Ионный обмен
Гетерогенный ионный обмен, или ионообменная сорбция, представляет собой процесс взаимодействия раствора с твердой фазой (ионитом), обладающей свойством обменивать ионы, содержащиеся в ней, на другие ионы, присутствующие в растворе.
Ионообменная очистка сточных вод позволяет извлекать и утилизировать следующие загрязняющие вещества: тяжелые цветные металлы (медь, никель, цинк, свинец, кадмий и др.), хром, ПАВ, цианистые соединения и радиоактивные вещества. При этом достигается высокая степень очистки сточной воды (до уровня ПДК), а также обеспечивается возможность ее повторного использования в технологических процессах или в системах оборотного водоснабжения. Кроме того, иониты используются для обессоливания воды в процессе водоподготовки.
Различают неорганические (минеральные) и органические иониты. По знаку заряда обменивающихся ионов все иониты подразделяются на катиониты, проявляющие кислотные свойства, и аниониты, обладающие основными свойствами. Ионитами могут быть как природные вещества, так и вещества, полученные искусственно (синтетические).
К природным неорганическим ионитам относятся цеолиты, глинистые материалы, полевые шпаты, слюды и др.
К природным органическим ионитам относятся гуминовые кислоты углей и почв, обладающие слабокислотными свойствами.
Наибольшее значение для очистки сточных вод и процессов водоподготовки в настоящее время имеют синтетические иониты, к которым относятся ионообменные смолы.
Регенерация ионитов. Характерной особенностью ионитов является их обратимость, т. е. возможность восстановления обменной емкости после насыщения, что достигается проведением реакции ионного обмена в обратном направлении. Этот процесс называется регенерацией. Регенерационные растворы называются элюатами. В их состав входят катионы или анионы, извлеченные ионитами из сточных вод.
Электрохимическая очистка сточных вод
Методы электрохимической очистки сточных вод используются для выделения из них различных растворимых и диспергированных примесей, как органических, так и неорганических.
Анодное окисление и катодное восстановление. Процессы электрохимического окисления-восстановления проводят в электролизере.
В процессах анодного окисления вещества, находящиеся в сточных водах, либо полностью распадаются, либо образуются менее токсичные вещества, которые удаляют другими методами. Таким методом сточные воды очищают от цианидов, роданидов, нитросоединений, формальдегида, сульфидов, меркаптанов и ряда других веществ.
Катодное восстановление металлов используют для выделения из сточных вод следующих ионов тяжелых металлов: Pb2+, Sn2+, Hg2+, Cu2+ и др.
Электрокоагуляция. Электрокоагуляционные методы очистки сточных вод используются в отечественной практике для выделения хрома. При реализации этого метода протекают следующие физико-химические процессы: электролиз воды, поляризация частиц, электрофорез, окислительно-восстановительные процессы, взаимодействие продуктов электролиза друг с другом.
Электрофлотация. Метод электрофлотационной очистки сточных вод основан на переносе загрязняющих частиц из объема жидкости на ее поверхность пузырьками газов, образующихся при электролизе сточных вод. Устройства, в которых протекает этот процесс, называются электрофлотаторами. На катоде выделяется водород, а на аноде — кислород. Основные флотационные процессы протекают с участием водорода. Методами электрофлотации очищают сточные воды нефтеперерабатывающих заводов, целлюлозно-бумажных комбинатов и других предприятий.
Электродиализ. Электродиализом называется процесс переноса ионов через мембрану под действием приложенного к ней электрического поля. Для очистки сточных вод методом электродиализа используют электрически активные ионитовые мембраны. Электролиз используют для опреснения соленых вод, а также для очистки промышленных сточных вод и отработанных технологических растворов.
Гальванокоагуляционная очистка сточных вод. В настоящее время для очистки кислых сточных вод от ионов тяжелых металлов и доочистки нейтрализованных стоков на ряде заводов используется метод гальванокоагуляции, основанный на использовании эффекта гальванического элемента железо—кокс и железо—медь, помещенного в очищаемый раствор.