Оптимизация работы обратноосмотической установки очистки оборотных вод Амурского гидрометаллургического комбината

Здравствуйте. Тема моей магистерской диссертации: «Оптимизация работы обратноосмотической установки очистки оборотных вод Амурского гидрометаллургического комбината».

Целью было моделирование работы промышленной установки обратного осмоса в лабораторных условиях, изучение параметров работы и выбор оптимальных условий. Необходимо было выбрать марку антискаланта наиболее подходящую для данного процесса и определить его оптимальную концентрацию. Антискаланты – вещества, временно сдерживающие образование осадка за счет удержания растворов в пересыщенном состоянии и замедления роста кристаллов. Моделирование проводилась по удельной солевой нагрузке на мембрану.

Для очистки на стадию обратного осмоса подается вода со стадии фильтрации хвостов цианидного выщелачивания в процессе гидрометаллургической переработки золотосодержащего концентрата. После очистки исходный поток делится на два: пермеат, очищенный поток, который возвращается в начало гидрометаллургического процесса и концентрат, который идет на захоронение.

Система обратного осмоса состоит из четырех ступеней. Вода перед подачей на первую ступень проходит предварительную очистку на трех фильтрах. Пермеат с первой ступени проходит дальнейшую очистку на второй и третье ступенях, концентрат со второй и третьей ступени возвращается на вход в первую ступень. Концентрат с первой ступени обратного осмоса концентрируется на четвертой ступени, после чего идет на сброс, пермеат с четвертой ступени направляется на вход второй ступени. 85% поступающей воды возвращается в процесс и только 15% сбрасывается.

На данном слайде представлены некоторые показатели качества воды поступающей в блок обратного осмоса. Для нас наиболее важными являлись ионы кальция, так как вместе с сульфатами они образуют слаборастворимый сульфат кальция. Концентрация кальция в насыщенном растворе сульфата кальция составляет 121 мг/л (по Лурье). Значит, поступающий раствор оказывается пересыщенным по сульфату кальция. Возможно выпадение осадка, который загрязняет мембрану. Хлор оказывает негативное влияние на извлечение золота. Моделирование солевой нагрузки проводилось подачей пересыщенного раствора сульфата кальция.

Экспериментальная установка состоит из: обратноосмотической установки Шарья М1*100, бака с мешалкой объемом 30 литров, снабженного системой контроля уровня жидкости, двух баков подачи реагентов, бака подачи антискаланта, трех пересталитических насосов, двух фильтров очистки водопроводной воды. Реагенты и антискалант насосами подавались в бак с мешалкой и оттуда полученный раствор поступал в установку. Обратноосмотическая установка снабжена двумя вентилями для регулирования рециркуляции внутри установки и выдачи пермеата и манометром показывающим давление внутри аппарата. Красными точками выделены места отбора проб для анализа их на содержание кальция и хлора.

На слайде представлена типичная кривая зависимости давления от времени. В работе установки можно выделить 3 этапа: первый – выход на режим, наблюдается рост давления до постоянного значения, второй – этап стабильной работы и третий – сход установки с режима, мембрана загрязнена, наблюдается резкий рост давления.

Нами было исследовано влияние шести различных марок антискалантов в концентрации 30 мг/л. Это концентрация рекомендована производителем. Был проведен опыт без использования антискаланта. Давление 14 бар принято за критическое. Установка проработала около 50 минут. В целом использование антискалантов продлевает время работы мембраны. Наилучшие результаты показал антискаланта А3. Кроме того, этот антискалант оказался единственным который не образует осадок с солями железа.

Для антискаланта А3 была проведена серия опытов по установлению его наилучшей концентрации для данного процесса. Были проведены опыты при концентрациях 50, 100 и 150 мг/л. Каждый опыт проводился 3 раза, а для концентрации 100 мг/л шесть раз. При концентрации 100 мг/л за всю рабочую смену давление в установке не достигло критического значения. Исходя из этого концентрация 100 мг/л принята как оптимальная для данного процесса.

На основе данных анализов проб исходного потока, пермеата и концентрата был составлен материальный баланс установки по кальцию и хлору. Из первой таблицы видно, что при использовании неудачного антискаланта наблюдается большой дебаланс по кальцию. Почти четверть поступающего кальция остается в установке. Из материального баланса видно, что селективность установки по кальцию и хлору не соответствует указанной производителем. Селективность должна составлять не менее 2%. Для кальция она составила 5,8%, а для хлора 26%. Это может быть связано с более жесткими условиями работы мембраны, чем те при которых тестировались мембраны.

Также были рассмотрены варианты химического осаждения кальция в виде карбоната кальция. Осаждение СО2 невозможно из-за того, что идет подкисление раствора, а он содержит цианид-ионы, которые образуют летучую синильную кислоту. Осаждение содой требует большой затраты реагентов 149,6 т/мес. При цене 15 руб/кг это затраты на соду составляют около 3 тысяч рублей в час. При использовании обратного осмоса основные затраты приходятся на электроэнергию. Мощность установки составляет 863 кВт. При цене на электроэнергию в Хабаровском крае для промышленных предприятий 2,25 руб/кВт затраты составляют 1941,75 рубль.

Обратный осмос находит широкое применение при опреснении морской воды. Удельная мощность такой установки составляет 4 кВт*ч/м3, для сравнения выпарная установка для обессоливания морской воды при отборе того же количества чистой воды затрачивает 10 кВт*ч/м3. Установка установленная на АГМК затрачивает 11,5 кВт*ч/м3. Это связано с тем, что выдача пермеата на АГМК – 85%, тогда как на установках для опреснения морской воды 30-35%.