Способы очистки оборотной воды при переработке отходов полимеров

Современные технологические процессы переработки полимерных отходов потребляют значительное количество воды, которая может быть успешно возвращена в производственный цикл после проведения комплекса очистных мероприятий. Это не только позволяет существенно сократить количество потребляемой жидкости из внешних источников, но и минимизировать объемы водоотведения.

Преимущества оборотного водоснабжения

Применение оборотной воды предоставляет ряд неоспоримых плюсов:

• Сокращение водопотребления. Замкнутые циклы позволяют значительно уменьшить забор воды из природных водоемов или централизованных систем водоснабжения.
• Экономия ресурсов. Снижение водопотребления влечет за собой уменьшение затрат на оплату счетов за воду, а также на ее транспортировку и предварительную подготовку. Использование закрытых систем сокращает объемы сбрасываемых в канализацию сточных вод, что позволяет экономить на водоотведении.

Однако оборотная жидкость, образующаяся в процессе переработки полимерных отходов, характеризуется сложным составом загрязнений и требует применения специальных способов очистки.

К основным типам загрязняющих веществ относятся:

• Нерастворимые частицы (песок, мелкие фрагменты полимеров, микропластик, глина, органика, сечка бумаги и т. д.).
• Моющие средства (ПАВ, щелочи, кислоты).
• Масла (смазочные материалы, остатки технологических жидкостей).
• Красители (органические и неорганические пигменты).

Типовая технологическая схема очистки оборотной воды включает в себя несколько последовательных этапов, каждый из которых направлен на удаление определенных типов загрязнений. В общем виде процесс состоит из механической очистки, физико-химической обработки, обезвоживания и вывода осадка.

Следует учитывать, что технология очистки оборотной воды не предусматривает биологическую стадию, следовательно, качество воды не соответствует требованиям, предъявляемым к сбросу в природные водоемы или на почву. Однако применяемые методы обеспечивают водоподготовку до уровня, который, во-первых, делает возможным многократное использование жидкости в замкнутом цикле промывки полимерных отходов и, во-вторых, позволяет направлять ее в систему канализации для дальнейшей обработки на городских станциях, осуществляющих глубокую биологическую очистку стоков.

Стадия механической очистки

Механическая очистка является начальным и важным этапом водоподготовки в системах переработки отходов полимеров. Ее основная задача — удаление крупных, нерастворенных и взвешенных загрязнений, что способствует снижению нагрузки на последующие этапы очистки и повышению эффективности всего технологического процесса. Содержание взвешенных частиц в поступающей на очистку воде характеризуется широким диапазоном значений, ориентировочно от 3 до 20 г/л, и проявляет выраженную нестабильность. Данная неоднородность обусловлена, в первую очередь, типом перерабатываемого сырья, будь то пленочные отходы с полигонов, из торговых сетей или тепличных хозяйств. После прохождения этапа механической обработки, концентрацию данных включений обычно удается снизить до уровня 1 г/л.

Решетки

Данные устройства предназначены для извлечения из воды крупных включений, таких как обрывки полимерных пленок, куски пластика, бумажные этикетки и прочий мусор. Представляют собой металлические прутья, расположенные на определенном расстоянии друг от друга. Их применение предотвращает повреждение насосов и другого оборудования, расположенного далее по технологической цепочке.

С целью предупреждения засорения решетки устанавливаются последовательно, в направлении уменьшения размера ячеек. Первыми монтируются конструкции с просветами от 10 до 50 мм, предназначенные для задержания крупного мусора и габаритных включений. Далее следуют механические сетки с ячейками, размер которых варьируется от 1,5 до 2,0 мм. На них происходит отделение дисперсного песка и органических частиц.

При выборе решеток необходимо учитывать:

• Размер ячеек — определяет фракцию удаляемых частиц.
• Производительность — должна соответствовать объему обрабатываемой воды.
• Материал изготовления — должен быть устойчив к воздействию агрессивных веществ, содержащихся в воде.

Обслуживание решеток включает регулярную очистку от накопившихся загрязнений.

Пескоудаление

Песок задерживается в пескоуловителе. Осадок удаляется шнеком, а очищенная вода поступает в отстойник. При малых объемах переработки вполне приемлемым вариантом является улавливание песка системой отстойников с выгрузкой осадка вручную.

Отстаивание

Процедура основана на осаждении взвешенных веществ под действием силы тяжести. Позволяет удалять из воды частицы, плотность которых больше плотности воды. В результате стоки осветляются.

Гидроциклонная очистка

Технология использует центробежную силу для отделения мелких взвешенных частиц. Вода подается в гидроциклон под давлением, закручивается и разделяется на два потока: очищенная выходит через верхний патрубок, а концентрированный осадок — через нижний.

Преимущества гидроциклонов:

• Компактность — занимают небольшую площадь.
• Высокая производительность — способны обрабатывать большие объемы воды.
• Отсутствие движущихся частей — обеспечивают надежность и долговечность.

Гидроциклоны могут включаться в технологическую линию как самостоятельно, так и в комбинации с другими методами очистки.

Фильтрация

Процедура предназначена для удаления тонкодисперсных взвешенных веществ, включая микропластик, оставшихся в воде после отстаивания и гидроциклонной очистки.

Наиболее распространенные типы фильтров:

• Песчаные. Используют слой песка в качестве фильтрующего материала. Однослойные фильтры содержат один слой песка. Многослойные модели имеют несколько слоев песка с разной зернистостью.
• Дисковые. Состоят из набора дисков с прорезями, которые задерживают взвешенные частицы.

Для восстановления пропускной способности фильтрующих элементов необходимо проводить их регенерацию, которая может осуществляться обратной промывкой водой или воздухом.

Физико-химическое методы

Для водоочистки при переработке пластмасс и ПЭТ используются флотация и реагентная обработка. Данный выбор обусловлен тем, что стоки, образующиеся при вторичной переработке флексов, содержат фенолы, формальдегид и хлорсодержащие соединения.

Флотационный метод основан на аэрации сточных вод. Частицы загрязнений прикрепляются к пузырькам воздуха и поднимаются силой Архимеда к свободной поверхности жидкости. Для интенсификации данного процесса в очищаемую воду добавляют флокулянты и коагулянты, которые агломеризируют мелкодисперсные частицы 1–5 мкм в крупные структуры. Образовавшаяся пена снимается посредством скребка.

Реагентная обработка нейтрализует органические и неорганические кислоты и щелочи, присутствующие в стоках. С этой целью применяются:

• CaO (оксид кальция);
• Ca(OH)₂ (гидроксид кальция), NaOH (гидроксид натрия), KOH (гидроксид калия);
• CaCO₃ (карбонат кальция), МgCO₃ (карбонат магния), Na₂CO₃ (карбонат натрия).

В качестве финальной стадии доочистки осветленной воды может использоваться озонирование. Этот способ способствует удалению ПАВ и биологических контаминантов из стоков. Ввиду того, что озон обладает высокой окислительной способностью, он преобразует растворенные металлы в их оксиды, что благоприятствует улучшенному осаждению.

Удаление и обезвоживание осадка

В ходе переработки отходов полимеров содержание загрязняющих веществ в оборотной воде быстро накапливается. Это ведет к работе системы водоочистки в режиме повышенной нагрузки и образованию ила в существенных объемах. Следовательно, скорость и полнота удаления этого осадка из системы напрямую влияют на эффективность ее работы. В свою очередь оперативность и качество обезвоживания этого ила определяют затраты на его последующую транспортировку и утилизацию на полигонах.

Наиболее распространенными устройствами для обезвоживания жидкого штамма являются:

• декантерные центрифуги;
• шнековые дегидраторы;
• фильтр-прессы различных конструкций.

Шнековый обезвоживатель функционирует посредством механического уплотнения твердой фазы осадка за счет геометрии шнека и отжима из него жидкости.

В декантерной центрифуге осаждение твердых частиц из шлама происходит под воздействием центробежной силы, возникающей при вращении барабана. В сравнении со шнековыми дегидраторами, декантеры демонстрируют более высокую результативность, однако имеют существенно большую стоимость.

Особенностью рамных фильтр-прессов является цикличность процесса работы. Устройство необходимо заполнить жидким илом, затем остановить подачу и произвести выгрузку осушенного шлама. В связи с этим во время простоя требуется наличие второго фильтр-пресса либо буферной емкости для накопления ила.

Внедрение системы замкнутого цикла водоочистки на предприятии, специализирующемся на переработке полимерных отходов, обеспечивает не только соответствие природоохранным нормам и требованиям действующего законодательства, но и позволяет снизить издержки, связанные с потреблением свежей воды и отведением сточных вод.