- •Введение
- •Характеристика природных вод и их примесей
- •Основные показатели качества воды, их определение
- •Удаление из воды коллоидных и мелкодисперсных взвешенных частиц
- •Ионообменный метод очистки воды
- •Умягчение воды
- •Опреснение и обессоливание воды
- •Обеззараживание воды.
- •Дегазация воды.
- •Водопотребление на химическом предприятии. Создание водооборотных циклов.
- •Список использованной литературы.
Опреснение и обессоливание воды
Процесс удаления солей из воды в зависимости от степени их извлечения называется обессоливанием или опреснением. При обессоливании воды снижают концентрацию растворенных солей до предела, близкого к содержанию их в дистиллированной воде, а при опреснении воды – до концентрации, допустимой при использовании воды для хозяйственно-питьевых нужд.
Методы обессоливания воды можно условно разделить на две группы: физические и физико-химические.
К физическим методам относятся дистилляция и вымораживание.
При использовании метода дистилляции воду нагревают до кипения, пары проходят через холодильник, конденсируются и дистиллят собирается в приемник. Этим способом можно освободиться от всех растворенных нелетучих веществ.
Вымораживание основано на использовании явления разделения кристаллов пресного льда и рассола при замерзании соленой воды. Температура замерзания рассола ниже температуры замерзания чистой воды и зависит от концентрации солей. Поэтому в твердое состояние вначале переходит чистая вода, а некоторое количество рассола оказывается включенным в массу пресного льда.
С увеличением температуры окружающей среды первыми в жидкое состояние переходят включения рассола, которые с частью растаявшего пресного льда идут в сброс. Когда температура окружающей среды повышается до 4 оС, остается рыхлая масса пресного льда, при таянии которого и получается пригодная для использования пресная вода.
К физико-химическим методам опреснения и обессоливания воды относятся обратный осмос, электродиализ и ионный обмен.
Обратный осмос (гиперфильтрация) представляет собой процесс разделения растворов фильтрованием через мембраны с порами примерно 1 нм, которые проницаемы для молекул воды, но непроницаемы для гидратированных ионов.
Как известно, самопроизвольный переход воды в раствор через полупроницаемую перегородку обусловлен движущей силой, называемой осмотическим давлением. Если в растворе повысить давление сверх осмотического, то наблюдается переход растворителя в обратном направлении – обратный осмос. Давление, необходимое для проведения процесса составляет 6-10 МПа. Обратный осмос широко используется для обессоливания в системах водоподготовки ТЭЦ и предприятий различных отраслей промышленности (полупроводников, кинескопов, медикаментов). В последнее время гиперфильтрация начала применяться и для умягчения воды.
Достоинствами метода являются: отсутствие фазовых переходов при отделении примесей; возможность проведения процесса при комнатных температурах без применения реагентов; простота конструкций аппаратуры. Недостатки метода: возникновение явления концентрационной поляризации, которое заключается в росте концентрации растворенного вещества у поверхности мембраны. Это приводит к уменьшению производительности установки, степени разделения компонентов и срока службы мембран.
Электродиализ – это процесс обессоливания воды основанный на разделении ионизированных веществ под действием электродвижущей силы. Процесс проводят в электродиализаторах, простейшая конструкция которых состоит из камер, отделенных одна от другой мембранами (рис. 5).
O2 H2
H+
|
| | | | | | | |
Cl-
Na+
|
| | | | | | | |
OH-
|
_
+
HCl NaCl NaOH
Рис. 5. Схема электродиализатора с пористыми диафрагмами.
В среднюю камеру заливают солевой раствор, а в боковые – чистую воду. Анионы током переносятся в анодное пространство. На аноде выделяется кислород, а в анодном пространстве образуется кислота. Одновременно катионы переносятся в катодное пространство. На катоде выделяется водород, а катодном пространстве образуется щелочь. По мере прохождения тока концентрация солей в средней камере уменьшается, стремясь к минимальному значению.
Кроме простых пористых мембран также используют электрохимически активные (ионообменные) мембраны. В данном случае повышается эффективность процесса и снижается расход электроэнергии. Ионообменные мембраны проницаемы только для ионов, имеющих заряд того же знака, что и у подвижных ионов.
Для обессоливания воды применяют гомогенные и гетерогенные мембраны. Гомогенные мембраны состоят только из одной ионообменной смолы и имеют малую механическую прочность. Гетерогенные диафрагмы представляют собой порошок ионита, смешанный со связующим веществом – каучуком, полистиролом и др. Из этой смеси вальцеванием получают пластины с малым электрическим сопротивлением. На эффективность работы электродиализатора большое влияние оказывает расстояние между мембранами. Обычно оно составляет 1-2 мм. Во избежание засорения мембран очищаемую воду освобождают от взвешенных и коллоидных частиц.
Для деминерализации (обессоливания) воды также используется метод ионного обмена. Для этого воду последовательно пропускают сначала через Н – катионит, а затем через ОН - анионит. Химизм процесса обессоливания можно выразить следующими уравнениями:
Н[Kат] + NaCl ⇄ Na[Kат] + HCl
[Aн]OH + HCl ⇄ [Aн]Cl + H2O
На рис. 6 представлена схема обессоливания воды с последовательным применением Н-катионирования и ОН-анионирования. Вода последовательно проходит через катионитовый 1, затем анионитовый 2 фильтры и попадает в дегазатор 3, где она освобождается от диоксида углерода и кислорода. Далее обработанная вода через сборник 4 направляется к потребителю.
H2O CO2, O2
1 2
\\\\\\\ ///////
\\\\\\\ /////// 3
\\\\\\\ ///////
4
H2O
◍
Рис. 6. Схема установки для обессоливания воды ионитами:
1 – катионитовый фильтр; 2 – анионитовый фильтр;
3 – дегазатор; 4 – сборник воды.