. Как описано выше, мембранная сепарация, такая как микрофильтрация или ультрафильтрация, может быть использована для сепарации твердое вещество-жидкость с удалением большей части взвеси.
Таким образом, для того, чтобы иметь воду третьей очистки, получаемую из концентрированной воды, необходимо снова проводить сепарацию с использованием полупроницаемой мембраны. Согласно настоящему изобретению концентрированная вода (т.е. рассол), которая образуется в процессе очистки сепарацией с использованием полупроницаемой мембраны, подвергается обработке в мембранном биореакторе (МБР), и, по меньшей мере, часть ее снова подвергается очистке сепарацией с использованием полупроницаемой мембраной (т.е. способ транспортирования). В результате улучшается качество очищенной воды, которая высвобождается из всей системы. Кроме того, при наличии указанного способа транспортирования мелкая взвесь или растворенные соли могут быть удалены. Между тем, только 20% или около этого «(некислотный кислород) содержащего углеводорода», такого как метанол и т.п., удаляется очисткой сепарацией с использованием полупроницаемой мембраны, и поэтому «(некислотный кислород) содержащий углеводород», который не может быть полностью удален дистилляцией, трудно очищается сепарацией с использованием полупроницаемой мембраны и даже проникает через мембрану. Однако согласно технологии настоящего изобретения вода, очищенная в мембранном биореакторе (МБР), который может очистить почти 100% метанола, транспортируется для сливания. Как результат, благодаря эффекту разбавления может быть снижена концентрация метанола в воде, очищенной с использованием полупроницаемой мембраны. Кроме того, т.к. органические вещества, которые обычно трудно разрушаются биоочисткой, повторно подвергаются биоочистке, и микроорганизмы, способные разрушать такое органическое вещество, могут «цвести», разрушение медленно промотируется. Кроме того, первично очищенная вода находится при высокой температуре и содержит много «(кислотный кислород) содержащих углеводородов», как описано выше, таким образом, ее рН является низким. Для эффективного выполнения сепарации с использованием полупроницаемой мембраны в качестве вторичной очистки температура должна быть снижена примерно до комнатной температуры и рН должен быть увеличен. Между тем, такая вода третьей очистки представляет собой воду, полученную после биоочистки, она обычно находится при комнатной температуре и имеет примерно нейтральный рН. В силу таких причин при транспортировании воды третьей очистки к первично очищенной воде может быть сэкономлена энергия или добавление щелочи, которое требуется для снижения температуры или нейтрализации рН.
Согласно реакции Фишера-Тропша неорганические компоненты, производные носителя катализатора, могут содержаться в дренажной воде, и иногда неорганические компоненты включают примеси накипи. В случае сепарации полупроницаемой мембраной в качестве вторичной очистки первично очищенная вода в качестве подаваемой воды постепенно концентрируется. Таким образом, когда концентрирование выполняется до уровня, который является выше приемлемой концентрации растворения компонента накипи, последний не будет растворяться и дополнительная мембранная сепарация может стать затруднительной. Другими словами, концентрация компонента накипи является ограничивающим фактором для коэффициента извлечения пермеата-воды (очищенной воды) по сравнению с подаваемой водой (первично очищенная вода) в очистке сепарацией полупроницаемой мембраной. Между тем, когда вода третьей очистки является водой, полученной после биоочистки, компонент накипи адсорбируется в отстое в процессе биоочистки. Таким образом, концентрация компонента накипи является ниже в очищенной воде (т.е. воде третьей очистки) по сравнению с подаваемой водой для биоочистки (т.е. вторично очищенной водой). Таким образом, при транспортировании воды третьей очистки к первично очищенной воде может быть снижена концентрация компонента накипи, а также может быть улучшен коэффициент извлечения сепарацией с использованием полупроницаемой мембраны (т.е. вторичной очистки).
В силу таких причин согласно настоящему изобретению вода третьей очистки, которая сепарируется на основе сепарации твердое вещество-жидкость в процессе биоочистки, транспортируется к первично очищенной воде, смешивается вместе и подвергается снова сепарации с использованием полупроницаемой мембраны.
Как результат, большая часть воды третьей очистки используется пермеат-водой, а часть становится снова концентрированной водой. Однако такая концентрированная вода подвергается повторной биоочистке, как описано выше, таким образом, концентрированная вода, которая образуется в процессе мембранной сепарации, может быть эффективно очищена.
Кроме того, в случае очистки сепарацией с использованием полупроницаемой мембраной растворенные соли или небольшие органические вещества, имеющие низкую молекулярную массу, могут быть удалены, так что сепарированная очищенная вода может также использоваться как питьевая вода.
В данном случае, хотя вода третьей очистки транспортируется для смешения с первично очищенной водой и подвергается очистке сепарацией с использованием полупроницаемой мембраны, как описано выше, часть ее также подвергается очистке сепарацией с использованием другой полупроницаемой мембраны с использованием отдельного оборудования, в отличие от оборудования, используемого для описанной выше сепарации с использованием полупроницаемой мембраны.
Как результат не только описанная выше концентрированная вода может быть очищена до уровня, который требуется для промышленной воды, оросительной воды, питьевой воды и т.п., но также может быть снижена нагрузка на полупроницаемую мембрану в процессе очистки сепарацией с использованием полупроницаемой мембраны, которая выполняется как вторичная очистка. Кроме того, при соответствующем выборе полупроницаемой мембраны, подходящей для различных требований к качеству воды, могут быть снижены производственные затраты и может быть сэкономлена энергия.
Хотя необходимо очищать концентрированную воду, которая образуется при указанной очистке сепарацией с использованием полупроницаемой мембраны, она может быть возвращена в побочный продукт-воду, упрощая, таким образом, рабочий процесс.
Способ очистки побочного продукта-воды, как описано в п.2 формулы изобретения, отличается тем, что, с точки зрения описанного в п.1 формулы изобретения, сепарация твердое вещество-жидкость выполняется на основе мембранной сепарации для вышеуказанной биоочистки.
Согласно изобретению, описанному в п.2 формулы изобретения, очищенная вода, которая включает в себя большое количество суспендированных твердых веществ, таких как бактериальные клетки и т.д., являющихся результатом биоочистки, подвергается сепарации твердое вещество-жидкость с использованием сепарационной мембраны. Таким образом, по сравнению с традиционной сепарацией твердое вещество-жидкость на основе обычного осаждения время очистки может быть сокращено, может использоваться малогабаритное оборудование и его стоимость может быть снижена. Кроме того, когда суспендированное твердое вещество удаляется с использованием сепарационной мембраны, могут быть улучшены фильтрационная характеристика и сепарационная характеристика очистки сепарацией с использованием полупроницаемой мембраны (т.е. вторичной очистки).
Способ очистки побочного продукта-воды, описанный в п.3 формулы изобретения, отличается тем, что, с точки зрения способа по п.1 или 2 формулы изобретения, часть воды третьей очистки, полученной после биоочистки, но не транспортированной к первично очищенной воде, снова сепарируется на очищенную воду и концентрированную воду при использовании полупроницаемой мембраны, которая отличается от описанной выше полупроницаемой мембраны, с последующей сепарацией на очищенную воду и концентрированную воду при использовании любой из указанных полупроницаемых мембран и затем, по меньшей мере, часть полученной концентрированной воды транспортируется к побочному продукту-воде перед любой очисткой.
Способ очистки побочного продукта-воды, описанный в п.4 формулы изобретения, отличается тем, что, с точки зрения изобретения, описанного в любом из пп.1-3 формулы изобретения, после очистки воды третьей очистки очисткой активированным углем и/или выполнения ультрафильтрационной очистки вода третьей очистки снова сепарируется на очищенную воду и концентрированную воду при использовании полупроницаемой мембраны, которая отличается от описанной выше полупроницаемой мембраны.
Согласно изобретению, описанному в п.4 формулы изобретения, перед выполнением очистки с использованием полупроницаемой мембраны остаточные примеси удаляются очисткой активированным углем или ультрафильтрацией и/или микрофильтрацией с использованием размера ячейки больше, чем у полупроницаемой мембраны, так что снижается нагрузка на полупроницаемую мембрану и увеличивается ее срок службы и т.д. В результате может быть снижена общая стоимость.
Способ очистки побочного продукта-воды, описанный в п.5 формулы изобретения, отличается тем, что, с точки зрения изобретения, описанного в любом из пп.1-4, в качестве вышеописанной полупроницаемой мембраны и/или полупроницаемой мембраны, которая отличается от вышеописанной полупроницаемой мембраны, используется обратноосмотическая мембрана с низким засорением.
Согласно изобретению, описанному в п.5 формулы изобретения, поскольку полупроницаемой мембраной является обратноосмотическая мембрана с низким засорением, может быть предотвращено ухудшение характеристики полупроницаемой мембраны благодаря засорению.
Когда имеет место химическое засорение (т.е. химическое загрязнение), в котором органические вещества (углеводороды), растворенные в побочном продукте-воде, адсорбируются на поверхности мембраны, или биозасорение (т.е. биозагрязнение), в котором микроорганизмы, которые «цветут» как имеющие растворенные органические вещества в качестве их источника питательных веществ, адсорбируются на поверхности мембраны, имеется проблема в том, что ухудшается характеристика водопроницаемости и сепарационная характеристика полупроницаемой мембраны. С другой стороны, при использовании обратноосмотической мембраны с низким засорением такое ухудшение характеристик благодаря засорению может быть ингибировано.
ЭФФЕКТ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Согласно настоящему изобретению побочный продукт-вода, который получается в процессе получения жидких углеводородов из синтез-газа на основе традиционного способа, такого как ФТ-способ и т.д., может быть осветлен и очищен с низкой стоимостью.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На фиг.1 представлена технологическая схема, показывающая каждую стадию способа очистки побочного продукта-воды, который относится к варианту настоящего изобретения.
На фиг.2 представлена схема, показывающая состав элемента сепарации жидкости, использующего полупроницаемую мембрану в форме плоской мембраны, как использовано в настоящем изобретении.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Здесь ниже будут описаны варианты настоящего изобретения со ссылкой на чертежи.
Согласно настоящему изобретению после сепарирования углеводородов и побочного продукта-воды друг от друга, где указанные углеводороды и побочный продукт-вода получаются по каталитической реакции синтез-газа на основе реакции Фишера-Тропша и т.д., сепарированный побочный продукт-вода осветляется и очищается до уровня, удовлетворяющего любому одному из качеств воды, которое не оказывает значительного влияния на окружающую среду, когда сепарированный побочный продукт-вода дренируется как таковой, качеству воды, которое является допустимым, чтобы ее использовать в качестве промышленной или оросительной воды, качеству воды, которое является допустимым, чтобы использовать воду в качестве питьевой воды.
Способ очистки побочного продукта-воды настоящего примера относится, как показано на технологической карте на фиг.1, к проведению дистилляционной очистки побочного продукта-воды, который сепарирован от продукта реакции, полученного при получении жидкой углеводородной смеси с использованием синтез-газа (1: первичная очистка), в результате чего получают первично очищенную воду. Затем при выполнении очистки сепарацией полупроницаемой мембраной первично очищенной воды в варианте с поперечным потоком (2: вторичная очистка) получают очищенную воду (пермеат-воду), которая может быть использована в качестве промышленной воды, оросительной воды или питьевой воды, и концентрированную воду в качестве вторично очищенной воды.
Далее, при выполнении аэробной очистки и/или анаэробной очистки в качестве биоочистки вторично очищенной воды (3: третья очистка), а также при выполнении сепарации твердое вещество-жидкость бактериальных клеток получают воду третьей очистки. Затем при очистке воды третьей очистки очисткой активированным углем и/или очистке мембранной сепарацией для удаления остаточных примесей ультрафильтрацией (4: четвертая очистка) получают воду четвертой очистки. Между тем, когда для очищенной воды не требуется уровень такого высокого качества, очистка активированным углем и/или очистка мембранной сепарацией при ультрафильтрации могут быть исключены. Кроме того, часть воды четвертой очистки транспортируется к первично очищенной воде, и выполняют сепарацию полупроницаемой мембраной 2 в качестве вышеуказанной вторичной очистки. Кроме того, также возможно, что вся вода четвертой очистки транспортируется к первично очищенной воде. Кроме того, когда четвертая очистка исключается, вся или часть воды третьей очистки транспортируется к первично очищенной воде.
Кроме того, для части воды четвертой очистки, которая не транспортируется, сепарацию полупроницаемой мембраной выполняют в варианте с поперечным потоком при использовании отдельного оборудования, от используемого для вышеописанной вторичной очистки (5: пятая очистка), и получают очищенную воду. Указанная очищенная вода и очищенная вода, получаемая от вторичной очистки воды, может быть отведена в реку, океан и т.д. Однако она может быть, предпочтительно, использована в качестве промышленной, оросительной, питьевой воды и т.д. Кроме того, предпочтительно, концентрированная вода, получаемая от пятой очистки, например, транспортируется к побочному продукту-воде, и со всеми вместе выполняют первичную очистку.
Кроме того, очистки, описанные выше, могут представлять собой периодическую очистку для каждой стадии или непрерывный способ очистки. Кроме того, когда каждая стадия осуществляется как непрерывная очистка, весь процесс способа очистки может осуществляться непрерывным образом.
Кроме того, коэффициент удаления ХПК (химическая потребность в кислороде) является подобным коэффициенту удаления «углеводородсодержащего органического вещества». В настоящем примере коэффициент удаления ХПК используется как коэффициент удаления «углеводородсодержащего органического вещества».
Когда выполняется дистилляционная очистка (1), может использоваться, например, дистилляционная колонна (т.е. ректификационная колонна), которая хорошо известна в нефтехимической промышленности. Например, когда осуществляется непрерывная дистилляция, побочный продукт-вода, который выпаривается горячим паром, вводится в средний уровень дистилляционной колонны, и тогда дистиллят, содержащий большое количество «углеводородов» и «(некислотный кислород) содержащих углеводородов», может быть получен как летучий компонент, который получается в верхней зоне. Из нижней зоны может быть получена вода, из которой удаляются указанные «углеводороды» и «(некислотный кислород) содержащие углеводороды». Указанная вода становится первично очищенной водой.
Далее дистиллят, который содержит большое количество «(некислотный кислород) содержащих углеводородов», например, прокаливается так же, как традиционным способом.
Дистилляционная очистка (1) имеет преимущество обеспечения высокого коэффициента сепарации низших спиртов (т.е. «некислотный кислород) содержащих углеводородов»), которые трудно сепарируются от воды очисткой сепарацией полупроницаемой мембраной.
Затем в соответствии с очисткой сепарацией с использованием полупроницаемой мембраны (2) могут быть удалены «(кислотный кислород) содержащие углеводороды» или растворенные соли, остающиеся в первично очищенной воде, и получаемая очищенная вода может быть использована как промышленная вода, оросительная вода, питьевая вода и т.п., как описано выше. Кроме того, в соответствии с очисткой сепарацией с использованием полупроницаемой мембраны (2) могут быть отфильтрованы не только бактерии, но также и вирусы, так что она может использоваться как питьевая вода.
Еще, кроме того, в соответствии с очисткой сепарацией с использованием полупроницаемой мембраны (2) растворенные соли (например, ионы металлов и т.д.) могут быть также удалены до уровня, который требуется для питьевой воды. Таким образом, может быть получена высококачественная вода.
Термин «полупроницаемая мембрана» означает мембрану, которая позволяет проникать только ионам или молекулам, имеющим определенный размер или молекулярную массу. Ее примеры включают в себя нанофильтрационную мембрану или обратноосмотическую мембрану.
Для полупроницаемой мембраны требуется иметь характеристику, которая может снизить концентрацию растворенных веществ в воде-фильтрате до уровня, который требуется для оборотной воды. Нанофильтрационная мембрана определяется как фильтрационная мембрана, имеющая рабочее давление 1,5 МПа или менее, молекулярную массу в пределах 200-1000 и блокировку иона натрия 90% или менее. Мембрана, которая имеет меньшую молекулярную массу и более высокую степень блокировки, называется обратноосмотической мембраной. Когда концентрация растворенного или суспендированного материала является низкой, предпочтительно использовать нанофильтрационную мембрану, которая требует низкого рабочего давления. С другой стороны, когда концентрация растворенного или суспендированного материала является высокой, предпочтительно использовать обратноосмотическую мембрану.
Кроме того, когда беспокоит появление ухудшения водопроницаемости или характеристики удаления при химическом засорении (т.е. химическом загрязнении), при котором растворенные органические вещества адсорбируются на поверхности мембраны, или при биозасорении (т.е. биозагрязнении), при котором микроорганизмы, которые «цветут» как имеющие растворенные органические вещества как их источник питательных веществ, адсорбируются на поверхности мембраны, предпочтительно использовать мембрану с низким засорением, которая является устойчивой к такому засорению. Например, коэффициент восстановления водопроницаемости определяется следующим образом. Когда мембранная фильтрация выполняется при 25°C в течение одного часа при использовании раствора хлорида натрия (рН 6,5, 1500 мг/л) с рабочим давлением 1,0 МПа и получаемая водопроницаемость принимается как первая проницаемость (F1), а затем после введения неионогенного поверхностно-активного вещества (простого полиоксиэтилен-(10)октилфенилового эфира) в испытываемый раствор, чтобы иметь концентрацию 100 мг/л, и водопроницаемость через один час после введения получается как последняя проницаемость (F2), коэффициент восстановления водопроницаемости определяется по следующей формуле:
Коэффициент восстановления водопроницаемости = 1-(F2/F1)
Такой коэффициент составляет 0,35 или менее или, предпочтительно, 0,20 или менее для настоящего изобретения. При использовании мембраны с такой характеристикой почти никакая адсорбция органических веществ не имеет место на поверхности мембраны, и ухудшение водопроницаемости является незначительным, и поэтому может стабильно получаться пермеат-вода.
Примеры способа получения мембраны с низким засорением включают в себя способ нанесения полимера на поверхность полиамидной мембраны для ингибирования ухудшения течения, вызванного засорением (см. WO 97/34686 и выложенную Японскую заявку (JP-A) № 2000-176263), способ выполнения обработки поверхности соединением, которое взаимодействует с находящимися на поверхности хлоридами кислоты или аминогруппами (см. JP-A № 2002-224546 и JP-A № 2004-243198), способ облучения электронным лучом, УФ-излучением, радиоактивным излучением и т.д. поверхности мембраны или модификации поверхности привитой сополимеризацией (см. JP-A № 2007-014833), способ снижения площади поверхности, доступной для адсорбции, путем выравнивания поверхности (см. Eric M. Vrijenhoek, Seungkwan Hong, Menachem Elimelech, "Influence of membrane surface properties on initial rate of colloidal fouling of reverse osmosis and nanofiltration membranes," Journal of Membrane Science 188 (2001) 115-128) и подобное.
В качестве примера обратноосмотической мембраны с низким засорением могут быть указаны полупроницаемые мембраны, такие как мембраны серии TML2 (выпускаемые фирмой Toray Industries, Inc.), серии LF10 (выпускаемые фирмой Nitto Denko Corporation), серии LFC и серии ESNA-LF (выпускаемые фирмой Hydranautic), серии BW30-FR (выпускаемые фирмой Dow Chemical Company), серии HL (выпускаемые фирмой OSMONICS) и т.п.
Когда подаваемая вода фильтруется с использованием полупроницаемой мембраны, требуется рабочее давление, которое является выше, чем давление проникновения между стороной подаваемой воды и стороной пермеата-воды. Нагнетающий насос для получения такого давления специально не ограничивается, если он может обеспечить давление, которое может нагнетать фильтруемую воду.
Нанофильтрационная мембрана или обратноосмотическая мембрана могут быть в форме полой волокнистой мембраны или плоской мембраны, и обе могут использоваться для настоящего изобретения. Кроме того, для улучшения характеристики обработки может использоваться элемент сепарации жидкости, в котором содержится полая волокнистая мембрана или плоская мембрана в корпусе. Когда полупроницаемая плоская мембрана используется в виде нанофильтрационной мембраны или обратноосмотической мембраны, элемент сепарации жидкости, предпочтительно, имеет конструкцию, как показано на фиг.2, например, в которой полупроницаемая мембрана (10) и мембранный узел, включающий в себя материал (12) проточного канала стороны пермеата-воды, такой как трикотаж и подобное, и материал (11) проточного канала стороны питания, такой как пластиковая сетка и подобное, обертываются вокруг цилиндрообразной перфорированной центральной трубы (17), и получаемая конструкция помещается в корпус. Также, предпочтительно, при соединении множественных элементов сепарации жидкости последовательно или параллельно получается и используется сепарационный мембранный модуль. По отношению к элементу сепарации жидкости подаваемая вода (13) подается в устройство с конца одной стороны. Затем в течение периода, когда вода достигает конца другой стороны, пермеат-вода (15), которая проникает через полупроницаемую мембрану (10), течет через центральную трубу (17) и выводится из центральной трубы на конце другой стороны. Тем временем подаваемая вода (13), которая не проникает через полупроницаемую мембрану (10), выводится как концентрированная вода на конце другой стороны.
В качестве материала полупроницаемой мембраны (10) могут быть использованы полимерные материалы, такие как полимеры на основе ацетата целлюлозы или полиамиды и т.п. Кроме того, что касается структуры мембраны, ею может быть любая асимметричная мембрана, которая имеет плотный слой, по меньшей мере, на одной стороне мембраны и мелкие поры, диаметр которых становится постепенно больше к внутренней части или другой стороне мембраны, или комплексная мембрана, которая имеет очень тонкий сепарационный функциональный слой для сепарации на плотном слое асимметричной мембраны, где сепарационный функциональный слой выполнен из иного материала.
Для вышеописанной подложки могут использоваться различные коммерчески доступные фильтровальные материалы, такие как “Millipore VSWP” (торговая марка, изготовитель - Millipore Corporation), “Ultra Filter UK10” (торговая марка, изготовитель - Toyo Roshi Kaisha, Ltd.) и т.п. Вообще она может быть получена способом, описанным в “Office of Saline Water Research and Development Progress Report” (№ 359 (1968)). В качестве базового материала используется гомополимер, такой как полисульфон, полиамид, сложный полиэфир, ацетатцеллюлоза, нитратцеллюлоза или поливинилхлорид и т.д. или их смесь. Предпочтительно, используется полисульфон, имеющий высокую химическую, механическую и термическую стойкость.
Например, на верх плотносотканой сложнополиэфирной ткани или нетканой ткани отливают диметилформамидный (ДМФ) раствор полисульфона с достаточной толщиной, и ткань влажно затвердевает в водном растворе, содержащем додецилсульфат натрия (0,5% мас.) и ДМФ (2% мас.). Как результат может быть получена микропористая несущая мембрана, имеющая мелкие поры с диаметром в несколько десятков нанометров или менее, присутствующие на большей части поверхности мембраны. В качестве материала для микропористой несущей мембраны помимо полисульфона также, предпочтительно, используется полиамид и сложный полиэфир.
Кроме того, рабочие характеристики полупроницаемой мембраны (например, скорость фильтрационного потока, коэффициент извлечения и т.д.) могут быть соответствующим образом определены в зависимости от используемого типа нанофильтрационной мембраны или обратноосмотической мембраны, качества очищаемой воды и требования к качеству пермеата-воды и т.д. Однако скорость фильтрационного потока определяется с учетом того, что засорение мембраны должно быть ингибировано настолько, насколько возможно.
Что касается коэффициента извлечения, который представляет собой соотношение пермеата-воды с очищаемой водой, более высокое значение является предпочтительным. Однако необходимо остерегаться того, что высокий коэффициент может дать плохое качество пермеата-воды. Кроме того, если коэффициент извлечения является слишком высоким, неполностью растворенные вещества могут осаждаться на поверхности мембраны, так что на мембране может образоваться зазубрина или проточный канал может быть блокирован. Как таковой коэффициент извлечения устанавливается в интервале, в котором не имеет место осаждение. Конечно, когда вводится ингибитор накипи, осаждение может быть ингибировано до некоторого уровня, и поэтому может быть установлен более высокий коэффициент извлечения. Кроме того, когда коэффициент извлечения является чрезвычайно высоким, такой коэффициент может поддерживаться снижением количества потока очищаемой воды. Однако снижение количества потока очищаемой воды до чрезмерно низкого уровня может вызвать накопление на поверхности мембраны (т.е. более сильная поляризация концентрации вызывает ухудшение характеристики), таким образом, количество потока очищаемой воды должно быть установлено в рекомендуемом интервале. Как таковые с целью поддержания количества потока очищаемой воды в соответствующем интервале нанофильтрационная мембрана или обратноосмотическая мембрана используются на многих стадиях, и как результат может быть улучшен коэффициент извлечения.
В данном случае в соответствии с очисткой сепарацией с использованием полупроницаемой мембраны (2), которая осуществляется в варианте с поперечным потоком, образуется концентрированная вода. Указанная концентрированная вода подвергается биоочистке (3) в качестве вторично очищенной воды с использованием устройства для биоочистки.
В процессе биоочистки (3) аэробная очистка и/или анаэробная очистка выполняется как предварительная стадия.
Биоочистка представляет собой очистку органических веществ, включенных в воду, биоорганизмами (в частности, микроорганизмами). Т.е. в качестве субстрата для биоорганизмов (микроорганизмов) органические вещества очищаются, будучи проглоченными ими. Имеются два главных типа биоочистки, т.е. аэробная очистка и анаэробная очистка. Для аэробной очистки может использоваться любой хорошо известный способ. В настоящем случае, учитывая то, что концентрация углеводородов является уже сниженной первичной очисткой и меньшее количество избыточного отстоя является благоприятным, предпочтительно, может быть использован биологический мембранный способ, в котором микроорганизмы поддерживаются на носителе. В этом отношении в качестве общего способа также может быть использован способ активированного отстоя. Кроме того, также может быть, предпочтительно, использована анаэробная очистка, такая как метановая ферментация и т.д.
Когда концентрация «углеводородсодержащих органических веществ» в побочном продукте-воде является высокой, энергия аэрации может быть снижена, таким образом, это является особенно предпочтительным.
Для биоочистки возможна различная комбинация на основе концентрации компонента в очищаемой воде, требуемого качества воды очищенной воды после сепарации твердое вещество-жидкость и т.д. Например, когда концентрация органических веществ (COD (ХПК), BOD (БПК), TOC (СОУ) и т.п.) в концентрированной воде является высокой (например, 2000 мг ХПК/л или более), выполнение анаэробной очистки с последующей аэробной очисткой является благоприятным в плане экономии энергии или снижения стоимости.
Кроме того, поскольку при биоочистке (3) образуется отстой из бактериальных клеток микроорганизмов, сепарация твердое вещество-жидкость должна выполняться после очистки. Любой вид сепарации твердое вещество-жидкость на основе общего способа коагуляции и осаждения может использоваться без проблем. Еще в настоящих примерах предпочтительно выполнять сепарацию твердое вещество-жидкость не способом осаждения, а способом мембранной сепарации.
Кроме того, когда устройство мембранной сепарации, содержащее сепарационную мембрану, погружается и помещается в ванну очистки, предпочтительно, чтобы вода, фильтруемая мембраной, которая окружает устройство мембранной сепарации, находилась в состоянии движения потока при использовании воздуха или другого средства и т.д. Кроме того, когда устройство мембранной сепарации устанавливается снаружи, вода, фильтруемая мембраной в ванне очистки, подается в ванну очистки устройства мембранной сепарации, установленного снаружи, с поперечным потоком, и очищаемая вода, которая не проходит через устройство мембранной сепарации, снова транспортируется в ванну очистки.
Что касается структуры сепарационной мембраны, которая используется для способа мембранной фильтрации, может быть указана пористая мембрана или комплексная мембрана, в которой функциональный слой объединен с пористой мембраной и т.п., но специально не ограничивается здесь. В качестве такой мембраны особенно предпочтительными являются полифторвинилиденовая пористая мембрана или политетрафторэтиленовая пористая мембрана, т.к. они имеют высокую стойкость к химическим веществам. Кроме того, может быть указана комплексная мембрана, в которой силикон сшитого типа, полибутадиен, полиакрилонитрилбутадиен или полимеры каучукового типа, такие как этиленпропиленовый каучук или неопреновый каучук, объединяются в качестве функционального слоя, нанесенного на пористую мембрану.
Кроме того, что касается формы сепарационной мембраны, имеются плоская мембрана, вращающаяся плоская мембрана, полая волокнистая мембрана и т.п. (но не ограничиваясь этим). Диаметр поры мембраны в сепарационной мембране представляет собой, предпочтительно, диаметр поры, который используется для разделения сепарацией твердое вещество-жидкость активированного отстоя на твердый компонент и растворенный компонент. В качестве примера могут быть указаны микрофильтрационная мембрана или ультрафильтрационная мембрана. Когда диаметр поры мембраны является большим, водопроницаемость мембраны улучшается, но имеется тенденция к высокой возможности того, что твердые компоненты будут содержаться в воде, отфильтрованной мембраной. С другой стороны, когда диаметр поры мембраны является небольшим, имеется меньшая возможность того, что твердые компоненты будут содержаться в воде, отфильтрованной мембраной, но водопроницаемость мембраны имеет тенденцию ухудшаться. В частности, диаметр поры мембраны находится, предпочтительно, в интервале 0,01-0,5 мкм, более предпочтительно, 0,05-0,2 мкм.
Таким образом, поскольку ванна осаждения и т.д. для сепарации отстоя не требуется и отстой не выводится, может ожидаться высокая концентрация отстоя или экономия рабочего пространства и т.д.
Кроме того, даже для способа биологической фиксации избыточный отстой присутствует как плавающий материал. Он также может быть легко сепарирован при использовании мембраны. Как описано выше, при использовании способа мембранной сепарации для сепарации твердое вещество-жидкость могут быть достигнуты эффективность использования пространства и снижение стоимости. Кроме того, поскольку твердые компоненты могут быть удалены сепарационной мембраной, когда вода третьей очистки очищается с использованием полупроницаемой мембраны, могут быть улучшены фильтрационная характеристика и сепарационная характеристика полупроницаемой мембраны.
Для биоочистки (3) может быть, предпочтительно, использован способ мембранной сепарации активированного отстоя (МБР). Т.е. в качестве биоочистки (3) осуществляется аэробная очистка, и в качестве сепарации твердое вещество-жидкость может быть использован способ мембранной сепарации активированного отстоя с использованием микрофильтрационной мембраны и/или ультрафильтрационной мембраны.
В одном документе-прототипе (т.е. патентном документе 2) очистка, содержащая «дистилляцию», МБР и полупроницаемую мембрану (RO)(ОО) (обратноосмотическую) в указанном порядке, описывается как поток для GTL очистки побочного продукта-воды. При сравнении указанного потока с потоком настоящего изобретения установлено, что, хотя количество очищенной воды ОО-мембраной является таким же, нагрузка количества воды на МБР в настоящем изобретении является меньше, поскольку количество очищенной воды по МБР снижается на столько же, как извлеченное количество по ОО (60% или более). Кроме того, хотя считается, что нагрузка органических веществ на МБР является почти такой же, поскольку концентрация органических веществ, содержащихся в МБР исходной воде является высокой в настоящем изобретении, улучшается эффективность энергии очистки (аэрации).
Что касается способа мембранной сепарации активированного отстоя, могут быть, предпочтительно, использованы способ мембранной погружного типа сепарации активированного отстоя, в котором сепарационная мембрана погружается в ванну очистки, и способ мембранной циркуляционного типа сепарации активированного отстоя, в котором устройство мембранной сепарации, включающее в себя сепарационную мембрану, устанавливается снаружи ванны очистки, отстой, содержащийся в ванне очистки, подается в устройство мембранной сепарации для выполнения мембранной фильтрации при использовании жидкого потока подаваемого потока, и поверхность сепарационной мембраны промывается, и отстой, который не сепарируется мембранной сепарацией, транспортируется обратно в ванну очистки. В частности, предпочтительным является способ мембранной погружного типа сепарации активированного отстоя, который может снизить энергопотребление при использовании аэрации как для биоочистки, так и для очистки поверхности мембраны.
В качестве способа получения мембранного пермеата-воды при выполнении мембранной фильтрации имеется способ, в котором всасывающий насос используется для второй стадии мембранной фильтрации, или способ, в котором используется разность напора воды, и т.д. Концентрация активированного отстоя, который находится в контакте с сепарационной мембраной, находится, предпочтительно, в интервале 2000-20000 мг/л. Кроме того, предпочтительно, воздушный диффузор устанавливается в нижней зоне сепарационной мембраны, кислородсодержащий газ (воздух и т.д.) подается из устройства аэрации (например, воздуходувки и т.д.), которое устанавливается так, чтобы быть постоянно соединенным с воздушным диффузором, и мембранная фильтрация выполняется при отслаивании от поверхности мембраны адгезировавших к мембране компонентов активированного отстоя. Время пребывания очищаемой воды в ванне биоочистки обычно составляет 1-72 ч. Однако в зависимости от свойств очищаемой воды и условий биоочистки может быть выбран лучший период времени. Кроме того, при установке устройства введения коагулянта коагулянт может быть введен в очищаемую воду, которая содержит активированный отстой, который накапливается в ванне биоочистки. Расход для мембранной фильтрации (количество потока мембранной фильтрации на единицу площади поверхности мембраны) составляет, предпочтительно, 0,1-1,5 м/д.
Вода третьей очистки, которая получается после биоочистки (3), затем подвергается очистке активированным углем и/или очистке ультрафильтрационной сепарацией (4).
Очистка активированным углем представляет собой очистку, при которой вторично очищенная вода приводится в контакт с активированным углем с тем, чтобы примеси, содержащиеся во вторично очищенной воде (т.е. биологические метаболиты и т.д.), адсорбировались на активированном угле и удалялись из вторично очищенной воды. В настоящем изобретении тип активированного угля специально не ограничивается. Им может быть либо гранулированный активированный уголь, либо порошкообразный активированный уголь. Кроме того, исходными материалами активированного угля могут быть любые из тех, которые обычно используются, включая скорлупу пальмовых орехов, уголь, кокс и т.п. Указанные исходные материалы карбонизируются и активируются с получением активированного угля. Способ активации специально не ограничивается. Например, может использоваться активированный уголь, включающий активированный уголь, который получают при использовании активного газа, такого как пар, кислород, диоксид углерода и т.д., в соответствии со способом, описанным в литературе (“Activated carbon Industries”, The Heavy & Chemical Industries News Agency (1974), p. 23-37), или уголь, химически активированный с использованием фосфорной кислоты, хлорида цинка и т.д. В соответствии с очисткой активированным углем остаточные примеси, такие как органические вещества, могут быть удалены адсорбцией.
Кроме того, очистка ультрафильтрационной мембраной представляет собой мембранную фильтрацию для биоочистки, в которой используется ультрафильтрационная мембрана. В данном случае, что касается формы сепарационной мембраны, имеются плоская мембрана, вращающаяся плоская мембрана, полая волокнистая мембрана, трубчатая мембрана и т.п., но она здесь специально не ограничивается. Она может быть подходяще выбрана в зависимости от качества исходной воды и условий очистки и т.д. Что касается устройства для ультрафильтрационной мембраны, оно может быть любого из типов с внутренним или внешним давлением. Когда вязкость исходной воды является высокой или содержится большое количество суспендированных материалов, предпочтительным является тип с внешним давлением с учетом того, что он относительно свободен от закупоривания. Кроме того, что касается типа мембранной фильтрации, им может быть любой из модуля типа с объемной фильтрацией или модуля типа фильтрации с поперечным потоком. Между тем, тип с поперечным потоком является устойчивым к засорению, но он характеризуется тем, что он имеет высокое энергопотребление. Для общей водоочистки меньшее энергопотребление считается важным, так что чаще используется модуль типа с объемной фильтрацией. Кроме того, им может быть любой модуль типа с давлением или модуль погружного типа. В этом отношении модуль типа с давлением характеризуется тем, что он может работать при высоком расходе, и площадь мембраны может быть снижена, тогда как модуль погружного типа характеризуется тем, что он не требует сосуда, устойчивого к давлению, так что он может осуществляться с низкой стоимостью.
Что касается полой волокнистой мембраны, которая может использоваться для мембранного модуля, может использоваться любой тип пористой полой волокнистой мембраны без специального ограничения. Однако предпочтительными являются органические материалы, такие как полифторовинилиден (ПВДФ) или полиакрилонитрил в плане обладания высокой прочностью мембраны и высокой стойкостью к химическим веществам или высокой гидрофильностью и высокой стойкостью к загрязнению, соответственно, вместе с неорганическими материалами, такими как керамика и т.д. Диаметр пор, присутствующих на поверхности сепарационной мембраны, может быть подходяще выбран в интервале 0,001-0,1 мкм. Кроме того, когда полая волокнистая мембрана используется как сепарационная мембрана, наружный и внутренний диаметры полой волокнистой мембраны специально не ограничиваются. Еще требуется осторожность, т.к. сопротивление потока становится высоким, когда она является слишком тонкой, и степень заполнения мембраны может снижаться, когда она является слишком толстой. Кроме того еще, с учетом того, что полая волокнистая мембрана имеет высокую вибрационную характеристику и превосходную промываемость, она находится, предпочтительно, в интервале 250-2000 мкм.
В отношении очистки сепарацией ультрафильтрационной мембранной, хотя соли, имеющие небольшую молекулярную массу, не могут быть удалены, может быть удалено органическое вещество, имеющее большую молекулярную массу. Это выполняется как предварительная очистка для очистки сепарацией полупроницаемой мембраной (2, 5), которая осуществляется затем. При снижении количества органических веществ и т.д., остающихся в воде третьей очистки, которая подвергается очистке сепарацией с использованием полупроницаемой мембраны (2, 5), может быть снижена нагрузка, прикладываемая к полупроницаемой мембране, и как результат может быть увеличен срок службы полупроницаемой мембраны и могут быть сокращены производственные затраты.
Кроме того, когда очистка ультрафильтрационной мембранной сепарацией осуществляется в варианте с поперечным потоком, концентрированная вода может транспортироваться на третью очистку (т.е. биоочистку (3)) или первичную очистку (т.е. дистилляционную очистку (1)).
Кроме того, вода четвертой очистки, которая получается после очистки активированным углем и/или очистки сепарацией с использованием ультрафильтрационной мембраны (4), транспортируется и смешивается с первично очищенной водой и затем подвергается очистке сепарацией полупроницаемой мембраной (2), которая является вторичной очисткой. Как результат растворенные соли, мелкие плавающие материалы, происходящие от бактериальных клеток, и некоторое количество «углеводородсодержащих органических веществ», которые не могут быть удалены биоочисткой в качестве третьей очистки, могут быть удалены при выполнении снова фильтрации с использованием полупроницаемой мембраны. Альтернативно, можно опустить четвертую очистку, и вода третьей очистки транспортируется на сторону вторичной очистки.
Согласно настоящему примеру для того, чтобы избежать избыточной нагрузки на полупроницаемую мембрану транспортированием воды третьей очистки, часть воды третьей очистки, например около 50%, транспортируется на сторону первично очищенной воды, а остальные 50% подвергаются очистке сепарацией с использованием ультрафильтрационной мембраны (5) в качестве пятой очистки при использовании оборудования для сепарации полупроницаемой мембраной, которое является отдельным от оборудования, используемого для вышеописанной вторичной очистки. Альтернативно, вода третьей очистки может быть подвергнута очистке сепарацией с использованием полупроницаемой мембраны (2, 5) без четвертой очистки.
Сепарацию полупроницаемой мембраной (6) осуществляют в основном таким же образом, как очистку сепарацией с использованием полупроницаемой мембраны (2). Однако, поскольку концентрация углеводородсодержащих органических веществ в воде четвертой очистки (воде третьей очистки) является уже сниженной третьей очисткой по сравнению с первично очищенной водой с оборудованием меньшего размера по сравнению с оборудованием для очистки сепарацией с использованием полупроницаемой мембраны вторичной очистки, может быть выполнена очистка сепарацией с использованием полупроницаемой мембраны в качестве пятой очистки.
В данном случае в результате очистки сепарацией с использованием полупроницаемой мембраны (5) в качестве пятой очистки также образуется концентрированная вода. Такая концентрированная вода транспортируется и смешивается с побочным продуктом-водой, вторично очищенной водой и т.д. Например, в настоящем примере она транспортируется к побочному продукту-воде.
Кроме того, при снова транспортировании воды третьей очистки, которая биоочищается после сепарации полупроницаемой мембраной в качестве вторичной очистки к стороне первично очищенной воды для сепарации полупроницаемой мембраной, очищенная вода может быть получена с эффективностью.
ПРИМЕРЫ
Пример 1
Побочный продукт-воду, полученный ФТ-способом, очищают в соответствии со способом, описанным ниже.
В частности, побочный продукт-воду подвергают дистилляции (т.е. дистилляционной очистке (1)) с последующей очисткой сепарацией с использованием полупроницаемой мембраны (2). Очищенную таким образом воду используют в качестве такой воды, как промышленная вода и т.д., и концентрированную воду в качестве вторично очищенной воды подвергают биоочистке (3). Кроме того, воду третьей очистки, которую сепарируют на твердое вещество и жидкость на основе мембранной сепарации биоочистки, предварительно смешивают с первично очищенной водой.
Дистилляцию выполняют при 100°C при атмосферном давлении.
Кроме того, в качестве биоочистки используют вышеописанный способ мембранной сепарации активированного отстоя (МБР). Для биоочистки МБР используют способ азотирования/деазотирования циркуляционного типа. В качестве сепарационной мембраны используют микрофильтрационную мембрану, выполненную из поли-фторовинилидена (средний диаметр пор 0,08 мкм, изготовитель - Toray Industries, Inc.). Сначала вторично очищенную воду вводят в бескислородную ванну, содержащую активированный отстой. После деазотирующей обработки смесь активированного отстоя вводят в следующую азотирующую ванну. В азотирующей ванне выполняют аэробную обработку с аэрацией (т.е. деструкцию органических веществ и реакцию азотирования), и часть смеси транспортируют обратно в бескислородную ванну для циркуляции. В данном случае количество циркуляционного потока является в четыре раза больше по сравнению с количеством потока первично очищенной воды. Кроме того, часть смеси активированного отстоя, содержащуюся в азотирующей ванне, вводят в ванну мембранной сепарации. Плоский мембранный элемент, оборудованный вышеуказанной сепарационной мембраной, погружают в ванну мембранной сепарации, и в нижнюю часть плоского мембранного элемента устанавливают воздушный диффузор для осуществления аэрации как для очистки поверхности мембраны, так и для подачи кислорода. Раствор смеси активированного отстоя в ванне мембранной сепарации транспортируют в азотирующую ванну в количестве потока в три раза больше, чем вторично очищенной воды. Активированный отстой, содержащийся в ванне мембранной сепарации, подвергают сепарации твердое вещество-жидкость с применением отрицательного давления на стороне пермеата сепарационной мембраны при использовании всасывающего насоса. В результате получают пермеат-воду в качестве воды третьей очистки.
Кроме того, коэффициент извлечения воды для очистки сепарацией полупроницаемой мембраной (2) составляет 80% (остальные 20% отводят как концентрированную воду). В качестве полупроницаемой мембраны используют обратноосмотическую мембрану с низким засорением TML20-370 (плоская мембрана, выполненная из полиамида, изготовитель - Toray Industries, Inc.). В данном случае исходную подаваемую воду для очистки полупроницаемой мембраной вводят в полупроницаемую мембрану при использовании центробежного насоса с получением пермеата-воды и концентрированной воды.
Результаты очисток показаны в таблице 1.
Таблица 1
ФТ-побочный продукт-вода
Дистилляция
ОО-пермеат-вода
ОО-рассол
МБР-очищенная вода
«(Некислотный кислород) содержащие углеводороды»
мг/л
15000
-
-
-
-
«(Кислотный кислород) содержащие углеводороды»
мг/л
1000
700
30
3200
50
«Углеводороды»
мг/л
< 10
-
-
-
-
CODCr
мг/л
15000
850
50
4000
150
Как показано в таблице 1, побочный продукт-вода содержит «(некислотный кислород) содержащие углеводороды» при концентрации 15000 мг/л и «(кислотный кислород) содержащие углеводороды» при 1000 мг/л. Концентрация «углеводородов» составляет менее 10 мг/л.
Кроме того, химическая потребность в кислороде благодаря дихромату калия (т.е. CODCr) составляет 15000 мг/л.
Кроме того, после дистилляции концентрация «(кислотный кислород) содержащих углеводородов» составляет 700 мг/л, а CODCr - 850 мг/л. Таким образом, при дистилляции коэффициент удаления ХПК, который представляет собой приблизительное значение коэффициента удаления «углеводородсодержащих органических веществ», составляет 94,3%.
Для воды (пермеат-воды), очищенной очисткой сепарацией полупроницаемой мембраной (2), концентрация «(кислотный кислород) содержащих углеводородов» составляет 30 мг/л, а концентрация CODCr - 50 мг/л.
Кроме того, для концентрированной воды (вторично очищенная вода), образовавшейся в результате очистки сепарацией полупроницаемой мембраной (2), концентрация «(кислотный кислород) содержащих углеводородов» составляет 3200 мг/л, а концентрация CODCr - 4000 мг/л. Еще, кроме того, для воды третьей очистки, полученной от МБР-очистки вторично очищенной воды, концентрация «(кислотный кислород) содержащих углеводородов» составляет 50 мг/л, а концентрация CODCr - 150 мг/л.
Между тем 30% количества потока воды третьей очистки, полученной после биоочистки, смешивают с первично очищенной водой и снова подвергают очистке сепарацией полупроницаемой мембраной (2).
В результате вышеописанных очисток побочный продукт-вода может быть преобразован в воду, которая может удовлетворительно использоваться как промышленная вода или оросительная вода. Кроме того, также можно очищать ее до уровня, который требуется для питьевой воды. Кроме того, по сравнению с технологиями-прототипами стоимость оборудования и рабочая стоимость может быть сэкономлена, как описано выше, а также даже концентрированная вода, полученная после мембранной сепарации, может быть легко и эффективно очищена.
Пример 2
За исключением того, что часть воды третьей очистки, которая не была транспортирована к первично очищенной воде, снова сепарируется на очищенную воду и концентрированную воду в качестве пятой очистки при использовании обратноосмотической мембраны, которая отличается от обратноосмотической мембраны предыдущей стадии, и, по меньшей мере, часть полученной концентрированной воды транспортируется к побочному продукту-воде перед любой очисткой, очистка до воды третьей очистки выполняется точно таким же образом/средством/потоком, как в примере 1. В частности, побочный продукт-вода сначала проходит дистилляцию, а затем подвергается очистке сепарацией полупроницаемой мембраной. Как результат, очищенную воду используют как различную воду для промышленной воды и т.д., и концентрированную воду в качестве вторично очищенной воды подвергают биоочистке. Затем мембранной сепарацией биоочистки осуществляют сепарацию твердое вещество-жидкость с получением воды третьей очистки. Органические вещества, которые содержатся в концентрированной воде воды пятой очистки, подвергаются биоочистке, и они представляют собой компонент, стойкий к деструкции. При циркуляции указанной концентрированной воды на дистилляционную очистку становится возможным, что органические вещества более эффективно очищаются и разрушаются.
Обратноосмотической мембраной, которая отличается от обратноосмотической мембраны предыдущей стадии и используется в настоящем примере, является мембрана с низким засорением серии TML20, которая выпускается фирмой Toray Industries, Inc. Рабочие параметры мембраны соответствуют типичным параметрам соответствующего прототипа.
Таблица 2
МБР-очищенная вода
Вторичная ОО-пермеат-вода
Вторичная ОО-концентрированная вода
«(Некислотный кислород) содержащие углеводороды»
мг/л
-
-
-
«(Кислотный кислород) содержащие углеводороды»
мг/л
50
1
200
«Углеводороды»
мг/л
-
-
-
CODCr
мг/л
150
10
600
ОПИСАНИЕ СИМВОЛОВ
1 - Дистилляция
2 - Очистка сепарацией полупроницаемой мембраной
3 - Биоочистка
4 - Очистка активированным углем и/или очистка сепарацией ультрафильтрационной мембраной
5 - Очистка сепарацией полупроницаемой мембраной
10 - Полупроницаемая мембрана
11 - Материал проточного канала подачи воды
12 - Материал проточного канала подачи пермеата-воды
13 - Подаваемая вода
14 - Концентрированная вода
15 - Пермеат-вода
16 - Конечная плита
17 - Центральная труба