2.9.3 Очищення стічних вод відновленням

Методи відновного очищення стічних вод застосовують для видалення із стічних вод сполук ртуті, хрому, миш'яку. В процесі очищення неорганічні сполуки ртуті відновлюють до металевої ртуті, яку відокремлюють від води відстоюванням, фільтруванням або флотацією. Для відновлення ртуті та її сполук застосовують сульфід заліза, боргідрид натрію, гідросульфіт натрію, гідразин, залізний порошок, сірководень, алюмінієву пудру.

Найбільш поширеним способом видалення миш'яку із стічних вод є осадження його у вигляді важкорозчинних сполук діоксидом сірки. Метод очищення стічних вод від речовин, що містять шестивалентний хром, оснований на відновленні його до тривалентного з наступним осадженням у вигляді гідроксиду в лужному середовищі. Як відновники використовують активне вугілля, сульфат заліза, бісульфат натрію, водень, діоксид сірки, відходи органічних речовин, піритні недогарок.

Для відновлення хрому найбільш часто використовують розчини гідросульфіта натрію.

Для осадження тривалентного хрому застосовують лужні реагенти Ca (OH) ₂, NaOH та ін: Cr ^{3 +} + OH ^- = Cr OH

За наявності соди у стічних водах хром повністю видаляється з них.

2.10 Використання мембранних технологій для очищення стічних вод

Дослідження процесів розділення з використанням молекулярних сит дозволило виділити мембранний метод, як найбільш перспективний для тонкого очищення. Цей метод характеризується високою чіткістю розділення сумішей речовин. Напівпроникна мембрана – перегородка, що володіє властивістю пропускати переважно певні компоненти рідких або газоподібних сумішей. Широко мембранний метод використовують для обробки води та водних розчинів, очищення стічних вод, очищення і концентрації розчинів.

2.10.1 Мембрани

Процеси мембранного розділення залежать від властивостей мембран, потоків у них і рушійних сил. Для цих процесів також важливий характер потоків до мембрани з боку розділених середовищ і відведення продуктів розділення з протилежного боку. Принципова відмінність мембранного методу від традиційних прийомів фільтрування – поділ продуктів у потоці, тобто поділ без осадження на фільтроматеріалі осаду, поступово закупорює робочу пористу поверхню фільтра. Основні вимоги, пропоновані до напівпроникну мембрану, що використовуються в процесах мембранного поділу, такі: висока роздільна здатність (селективність); висока питома продуктивність (проникність); хімічна стійкість до дії середовища поділюваної системи; незмінність характеристик при експлуатації; достатня механічна міцність, що відповідає умовам монтажу, транспортування та зберігання мембран; низька вартість. Для розділення або очищення деяких нетермостійких продуктів застосування мембранного методу є вирішальним, тому що цей метод працює при температурі навколишнього середовища.

У той же час мембранний метод має недолік – накопичення поділюваних продуктів поблизу робочої поверхні поділу. Це явище називають концентраційною поляризацією, яка зменшує проникнення поділюваних компонентів у прикордонний шар, проникність і селективність, а також скорочує терміни служби мембран. Для боротьби з цим явищем проводять турбулізацію шару рідини, котра прилягає до поверхні мембрани, щоб прискорити перенесення розчиненої речовини. Для мембран використовують різні матеріали, а відмінність у технології виготовлення мембран дозволяє отримати відмінні за структурою і конструкції мембрани, що застосовуються у процесах поділу різних видів. Процеси, що виникають при поділі сумішей, визначаються властивостями мембран. Необхідно враховувати молекулярні взаємодії між мембранами і розподільними потоками, фізико-хімічну природу яких визначає швидкість переносу. Ці взаємодії з матеріалом мембран відрізняють мембранний метод від мікроскопічних процесів звичайного фільтрування. Мембранні методи вирізняються типами використовуваних мембран, рушійними силами, що підтримують процеси поділу, а також галузями їх застосування. Існують мембранні методи шести типів: мікрофільтрація – процес мембранного розділення колоїдних розчинів і суспензій під дією тиску; ультрафільтрація – процес мембранного розділення рідких сумішей під дією тиску, оснований на розходженні молекулярних мас або молекулярних розмірів компонентів поділюваної суміші; зворотний осмос – процес мембранного розділення рідких розчинів шляхом проникнення через напівпроникну мембрану розчинника під дією прикладеного розчинного тиску, що перевищує його осмотичний тиск; діаліз – процес мембранного розділення за рахунок відмінності швидкостей дифузії речовин через мембрану, що проходить за наявності градієнта концентрації; електродіаліз – процес проходження іонів розчиненої речовини через мембрану під дією електричного поля у вигляді градієнта електричного потенціалу; розділення газів – процес мембранного розділення газових сумішей за рахунок гідростатичного тиску і градієнта концентрації.

У низці технологічних прийомів, що використовуються для розділення сумішей за розмірами частинок мембранним методам надають велике значення. Вибір процесу для застосування в заданій ділянці поділу сумішей залежить від різних факторів: характеру поділюваних речовин, необхідного ступеня поділу, продуктивності процесу і його економічної оцінки. Промислове використання процесів мембранного розділення вимагає надійного, стандартного і технологічного устаткування. Для цієї мети в наш час застосовують мембранні модулі, які компактні, надійні й економічні. Вибір конструкції модуля залежить від виду процесу розділення та умов експлуатації в промислових установках.

 Таблиця 2.13

Характеристика синтетичних мембран

Тип	Матеріал	Структура	Метод	Застосування
Керамічні й металічні	Глина, силікагель, алюмосилікат, графіт, срібло, вольфрам	Мікропори з діаметром від 0,05 до 20 мкм	Плавлення та спіканя керамічних чи металічних порошків	Фільтрування при підвищених температурах, розділення газів
Скляні	Скло	Мікропори з діаметром від 10 до 100 мкм	Виведення розчинної в кислоті фазі із двокомпонентної	Фільтрування суспензій і повітря
Спечені полімерні	Політетрафторетилен, поліетилен, поліпропилен	Мікропори з діаметром від 0,1 до 20 мкм	Плавлення и спікання полімерного порошку	Фільтрування суспензій і повітря
Протравлені	Полікарбонат, поліефір	Мікропори з діаметром від 0,02 до 20 мкм	Опромінення полімерної плівки і травлення кислотою	Фільтрування суспензій і біологічних розчинів
Симетричні мікропористі зі зворотною фазою	Целюлозні ефіри	Мікропори з діаметром від 0,1 до 10 мкм	Виливка полімерного розчину й осадження полімера осаджувачем	Стерильне фільтрування, очищення води, діаліз
Асиметричний	Целюлозний ефір, поліамід, полісульфон	Гомогенна чи мікропориста, «покриття» мікропористої підкладки	Лиття полімерного розчину і осадження полімера осаджувачем	Ультрафільтрація і розділення зворотним осмосом молекулярних розчинів
Складові	Целюлозний ефір, поліамід, полісульфон	Гомогенна полімерна плівка на мікропористій підкладці	Осадження тонкої плівки на мікропористій підкладці	Зворотний осмос, розділення молекулярних розчинів
Гомогенні	Силіконовий каучук	Гомогенна полімерна плівка	Екструзія гомогенної полімерної плівки	Розділення газів
Іонообмінні	Полівінілхлорид, полісульфон, поліетилен	Гомогенна чи мікропориста полімерна плівка з позитивно чи негативно зарядженими фиксованими іонами	Занурення іонообмінного порошку в полімер чи сульфонування й амінування гомогенної полімерної плівки	Електродіаліз, знесолювання

Таблиця 2.14

Промислові процеси розділення з використанням мембран

Процес	Мембрана	Рухома сила	Метод розділення	Застосування
Мікрофільтрація	Симетрична мікропориста мембрана с радіусом пор від 0,1 до 10 мкм	Гідростатичний тиск від 0,01 до 0,1 Мпа	Сітчастий механізм, зумовлений радіусом пор і адсорбцією	Стерильне фільтраційне освітлення
Ультрафільтрація	Асиметрична мікропориста мембрана с радіусом пор від 1 до 10 мкм	Гідростатичний тиск від 0,05 до 0,5 Мпа	Сітчастий механізм	Розділення макромолекулярних розчинів
Зворотний осмос	Асиметрична мембрана типу «оболонки»	Гідростатичний тиск від 20 до 10 Мпа	Механізм дифузії розчину	Відділення солей і мікророзчинених речовин від розчинів
Діаліз	Симетрична мікропориста мембрана з радіусом пор від 0,1 до 10 мкм	Градієнт концентрації	Дифузія в конвективному вільному шарі	Відділення солей і мікророзчинених речовин від макромолекулярних розчинів
Електродіаліз	Катіоно-аніонообмінні мембрани	Градієнт електричного потенціалу	Електричний заряд і розмір	Знесолювання іонних розчинів
Розділення газів	Гомогенний чи пористий полімер	Гідростатичний тиск, градієнт концентрації	Розчинність, дифузія	Розділення газових сумішей