4. Очистка сточных вод методами обратного осмоса и ультрафилътрациий.

Обратным осмосом (обессоливание воды, водоподготовка ТЭЦ) и ультрафильтрацией называют процессы фильтрования растворов через полупроницаемые мембраны под давлением, превышающим осмотическое давление. Мембраны пропускают молекулы растворителя задерживая растворенные вещества. При обратном осмосе отделяются частицы (молекулы, гидратированные ионы), размеры которых не превышают размеров молекул растворителя. При ультрафильтрации размер отдельных частиц d_ч на порядок больше. Условные границы применения процессов Процесс (d_ч мм) Обратный осмос(0,0001-0,001), Ультрафильтрация(0,001-0,02). Давление, необходимое для проведения обратного осмоса (6-10 МПа), значительно больше, чем для процесса ультрафильтрации (0,1-0,5 МПа).( Рис. Схема установки обратного осмоса: 1 – насос высокого давления; 2 – модуль обратного осмоса; 3 – мембрана; 4 – выпускной клапан)

Достоинствами метода: отсутствие фазовых переходов при отделении примесей, возможность проведения процесса при комнатных температурах с небольшими добавками химических реагентов; простота конструкций аппаратуры. Недостатки метода: возникновение явления концентрационной поляризации, которое заключается в росте концентрации растворенного вещества у поверхности мембраны.

Эффективность процесса зависит от мембран. Они должны обладать: высокой разделяющей способностью (селективностью), большой удельной производительностью (проницаемостью), устойчивостью к действию среды, неизменностью характеристик в процессе эксплуатации, достаточной механической прочностью, низкой стоимостью. Процесс мембранного разделения зависит от давления, гидродинамических условий и конструкции аппарата, природы и концентрации сточных вод, содержания в них примесей, температуры.

Применяют непористые – динамические и диффузионные мембраны, и пористые мембраны в виде тонких пленок, изготовленные из полимерных материалов. Наибольшее распространение получили полимерные мембраны из ацетатцеллюлозы. Разрабатываются мембраны из полиэтилена, фторированного этиленпропиленового сополимера, политетрафторэтилена, пористого стекла, ацетобутирата целлюлозы и др.Конструкция аппаратов для проведения процессов обратного осмоса и ультрафильтрации должна обеспечивать большую поверхность мембран в единице объема, простоту сборки и монтажа, механическую прочность и герметичность. По способу укладки мембран аппараты делят:1) типа фильтр-пресс с плоскопараллельными фильтрующими устройствами;2) с трубчатыми фильтрующими элементами; 3) с рулонными или спиральными элементами; 4) с мембранами в виде полых волокон.

5. Химические методы очистки сточных вод: нейтрализация, окисление и восстановление. К химическим методам очистки СВ относят нейтрализацию, окисление и восстановление. Все эти методы связаны с расходом различных реагентов, поэтому дороги. Хим.очистку проводят иногда как предварительную перед биологической очисткой или после нее как метод доочистки сточных вод. Нейтрализация. СВ, содержащие минеральные кислоты или щелочи, перед сбросом их в водоемы нейтрализуют до рН = 6,5-8,5. Нейтрализацию проводят путем: смешением кислых и щелочных сточных вод, добавлением реагентов, фильтрованием кислых вод через нейтрализующие материалы, абсорбцией кислых газов щелочными водами или абсорбцией аммиака кислыми водами. Выбор метода нейтрализации зависит от объема и концентрации СВ, Нейтрализация смешением. Применяют, если на одном предприятии или на соседних предприятиях имеются кислые и щелочные воды, не загрязненные другими компонентами. Кислые и щелочные воды смешивают в емкости с мешалкой. Нейтрализация путем добавления реагентов. Для нейтрализации кислых водиспользуют: NaOH, КОН(если они являются отходами производства), Na₂CO₃, NH₄OH (аммиачная вода), СаСО₃, MgCO₃. Са(ОН)₂ 5-10% известковое молоко. Нейтрализация фильтрованием кислых вод через нейтрализующие материалы. Кислые воды фильтруют через слой магнезита, доломита, известняка, твердых отходов (шлак, зола). Процесс ведут в фильтрах-нейтрализаторах, которые могут быть горизонтальными или вертикальными. Нейтрализация кислыми газами. Для нейтрализации щелочных сточных вод используют ОГ, содержащие СО₂, SO₂, NO₂, N₂O₃ и др. Что позволяет одновременно производить очистку самих газов от вредных компонентов. Процесс нейтрализации может быть проведен в реакторах с мешалкой, в распылительных, пленочных и тарельчатых колоннах. Окисление и восстановление. Для очистки СВ используют следующие окислители: газообразный и сжиженный хлор, диоксид хлора, хлорат кальция, гипохлориты кальция и натрия, перманганат калия, бихромат калия, пероксид водорода, кислород воздуха, пероксосерные кислоты, озон, пиролюзит и др. Окисление хлором. Хлор и вещества, содержащие «активный» хлор, являются наиболее распространенными окислителями. Их используют для очистки СВ от сероводорода, гидросульфида, метилсернистых соединений, фенолов, цианидов и др. При введении хлора в воду образуются хлорноватистая и соляная кислоты:С1₂+Н₂О=НОС1+НС1. Далее происходит диссоциация хлорноватистой кислоты, степень которой зависит от рН среды. При рН = 4 молекулярный хлор практически отсутствует: Сумма– называется свободным “активным” хлором. Процесс хлорирования проводят в хлораторах периодического и непрерывного действия, напорных и вакуумных.Окисление пероксидом водорода. Н₂О₂ может быть использована для окисления нитритов, альдегидов, фенолов, цианидов, серосодержащих отходов, активных красителей. Промышленность выпускает 85 – 95%-ный пероксид водорода и пергидроль, содержащий 30% Н₂О. Пероксид водорода в кислой и щелочной средах разлагается по следующим схемам:2Н⁺+Н₂О₂+2е → 2Н₂О₂: 2ОН^-+Н₂О₂+2е → 2Н₂О+2О^2-. Окисление кислородом воздуха. Кислород воздуха используют при очистке воды от железа для окисления соединений двухвалентного железа в трехвалентное с последующим отделением от воды гидроксида железа. Реакция окисления в водном растворе протекает по схеме: 4Fe²⁺+O₂+2H₂O = 4Fe³⁺+4OH^-, Fe³⁺+3H₂O=Fe(OH)₃+3H⁺. Окисление проводят при аэрировании воздуха через СВ. Гидроксид железа отстаивают в контактном резервуаре, а затем отфильтровывают. Процесс упрощенной аэрации. В этом случае над поверхностью фильтра разбрызгивают воду, которая в виде капель падает на поверхность фильтрующей загрузки. При контакте капель воды с воздухом происходит окисление железа. Кислородом воздуха окисляют также сульфидные стоки целлюлозных, нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводов. Озонирование. Окисление озоном позволяет одновременно обеспечить обесцвечивание воды, устранение привкусов и запахов и обеззараживание. Озонированием можно очищать сточные воды от фенолов, нефтепродуктов, сероводорода, соединений мышьяка, ПАВ, цианидов, красителей, канцерогенных ароматических углеводородов, пестицидов и др. При обработке воды озоном происходит разложение органических веществ и обеззараживание воды; бактерии погибают. Растворимость озона в воде зависит от рН и содержания в воде растворимых веществ. Концентрация озона в смеси – около 3%. Для усиления процесса окисления смесь диспергируют в сточной воде на мельчайшие пузырьки газа. Озонирование представляет собой процесс абсорбции, сопровождаемый хим. реакцией в жидкой фазе. Поскольку озон приближается к сильным отравляющим веществам, на установках очистки сточных вод озонированием предусматривается стадия очистки ОГ от остатков озона Очистка восстановлением. Методы восстановительной очистки СВ применяют когда они содержат легко восстанавливаемые вещества. Методы используют для удаления из СВ соединений ртути, хрома, мышьяка. Органические соединения ртути сначала окисляют с разрушением соединения, затем катионы ртути восстанавливают до металлической ртути. Для восстановления ртути и ее соединений предложено применять сульфид железа, боргидрид натрия, гидросульфит натрия, гидразин, железный порошок, сероводород, алюминиевую пудру и др. Мышьяк в сточных водах находится в виде кислородсодержащих молекул, а также в виде анионов тиосолей AsS₂^-, AsS₃^3-. Удаления мышьяка из СВ осаждение его в виде труднорастворимых соединений. Метод очистки СВ от веществ, содержащих шестивалентный хром, основан на восстановлении его до трехвалентного с последующим осаждением в виде гидроксида в щелочной среде.