5. Применение методов ионного обмена и выпаривания для очистки сточной воды.

Ионообменная очистка применяется для извлечения и утилизации из сточных вод тяжелых металлов (цинка, меди, хрома, никеля, свинца, ртути, кадмия, ванадия, марганца), а также соединений мышьяка, фосфора, цианистых соединений и радиоактивных веществ. Метод позволяет очищать сточную воду до предельно допустимых концентраций. Метод ионного обмена представляет собой процесс взаимодействия раствора с твердым веществом - ионитом, обладающим способностью обменивать ионы, содержащиеся в нем, на ионы, присутствующие в растворе. Вещества, составляющие эту твердую фазу, называют ионитами. Они практически нерастворимы в воде. Иониты, обладающие кислотными свойствами (катиониты), способны поглощать из растворов электролитов положительные ионы, а щелочными свойствами (аниониты) отрицательные ионы.

Сточные воды пропускаются через ионитовые фильтры. Это материалы, которые захватывают загрязнения из стоков и взамен отдают ионы гидроксильной группы, натрия или гидрогена, которые не влияют на качество воды. Ионный обмен эффективен на завершающей стадии очистки сточных вод или при небольшой концентрации загрязнений.

Выпаривание - процесс сгущения (концентрирования) растворов твердых нелетучих веществ путем испарения растворителя при кипении раствора. Выпаривание применяют для очистки сточных вод от растворенных минеральных примесей, при обезвреживании радиоактивных сточных вод, а также от высоко агрессивных примесей. Выпаривание позволяет получать конденсаты воды высокой чистоты. Выпаривание применяют также для увеличения концентрации ценных солей, содержащихся в сточных водах, и ускорения последующей их кристаллизации. Различают простое выпаривание, проводимое в однокорпусных выпарных установках, в которых греющий пар используется однократно, а также многократное (многоступенчатое) выпаривание под вакуумом, проводимое в многокорпусных установках, где вторичный пар каждого предыдущего корпуса используется в качестве греющего пара для последующего корпуса (кроме последнего). Из последнего корпуса вторичный пар направляется в конденсатор.

6. Мембранные процессы очистки сточных вод (микрофильтрация, ультрафильтрация, нанофильтрация, обратный осмос).

Мембранный метод очистки сточных вод основан на свойствах пористых тел пропускать предпочтительнее одни вещества, чем другие. Выбор процесса зависит от: характера разделяемых веществ, требуемой степени разделения, производительности процесса и его экономической оценки.

Микрофильтрация – мембранное разделение коллоидных растворов и взвесей под действием давления. Размер частиц – от 0,1 до 10 мкм. Мелкие частицы растворенного вещества и растворитель проходят через мембрану, а концентрация задерживаемых частиц возрастает. Поток раствора вдоль разделительной мембраны позволяет удалять концентрированный слой, примеси твердых частиц и других образований, от которых была необходимость освободить раствор и растворитель. Прошедший через мембрану растворитель выносит микровключения, которые направляют на технологические линии для разделения в следующих циклах.

Ультрафильтрация. Размер пор мембраны ультрафильтрации в 10 раз меньше, чем у микрофильтрации и составляет 0,01 мкм. Может варьироваться от 0,001 мкм, до 0,05 мкм. Ультрафильтрация применяется для полного удаления из воды макромолекул сторонних примесей. Очень эффективна против простейших живых организмов, бактерий и большинства вирусов. Ультрафильтрация предназначена для концентрирования лиозолей при очистке сточных вод, растворов полимеров и их очистки от низкомолекулярных веществ. В процессе высокомолекулярные вещества задерживаются мембраной, а низкомолекулярные вещества и растворитель свободно проходят через ее поры.

Нанофильтрация – это разделение водных сред при помощи мембраны, имеющей менее плотный и более проницаемый селективный слой, чем для обратного осмоса. Нанофильтрационные мембраны по сравнению с мембранами обратноосмотическими имеют пониженную селективность, повышенную проницаемость и меньшее рабочее давление при заданной производительности.

Поры фильтрационной мембраны имеют размер около 0,001 мкм. Может варьироваться от 0,0008 мкм, до 0,01 мкм. Нанофильтрация способна убрать все примеси из воды, кроме ионов металлов и некоторых растворимых солей. Против всех остальных примесей показывает очень высокую эффективность, включая бактерии, вирусы, кислоты, растворенные пестициды и гербициды.

Установки обратного осмоса позволяют очистку воды от растворимых неорганических и органических загрязняющих примесей, высокомолекулярных соединений, взвешенных веществ, вирусов, бактерий и других вредных примесей. Суть в том, что мембраны собирают воду, которая в поверхностном слое не обладает растворяющей способностью, и через поры мембраны будет проходить только чистая вода, несмотря на то, что размер многих ионов загрязнителей меньше, чем размер молекул воды. При обратном осмосе отделяются частицы, размеры которых не превышают размеров молекул растворителя, при этом мембраной задерживаются как высокомолекулярные вещества, так и большая часть низкомолекулярных веществ, а проходит через поры мембраны только почти чистый растворитель.