Физико-химический этап[править | править вики-текст]

Данные методы используют для очистки от растворенных примесей, а в некоторых случаях и от взвешенных веществ. Многие методы физико-химической очистки требуют предварительного глубокого выделения из сточной воды взвешенных веществ, для чего широко используют процесс коагуляции.

В настоящее время в связи с использованием оборотных систем водоснабжения существенно увеличивается применение физико-химических методов очистки сточных вод, основными из которых являются:

— флотация; — сорбция; — центрифугирование; — ионообменная и электрохимическая очистка; — гиперфильтрация; — нейтрализация; — экстракция; — эвапорация; — выпаривание, испарение и кристаллизация.

Важным этапом при очистке сточных вод является механическое обезвоживание осадка. На данный момент существует несколько технологий обезвоживания - с помощью камерных фильтр-прессов, с помощью ленточных прессов и с помощью центрифуг (декантеров). Каждая технология имеет свои плюсы и минусы (занимаемая площадь, энергопотребление, стоимость и тп). При обезвоживании обычно используют реагент (флокулянт) для увеличения эффективности обезвоживания. В настоящее время широкое применение получает использование центрифуг для обезвоживания. Качество разделения жидкой и твердой фракции самое высокое из вышеупомянутых технологий.

10. Описать механизм очистки воды ионообменными установками

Ионообменные фильтры для воды чаще всего используются для устранения солей жесткости. Связано это с тем, что активные компоненты  катионитов легко вытесняют только соединения двухвалентных металлов (кальция и магния). Существуют ионообменные смолы для фильтров воды с дополнительными добавками, способными улавливать и другие загрязнения. Однако традиционно подобные системы фильтрации используются именно для умягчения воды. 

Механизм ионного обмена

Реакции замещения (ионного обмена) основаны на связывании «целевых» ионов в нерастворимые комплексы. По такому принципу ионообменные фильтры, загруженные соединениями щелочных металлов (натрия или калия), легко взаимодействуют с солями жесткости и удерживая кальций и магний в образующихся комплексах.

Механизм реакции ионообого обмена катионитов

2 NaR + Ca(HCO3)2 →CaR2 + 2NaHCO3;

2 NaR + Mg(HCO3)2 →MgR2 + 2NaHCO3;

2 NaR + CaCl2 →CaR2 + 2NaCl;

2 NaR + MgSO4 →MgR2 + Na2SO4;

2 NaR + CaSiO3 →CaR2 + Na2SiO3,

Для восстановления работоспособности ионообменный фильтр достаточно промыть раствором обычным раствором поваренной соли. При этом происходит обратная реакция восстановления активных комплексов:

 CaR+2NaCl→CaCl2↓+Na2R

MgR+2NaCl→MgCl2↓+Na2R

В случае если в состав ионообменной смолы входит анион слабой кислоты, то такие фильтры называют катионитами. Аниониты, образуемые сильными кислотами, (аниониты) в свою очередь, способны обмениваться анионами (отрицательно заряженными частицами).

Механизм реакции ионного обмена анионитов

CaCO3+RSO4→RCO3+CaSO4↓

MgCO3+RSO4→RCO3+MgSO4↓

Схема фильтра (классический вариант прямоточной технологии)

ИВ — исходная вода; OS — обработанная вода; Р — реагент

По схожим механизмам фильтрации работают и ионообменные картриджи, которые появились на рынке относительно недавно и имеют ряд ключевых преимуществ перед массивными колоннами.

11. Объяснить сущность процессов катионирования, анионирования

Обработка воды методом ионного обмена основана на способности некоторых практически нерастворимых в воде веществ, называемых ионообменными материалами, или ионитами, изменять в желаемом направлении ионный состав воды. Для этого обрабатываемая вода пропускается через фильтры, загруженные ионитами. Просачиваясь между зернами ионита, обрабатываемая вода обменивает часть ионов растворенных в ней электролитов на эквивалентное количество ионов ионита, в результате чего изменяется ионный состав, как фильтруемой воды, так и самого ионита.

Катионированием называется процесс обмена катионов между веществами (электролитами), растворенными в воде, и твердым нерастворимым веществом, погруженным в эту воду и называется катионитом.

Как катионирование, так и анионирование получили широкое применение на ТЭС для умягчения, обессоливания и обескремнивания добавочной питательной воды парогенераторов, загрязненных конденсатов и подпиточной воды тепловых сетей.

Обработка воды методом ионного обмена принципиально отличается от обработки воды методами осаждения тем, что удаляемые из нее примеси не образуют осадка, и тем, что такая обработка не требует непрерывного дозирования реагентов. В связи с этим эксплуатация водоподготовительных установок, работающих по методу ионного обмена, значительно проще, габариты аппаратов меньше, а эффект обработки выше, чем установок, работающих по методу осаждения.

Катион, который катионит отдает в раствор взамен поглощаемых катионов, называется обменным. Свойства применяемых в технике катионитов таковы, что в их состав могут быть введены разные обменные катионы. Однако для практики водообработки важными являются только три обменных катиона – натрий, водород и аммоний. В зависимости от того, каким из этих катионов ‹заряжен› катионит, различают три процесса: натрий-катионирование (Na-катионирование), водород-катионирование (Н-катионирование) и аммоний-катионирование ( -катионирование).

Анионирование, как следует из названия, применяется для извлечения растворенных анионов из воды. Анионированию подвергается вода, уже прошедшая предварительное катионирование. Регенерацию анионитного фильтра проводят щелочью (NaOH). Поглощать из воды анионы сильных кислот способны как сильно-, так и слабоосновные аниониты. Анионы слабых кислот – угольной и кремниевой – поглощаются только сильноосновными анионитами. Для сильноосновных анионитов в качестве регенеранта применяют раствор NaOH (поэтому процесс называют также гидроксид-анионированием).