7.3. Знесолення води без зміни її агрегатного стану

Екстракція з розчинів є фізичним методом розділення рідких сумішей, заснований на неоднаковому рівноважному розподілі компонентів розчину між двома фазами, що утворюються при введенні додаткової речовини – екстрагенту.

Процес екстракційного опріснення складається з трьох стадій:

• власне екстракції, що полягає у змішанні вихідної води і екстрагенту з подальшим розділенням водної і органічної фаз;

• сепарації – відділення екстрагованої води і розсолу від розчинника попереднім розшаруванням при зміні температури екстракту і рафінаду;

• десорбції – витягання залишків розчинника з опрісненої води і розсолу (спосіб десорбції залежить від властивостей використовуваного екстрагента).

Як екстрагенти, що якнайповніше задовольняють вимогам процесу екстракції води, можуть використовуватися триетиламін, діетилметиламін, діпропиламін і інші рідкі, тверді й газоподібні розчинники.

Принципова схема опріснення води рідкими амінами наведена на рис. 22. Основою її є вузол екстракції – сепарації. Процес протікає в протиточному екстракційному апараті, де солона вода контактує з розчинником, що переміщується від низу до верху. Екстракт, що містить прісну воду, прямує через систему теплообмінників і нагрівач в сепаратор гравітаційного типу, де в результаті підвищення темпера-тури і зміни розчинності відбува-ється розділення фаз. Відокрем-лений розчинник через теплооб-мінник і холодильник поверта-ється в цикл, а опріснена вода і рафінат із залишками розчинника прямують для його витягання в десорбційні апарати. З метою запобігання концентрації солей в екстрагенті при підвищеному вмісті солей у вихідній воді рекомендується циркуляція частини екстракту, що виділяється в сепараторі проміжним підігрівом.

Застосування методу екстракції найдоцільніше для опріснення мало жорстких вод, забруднених органічними домішками. Широкому промисловому впровадженню методу перешкоджає відсутність екстрагентів, які достатньо добре розчинюють сіль і не змішуються з водою, що не дозволяє використовувати їх для екстрагування з води сольових розчинів.

Процес опріснення солоних вод методом електродіалізу заснований на видаленні іонів солей з розчину під дією поля постійного електричного струму за допомогою селективнопроникних іонітних мембран.

Відділення іонів солей від води можна спостерігати, якщо у ванну з солоною водою помістити катод і анод, сполучені з джерелом постійного струму (рис. 23). Під дією різниці потенціалів починається переміщення іонів відповідно до знаку їх заряду, тобто катіони пересуваються до катода, а аніони - до анода. При розрядці іонів на катодній пластині виділяється натрій, який миттєво розчиняється водою з утворенням лугу, і вільний водень у вигляді бульбашок газу. Одночасно на поверхні анодної пластини виділяються кисень і хлор і утворюється соляна кислота в результаті взаємодії атомарного хлору з водою. Поблизу катода і анода вода стає відповідно лужною і кислою. Якщо розділити ванну іонопроникними мембранами на три камери, то солона вода, що знаходиться між мембранами, поступово опріснюється. Це відбувається тому, що в електродних камерах накопичуються іони Н⁺ і ОН^-, які беруть участь в перенесенні електрики через центральну камеру, де вони з'єднуються, утворюючи воду. Іони ж Na⁺ і С1^-, що перейшли в електродні камери, видаляються з них разом з кислою і лужною водою.

Проте внаслідок дифузії відбувається одночасно і безладне переміщення іонів Н⁺ і ОН^-, а також іонів солей, внаслідок чого останні знову повертаються з анодної і катодної камер в центральну. Для того, щоб виключити процес дифузії, необхідно, щоб іонопроникні мембрани володіли селективністю, тобто здатністю пропускати іони із зарядом одного знаку. Іншими словами, позитивно заряджені мембрани (аніоноактивні) повинні пропускати тільки аніони, а негативно заряджені (катіоноактивні) – тільки катіони.

Був одержаний численний ряд селективно-проникних мембран, що мають великий опір дифузії і високу електропровідність. До їх числа відносяться гомогенні (поліконденсаційні, внутрішньо полімерні, щеплені, активовані), гетерогенні й просочувальні іонітні мембрани, що набули широкого поширення в сучасних електродіалізних установках. Іонітні мембрани виготовляють з органічних іонообмінних смол (катіонітів і аніонітів), що практично не розчинні у воді, активні групи яких здатні до обмінних реакцій в розчинах.

Отримання селективних іонопроникних (іонообмінних) мембран визначило можливість застосування багатокамерних електродіалізаторів з багатьма парами катіоно- і аніоноактивних мембран.

Такі установки є ваннами, що складаються звичайно з 100-200 гідравлічних камер, які можуть бути сполучені послідовно або паралельно з горизонтальною або вертикальною циркуляцією води (рис. 24). У даний час набули поширення переважно електродіалізні ванни фільтропресного типу. У цих ваннах мембрани, розташовані між катодом і анодом, розділені рамками з діелектрика. Під дією електричного поля іони, що знаходяться в розчині, приходять у впорядкований рух. Катіони рухаються в одному напрямі, а аніони в протилежному. При цьому селективнопроникні мембрани виключають можливість зворотного надходження іонів у знесолену воду. Таким чином, з непарних камер ні аніони, ні катіони не можуть пройти в сусідні камери внаслідок того, що знак їх заряду співпадає із знаком відповідно катіоноактивних і аніоноактивних мембран. У результаті концентрація солей у воді в одних камерах (парних) починає падати, тобто відбувається процес опріснення, а в непарних, навпаки, концентрація солей зростає, що призводить до утворення розсолу. Одержані знесолена вода (ділюат) і концентрований розчин виводяться з системи.