Мембранная ультрафильтрация послеспиртовой барды.

 

Мембранную фильтрацию фугата послеспиртовой барды для механического обезвоживания в процессе непрерывного разделения получения концентата с содержанием твердой фазы для производства сухой DDGS необходимо разделить на несколько этапов.

• 1). Микрофильтрацию - для сепарирования частиц размером от 0,1 до 10 микрон (100…10000 нанометров) - задерживаются взвешенные частицы, бактерии и макромолекулы.

• 2). Ультрафильтрацию для разделения частиц размером от 0,005 до 0,05 микрон (5…50 нанометров) - соли, сахара, органические кислоты и низкомолекулярные пептиды проходят через мембрану, в то время как белки, жиры и полисахариды удерживаются.

• 3). Нанофильтрацию для разделения частиц размером от 0,0005 до 0,005 микрон (0,5…5 нанометров). Нанофильтрация позволяет малым ионам проходить через мембрану, но удерживает более крупные из них, а также сахара, красители, ПАВ и минералы.

• 4). Обратный осмос для получения чистой воды, питьевого качества

Удалять воду простым фильтрованием всегда значительно дешевле, нежели использовать процесс выпаривания, используемый в классических схемах утилизации послеспиртовой барды. Мембранный модуль фильтрации при этом надежно и недорого осуществляет предварительное концентрирование фугата, полученного от декантера и последовательно позволяет увеличить производительность установки сушки барды до стандарта DDGS.

Основное назначение фильтрационной установки - сконцентрировать остатки белков и их гидролизаты до максимально возможной концентрации, разделив при этом фугат с декантера на два потока: фильтрат с низким ХПК и БПК, и концентрат с содержанием сухих веществ не менее 17 %, что позволяет данный продукт далее эффективно переработать в корм животным.

Исходным продуктом для фильтрационной установки является фугат, поступающий с декантерной центрифуги с содержанием сухих веществ до 7% масс. Сухой остаток в фугате представлен белакми и их гидролизатами в виде взвесей и молекулярных соединений, а также остатками дрожжей и их гидролизатами, полисахаридами и неразрушенными дрожжевыми клетками. Фактически, в фугате содержится тот букет веществ, которые и вызывают загрязнение окружающей среды (ХПК и БПК фугата около 60 000 мг О2/л). На спиртовом заводе с производительностью по спирту 3000 дал/сутки образуется фугата до 350 м3/сутки.

Концентрирование на ультрафильтрационной установке производится в 4-5 раз по объему с получением концентрата с содержанием сухих веществ 17%. Температура фильтрации фугата послеспиртовой барды на керамических мембранах может достигать 85°С, а в случае с полимерными мембранами ограничена 50°C.

Как видно на фото, концентрат после ультрафильтрации все еще недостаточно густой, да и пермеат слабо напоминает питьевую воду, а скорее ослиную мочу. Поэтому их необходимо дополнительно обрабатывать.... например, концентрат от установки ультрафильтрации можно смешать с кеком от декантера или например, создав разряжение в ультра фильтрационной установке на стороне пермеата при помощи самовсасывающего насоса или вакуум насоса. Этим нехитрым способом можно увеличить и пропусную способность и концентрацию.. "А не разорвет ли фильтрационную мембрану?"- спросите вы. "А хрен его знает" - отвечу я, на все воля божья и ваши кривые руки. Но тема мембранной фильтрации безусловно интересная.

В основу мембранной технологии положена тангенциальная фильтрация на базе керамических мембран. Керамические мембраны изготовлены из Al2O3 и являются химически стойкими, как к кислым, так и щелочным средам во всем диапазоне рН. Послеспиртовая барда, как правило, имеет кислую среду и рН в пределах 3,5-4,5.

Стойкость мембран к кислой и щелочной среде открывает возможность их регенерации путем химической мойки, например, 2-3 % раствором натриевой щелочи и 0,5-1 % раствором азотной кислоты. Температурная устойчивость мембран позволяет производить термическую стерилизацию фильтрационной установки. Стерилизация возможна также содержащими хлор, например, раствором гипохлорида натрия.

Мембранную фильтрацию зачастую используют взамен традиционной фильтрации на кизельгуре или диатомитовой земле в глюкозо-паточном производстве.

 

Краткие выводы:

• Использование мембранной фильтрации взамен выпарной установки экономит тепловую энергию и расходы на газ;

• Мембранная фильтрация позволяет простыми средствами увеличить производительность спиртового завода по выпуску сухой барды.

• Положительно решается вопрос защиты природных водоемов от вредного воздействия производственных стоков спиртовых заводов.

 

Вот и компания АльфаЛаваль также отметилась в продвижении своих мембранных установок на российский рынок. Ниже отмечены их установки. Компания предлагает поэтапную мембранную фильтрацию, т.е. вначале микро-, затем ультра- и нано-. До обратного осмоса я думаю у вас денег не хватит...

Установка мембранной фильтрации таким образом состоит из нескольких модулей, которым должен предшествовать этап механичесой очистки послеспиртовой барды или декантирования. Декантерные центрифуги и сепараторы используют для механического обезвоживания осадков, т.е. разделения на твердые и жидкие, а также для этого подходят вакуум-фильтры, фильтры-прессы, флотаторы. Условно все эти аппараты можно разделить на три группы: 1 - отечественного производства, 2 - выпускаемые у нас по зарубежным лицензиям и 3 - зарубежные.

Таким образом, на выходе мембранной установки дополнительно можно получать практически чистую воду, пригодную для повторного использования в технологическом цикле спиртового завода, так и для технических целей. При этом успешно решаются вопросы защиты окружающей среды от вредного воздействия стоков спиртовых заводов и значительно снижается плата за загрязнение.

 

Фильтрация с продольным потоком имеет преимущество перед тупиковой фильтрацией. Так как обрабатываемая жидкость протекает непрерывно вдоль мембраны, то на фильтре не образуется осадка, который мог бы привести к засорению и нестабильному течению. Непрерывный, автоматический процесс фильтрации обеспечивает устойчивое, контролируемое качество, а сами мембраны имеют продолжительный срок эксплуатации. Если мембранная фильтрация не приводит к образованию осадка на фильтре, то отсутствуют затраты на его удаление.

В таблице показана прибыль обычного спиртового завода 15000 дал/сутки, использующего только влажный кек после декантерных центрифуг, без использования жидкого фильтрата барды.

Следующая таблица показывает насколько увеличится прибыль спиртового завода с производительность 15000 дал спирта в сутки при полной утилизации исходной барды, включая сушку кека и упаривание фугата *взамен Выпарной установки для упаривания мы применим мембранную фильтрацию *, полученных с декантерных центрифуг.

 

Рассмотрим пожалуй механическую фильтрацию более подробно. Преимущество здесь имеют различные барабанные вакуум-фильтры, реже ленточные, дисковые, карусельные и фильтры периодического действия. На вакуум-фильтрах обезвоживают осадки, содержащие взвешенные вещества различного размера с концентрацией от 50 до 700 г/дм3. Считается, что толщина осадка в этом случае должна быть не менее 5 мм за время фильтрования около 4 мин. Температура подаваемого осадка может находиться в пределах от 0 до 100°С.

К преимуществам вакуум-фильтров следует отнести непрерывность в работе, возможность автоматизировать процесс разделения, потребность в сравнительно небольшой производственной площади, простоту и надежность в эксплуатации. Недостатки связаны с определенной ограниченностью в выборе продолжительности фильтровального цикла, а также сравнительно небольшим усилием фильтрования, создаваемым перепадом давлений на фильтровальной перегородке.

За рубежом используются вакуум-фильтры, выпускаемые фирмами Эймко, Комляйн-Сэндерсон, Петерсон, Дорр-Оливер (США), Филлип (Франция), Краус Маффей Империал (ФРГ), Кусунони Кикай (Япония) и др. В России основной производитель вакуум-фильтров - Уралхиммаш (г. Екатеринбург), а также Дегтярский машиностроительный завод.

Для обезвоживания труднофильтруемых осадков (ТФО) используют барабанные вакуум-фильтры со сходящим полотном, либо фильтры со слоем фильтровспомогательного вещества.

В настоящее время одним из основных методов механического обезвоживания и разделения осадков является фильтрование под давлением. Широкое применение различных фильтр-прессов объясняется их надежностью, раз­нообразием выпускаемых машин с очень большой площадью фильтрования, возможностью механизации, автоматизации и др.

Обезвоживание под давлением осадков сточных вод осуществляется на фильтр-прессах различных конструкций: рамных и камерных, ленточных, шнек-прессах, патронных, роторных и др. Основным преимуществом фильтр-прессов перед другими видами обезвоживаю­щего оборудования является универсальность и более глубокая степень обезвоживания.

Широкое распространение в производственной практике получили рамные фильтр-прессы.

Площадь фильтрования зарубежных прессов достигает 1000 м2 и более, отечественных - 140 м2. Следует отметить фильтр-прессы зарубежных фирм "Пассавант" (Германия), "Альфа-Лаваль" (Швеция), "Джонсон-прогресс" (Англия) "ТФАП" Япония и др.

В зарубежной практике для разделения осадков на твердые и жидкие используются непрерывнодействующие фильтр-прессы вертикального, горизонтального, барабанного и углового типа: "Унимат", "Дегремон", "Праестол", "Пассавант", "Визе", "Хюннят", "Аидриц", "Юнсон", "Пермутит ДСГ', "Эдвчрде и Джонс", "Рото-Плаг", "Клейн", "Энсо Гутцейт", "Кубота", "Симплекс-Юнимит", 'Тува пресс", "Уинкли пресс", "Гайсвайд", "Винкель пресс", "Дифенбах", "Флок пресс", "Динамик пресс", "Бифар" и др., производимых в Германии, США, Англии, Японии, Франции, Швеции, Финляндии и др.

В России широкое     распространение     получили     фильтр-прессы     автоматические     ФПАКМ      (КМП)      завода  "Прогресс" в г. Бердичев (Украина). Началось внедрение автоматизированных фильтр-прессов ЧМ (НПК, Восточная Украина)

В отечественной практике выпуск фильтр-прессов осуществляется механическими заводами "Экофильтр",  "Уралхиммаш"  (г. Екатеринбург); ленточные фильтр-прессы "СиР" выпускаются ЗАО "ЭкоФильтрВнедрение" (г. Казань) и др. Отметим, что при благоприятной конъюнктуре Уралхиммаш мог бы покрыть любую отечественную потребность в фильтр-прессах.

Большое влияние на работу вакуум-фильтров и фильтр-прессов оказывают фильтровальные перегородки, и, прежде всего фильтровальные ткани, от них зависит производительность аппаратов, влажность осадка, качество фильтрата.

В практике давно применяют центробежное oборудование - центрифуги и сепараторы. К преимуществам центрифуг и сепараторов следует отнести наиболее высокую производительность по сравнению с другими аппаратами механического обезвоживания и разделения, а также их компактность. Можно прогнозировать, что за центрифугами и сепараторами будущее.

Декантеры или Центрифуги можно условно разделить на два класса: фильтрующие и осадительные центрифуги. Наиболее широко используются центрифуги типа ОГШ, которых разработано и эксплуатируется множество: «Полимайзер Шарплз», «Альфа», «Лаваль», «Флоттвег», «Хумбольд», «Вестфалия Сепаратор», «Эшшер-Висс» и др. В отечественной практике в основном для обработки осадков станций аэрации применение нашли шнековые декантерные центрифуги, выпускаемые Сумским машиностроительным объединением: ОГШ-352 К-03, ОГШ-502 К-04, ОГШ-631 К-02 и К-05, ОГШ-10001 К-01, ОГШ-501 К-10 и К-11. Последние модели декантерных центрифуг с удлиненным ротором созданы специально для обработки осадков сточных вод. Следует отметить, что в случае использования декантерных центрифуг практически всегда необходимо отрабатывать технологию флокулирования исходного осадка для уменьшения его выноса с фугатом и получения удовлетворительной влажности обезвоженного осадка (кек).

 В заключении отметим, что в промышленной практике для обработки осадков, в том числе и послеспиртовой барды до стандарта DDGS, используется самое разное отечественно оборудование, начиная с обычных рамных фильтр-прессов. В спиртовой промышленности высоко стремление купить и использовать дорогостоящие зарубежные высокопроизводительные декантерные центрифуги или непрерывнодействующие фильтр-прессы, как это декларируется в коммунальном хозяйстве, но на смену импорту пришли декантерные центрифуги от СвердНИИхиммаш, Россия.

Cсылки:

 

 

Акт испытаний декантерной центрифуги НГ-500 с пакетом сепарирующих тарелок производимой СвердНИИхиммашем на спиртовом заводе

 

В октябре - ноябре 1998 года в ферментном отделении спиртового цеха БХЗ проведены промышленные испытания центрифуги НГ-500 на барде, получаемой в производстве спирта.

Целью испытаний явилось определение качества разделения барды на декантерной центрифуге, определение ее производительности по исходной послеспиртовой барде, определение влажности получаемого осадка, проведение сравнительных испытаний на ферментном участке центрифуги ОГШ-501К-II (Украина) с центрифугой НГ-500 (Россия).

В процессе испытаний на центрифугу поступал а барда с концентрацией твердой фазы в ней от 40 до 60 г/дм3, с водородным показателем от 3,15 до 4,1  и температурой от 12 до 69 градусов Цельсия. Перед подачей на центрифугу, барда выдерживалась после приема из спиртового отделения в чанах от нескольких часов (свежая барда) до 3х и 5-ти суток (выдержанная барда).

В процессе испытаний измеряли производительность декантерной центрифуги по исходной барде от 4х до 20-22 м3/час и определяли лабораторными методами концентрацию твердой фазы в фугате и влажность осадка.

 

Декантерная Центрифуга НГ-500 была испытана в двух конструктивных вариантах:

1 вариант - декантерная центрифуга с пакетом сепарирующих тарелок,

2 вариант - декантерная центрифуга без пакета сепарирующих тарелок.

 

Время работы декантерной центрифуги НГ-500 во время испытаний составило 125 часов.

 

Результаты испытаний приведены в таблице № 1.

 

 

Из таблицы видно, что при работе на старой барде (выдержанной более 3х- 5 ти суток) состав твердой фазы в фугате соответствует выдержанной барде, влажность осадка больше 75%, а при работе на свежей барде влажность осадка низкая, а содержание твердой фазы в фугате высокое. Из-за плохой разделяемости работа центрифуги на свежей барде не рекомендуется.

Декантерная Центрифуга НГ-500 с пакетом сепарирующих тарелок, рекомендуется к работе на послеспиртовой барде, получаемой в производстве спирта спиртовых заводов, с производительностью не более 10 м3/ час (потребляемый электродвигателем ток при этом равен 30А). Без пакета сепарирующих тарелок центрифуга рекомендуется к работе с производительностью не более 20 м3/час (потребляемый электродвигателем ток при этом равен 35А). Фугат при этих режимах работы центрифуги требует дополнительной очистки на сепараторе.

Удовлетворительное качество разделения послеспиртовой барды, обеспечивающее сбросные нормы, достигается при работе центрифуги с производительностью не более 5 м3/час.

 

Дополнитльно были проведены испытания декантерной центрифуги НГ-500 с пакетом сепарирующих тарелок с целью дополнительных испытаний центрифуги ОГШ-501к-II

Фугат от центрифугу ОГШ-501К-II был подан на центрифугу НГ-500. Температура фугата была 42 гр. Цельсия. Влажность получаемого осадка не определялась. Концентрация твердой фазы в фугате в зависимости от производительности центрифуги по исходной суспензии следующая:

Q= 3.5 м3/час      - концентрация твердой фазы в фугате - 3 г/дм3

Q= 5 м3/час         - концентрация твердой фазы в фугате - 5 г/дм3

Q= 7 м3/час         - концентрация твердой фазы в фугате - 6,6 г/дм3

Q= 10 м3/час       - концентрация твердой фазы в фугате - 12,5 г/дм3

Q= 20...25 м3/час - концентрация твердой фазы в фугате - 16,7 г/дм3

 

Содержание твердой фазы в исходной суспензии 34 г/ дм3 (имеется фугат из центрифуги ОГШ-501к-II).

 

Начальник спиртового цеха                   ____________ В.Т.Ботанин

Ст. мастер ферментного участка                   ________ А.А. Поротников

Представитель АООТ "СвердНИИхиммаш"   ________ А.Е. Фотеев

 

 

 

Рамный фильтр-пресс

ZHF filter

Свечной фильтр

De-Alcoholization Membrane Unit

Еще раз про ультрафильтрацию барды, и что микрофильтрационные мембраны быстро забиваются

Что стоит знать о мембранах ультрафильтрации.