Электрохимические методы

Электрохимические методы очистки имеют ряд преимуществ перед химическими способами: упрощенная технологическая схема при эксплуатации производственных установок; легкая автоматизация их работы; меньшие производственные площади, необходимые для размещения очистных сооружений; возможность обработки сточных вод без их предварительного разбавления; неувеличение солесодержания стоков и уменьшение количества осадков после обработки сточных вод. К недостаткам следует отнести большие затраты электроэнергии и металлов (алюминия, железа), высокие выходы по току, необходимость предварительной очистки от грубодисперсных примесей. К данной группе методов относятся электрокоагуляция, гальванокоагуляция, электрофлотация.

Электролитическое извлечение меди из низкоконцентрированных водных растворов затруднено диффузионными ограничениями тока. Эта проблема может быть решена при помощи объемно-пористых проточных электродов, в частности катодов из углеродных волокнистых материалов. При применении таких электродов для очистки промывных растворов производства печатных плат было обнаружено явление сращивания углеродных волокон кристаллами выделяющегося металла и ухудшение вследствие этого характеристик электрода, поэтому отечественными учеными Варенцовым В.К., Юсиным С.И., Варенцовой В.И. был предложен способ извлечения цветных металлов из низкоконцентрированных растворов в электролизерах проточного типа с катодом из терморасширенного графита. Выбор материала обусловлен тем, что терморасширенный графит имеет большую удельную поверхность и поверхностные кислородсодержащие функциональные группы, которые могут быть центрами адсорбции ионов цветных металлов. При этом частички графита с металлическим покрытием оседают на дно электролизера и легко извлекаются без остановки процесса.

Мембранные методы

К мембранным методам относятся электродиализ, обратный осмос и ультрафильтрация. Преимущества мембранной очистки заключаются в возможности очистки до требований ПДК и утилизации ценных компонентов. Тем не менее данная группа методов не находит широкого промышленного применения для очистки сточных вод. К недостаткам следует отнести необходимость предварительной очистки воды от грубодисперсных примесей, дефицитность и дороговизна мембран, сложность эксплуатации, чувствительность мембран к изменению параметров очищаемых стоков.

Исследователи из центра CBEN Университета Райс (США) создали реактивную мембрану из ферроксана (ferroxane), то есть керамики на основе оксида железа. Благодаря уникальным химическим свойствам железа эти реактивные мембраны позволяют очищать воду, удаляя из нее загрязняющие вещества и органические отходы. При использовании мембран из алюмоксана (alumoxane), то есть керамики на основе оксида алюминия, ученые научились управлять их свойствами (толщиной, распределением диаметров пор, проницаемостью), контролируя размеры алюмоксановых частиц и режим термической обработки мембраны.

Наноструктурные керамические мембраны способны фильтровать и очищать воду в пассивном и активном режимах. Керамические мембраны можно использовать в традиционных системах очистки загрязненной воды и воздуха. Интеграция нанокатализаторов и методов очистки воды позволяет получить новые преимущества. Нанокатализаторы - это вещества или материалы, которые обладают каталитическими свойствами и имеют по крайней мере один наноразмер. Благодаря увеличению поверхностной площади нанокатализаторы обладают большей контактной поверхностью и более эффективно реагируют, чем сплошные материалы. Нанокатализаторы можно использовать, например, для очистки загрязненных грунтовых вод, в обычных устройствах для очистки воды, а затем восстанавливать их (то есть возвращать в рабочее состояние) с помощью наномембран.