2.7.4.5 Электродиализ

Этот метод – вариант ионного обмена. Но в нём ионитный слой заменён специальными ионообменными мембранами, а движущая сила – внешнее электрическое поле.

При наложении постоянного электрического поля на раствор в последнем возникает движение ионов растворённых солей, а также Н⁺ и ОН^-. При достижении катода катионы, а также молекулы воды восстанавливаются, например:

.

На аноде происходит окисление анионов:

,

.

Если в электродную ячейку поместить ионообменные мембраны: катионообменную, пропускающую только катионы, - около катода, а около анода – анионообменную, пропускающую только анионы, то объём ячейки разделится на три камеры (рисунок 2.7). В этом случае в катодную камеру из средней могут проходить лишь катионы, мигрирующие к катоду, а в анодную – анионы, мигрирующие к аноду. Значит, концентрация ионов в средней (второй по счёту, чётной) камере будет уменьшаться, в приэлектродных камерах – увеличиваться.

Рисунок 2.7 – Упрощенная принципиальная схема электродиализатора

Если электродную ячейку разделить на множество камер, то половина из них будет обессоливаться (чётные камеры), другая (нечётные камеры) – наоборот, насыщаться. Значит, очищенной от солей является вода (сточная вода) из чётных камер электродиализатора.

Мембраны для аппаратов производят в виде гибких листов прямо-угольной формы или рулонов полимерного связующего с порошком ионообменных смол. Наиболее эффективное использование электродиа-лизаторов – при концентрации солей в сточной воде 3 ... 8 г/л.

2.7.4.6 Гиперфильтрация (обратный осмос) и ультрафильтрация

Гиперфильтрация – процесс непрерывного молекулярного разделения растворов путём их фильтрования под давлением через полу-непроницаемые мембраны, задерживающие полностью или частично молекулы либо ионы растворённого вещества. При этом размеры отде-ляемых частиц (молекул, гидратированных ионов) сопоставимы с разме-рами молекул растворителя (воды). Необходимое давление, превышающее осмотическое давление растворённого вещества в растворе, может дости-гать 5 ... 10 МПа. Гиперфильтрация производится в случае относительно высокого осмотического давления растворённого вещества в растворе.

В растворах, содержащих высокомолекулярные вещества с максимальным диаметром частиц 0,5 мкм, осмотическое давление пренебрежимо мало. Для их разделения применяют процесс ультрафиль-трации на специальных мембранах, пропускающих лишь воду, ионы и молекулы низкомолекулярных соединений. В этом случае рабочее давле-ние в аппарате не превышает 0,5 МПа. Ультрафильтрацией также отделяют коллоидные частицы и мелкодисперсные фракции грубодисперсных веществ.

Наибольшей удельной площадью поверхности (на один кубический метр объёма аппарата, м²/м³) обладают аппараты из полых волокон малого (45 ... 200 мкм) диаметра, 20000 м²/м³. Производительность – до 1000 м³/сут.

7. Другие методы физико-химической очистки сточных вод

Эвапорация. Этот метод строится, в основном, либо на паро-циркуляционном процессе, либо на азеотропной ректификации. В первом случае загрязнения отгоняются с циркулирующим водяным паром. При этом сточные воды движутся через колонку с насадкой (загрузкой) навстречу острому пару, нагреваются до 100С, при этом находящиеся в них летучие примеси переходят в паровую фазу. Затем пар отмывается от загрязнений раствором щелочи.

Азеотропная ректификация основана на свойстве ряда летучих соединений образовывать нераздельнокипящие смеси с водой. В колоннах, обогреваемых паром, часть воды отгоняется в виде азеотропной смеси с загрязняющим компонентом. Из нижней части колонны выходят очищен-ные стоки, а из верхней части отводится пар и поступает в конденсатор. Конденсат после охлаждения направляется на сепарацию, где разделяется на два слоя - водный и органический. Водный слой сбрасывается в ёмкость исходной сточной воды, загрязняющий компонент – на переработку или использование.

Выпаривание. Применяется для увеличения концентрации солей, содержащихся в сточных водах, и ускорения их последующей кристал-лизации, а также для обезвреживания небольших количеств, например, радиоактивных сточных вод. Требует очень больших энергетических зат-рат.

Испарение осуществляется с открытой поверхности сточных вод на открытых испарительных площадках, площадь которых рассчитывается в зависимости от климатических условий и состояния грунтов.

Кристаллизация основана на различной растворимости веществ, содержащихся в сточных водах, при разных температурах. При изменении температуры получаются пересыщенные растворы находящихся в них веществ, затем их кристаллы. Метод применяется при очистке высоко-концентрированных сточных вод.

Термоокислительные методы – парофазное окисление («огневой метод»), жидкофазное окисление («мокрое сжигание»), парофазное каталитическое окисление.

При «огневом методе» сточные воды в распылённом состоянии вводятся в высокотемпературные продукты горения топлива и ис-паряются, при этом органические примеси сгорают. Минеральные при-меси образуют твёрдые или расплавленные частицы, они выводятся из рабочей камеры печи или уносятся с дымовыми газами.

Жидкофазное окисление органических примесей сточной воды кислородом воздуха производится при повышенных температурах (до 350С) и давлении.

Термокаталитическое окисление. Сточные воды подаются в выпар-ной аппарат, где пары воды и органических веществ, воздух и газы нагреваются до 300С, затем смесь идёт в контактный аппарат, загру-женный катализатором. Обезвреженная смесь охлаждается, конденсат используется в производстве.