Метод
электродиализа целесообразно применять
для очистки локальных стоков. Это дает
возможность использовать в рецикле не
только очищенную воду, но и сконцентрированные
вещества: кислоту, щелочь. Промывные
воды при наличии механических примесей
направляются на фильтр, заполненный
активированным углем, а при отсутствии
примесей - сразу в электродиализатор.
Электродиализатор разделен чередующимися
катионитовыми
и анионитовыми мембранами, образующими
те же чередующиеся концентрирующие
(рассольные) и обессоливающие (диэлюатные)
камеры. Через такую систему пропускается
постоянный ток, под действием которого
катионы, двигаясь к катоду ("-"),
проникают через катионитовые мембраны,
но задерживаются анионитовыми, а анионы,
двигаясь в направлении анода ("+"),
проходят через анионитовые мембраны,
но задерживаются катионитовыми. В
результате этого из одного ряда камер,
например, из ряда четных камер, ионы
обоих знаков выводятся в смежный,
нечетный, ряд камер (рис.4. 7).
Таким
образом, происходит очистка загрязненной
ионами воды, которая из четных камер
собирается в один поток, а сконцентрированные
соли из нечетных камер - в другой поток.
На рис.4.8 представлена принципиальная
схема электродиализной очистки промывных
и сточных вод. Катоды в электродиализаторах
изготавливаются из нержавеющей стали
или титана, аноды - из платинированного
титана или графита. Анионитовые и
катионитовые мембраны марок МА-40 и
МК-40 выпускаются серийно.
2024.6. Метод электродиализа
|
|
1 + |
|
1 + |
|
|
L. |
1 |
|
-I |
|
|
> t \ |
1 | |
|
- |
Г |
|
обессоленная вода ^ ' — — — — — - J |
' сконцентрированный раствор | |||
©
Рис.4.7.
Схема процесса электро диализ а:
К
- катионитовые мембраны, А - анионитовые
мембраны, (-) - катод, (+ ) - анод.
Рис.
4.8. Принципиальная схема электродиализной
очистки промывных и сточных вод:
1-накопитель стоков, 2-насос, 3-механический
фильтр, 4-сорбционный фильтр,
5-электродиализатор, 6-выпрямитель.
203
Очистка
сточных вод в электродиализаторах
ведется при следующих условиях:
величина
pH сточной воды 4-9
начальная
концентрация ионов тяжелых металлов
до 100 мг/л конечная концентрация ионов
тяжелых металлов до 0,1 мг/л солесодержание
в сточной воде, мг/л 100-5000
плотность
тока, А/дм2 0,8-1,8
скорость
потока, л/мин 0,5-0,7
температура,
°С 18-30.
Периодически
электродиализный комплекс промывается
серной кислотой. Эта операция позволяет
содержать электродиализатор в
работоспособном состоянии и избегать
избыточного электросопротивления от
образования пленки солей на мембранах.
Известны
примеры обработки промывных хромсодержащих
вод электродиализом.
Метод
обратного осмоса и ультрафильтрации
Процессы
обратного осмоса и ультрафильтрации
основаны на способности молекул воды
проникать через полупроницаемые
мембраны. Осмос - самопроизвольный
переход воды в раствор (например, сточные
воды), отделенный от него полупроницаемой
мембраной, при этом со стороны воды
возникает осмотическое давление
(рис.4.9 "а"). Уровень раствора
повышается до тех пор, пока разница в
уровнях не уравновесит осмотическое
давление (рис.4.9 "б"). При приложении
к раствору давления (р), превышающего
осмотическое давление (п),
возникает обратный ток воды через
полупроницаемую мембрану. При этом с
противоположной стороны мембраны можно
получить очищенную воду. На рис.4.9."в"
представлена схема условий возникновения
обратного осмоса. Это явление приводит
к тому, что из стоков удаляется вода, а
в стоках концентрируются ионы тяжелых
металлов и другие загрязнения. Этот
механизм справедлив как для
обратноосмотических (гиперфильтрационных),
так и для ультрафильтрационных установок.
Отличие заключается в практической
реализации этих методов. При обратном
осмосе отделяются частицы (молекулы,
гидратированные ионы), размеры
204
которых
сравнимы с размерами молекул воды
(диаметр частиц 0,0001-0,001 мкм). В
обратноосмотических установках
используют полупроницаемые мембраны
толщиной 0,1-0,2 мкм с порами 0,001 мкм под
давлением 6-10 МПа. При ультрафильтрации
размер отделяемых частиц на порядок
больше (диаметр частиц 0,001-0,02 мкм). В
ультрафильтрационных установках
применяют полупроницаемые мембраны с
порами 0,005-0,2 мкм под давлением 0,1-0,5 МПа.
полупроницаемые
мембраны
Рис.4.9.
Схема условий возникновения обратного
осмоса: (стрелки показывают направление
движения воды) "а" - осмос, "б"
- равновесие, "в" - обратный осмос.
Предложено
несколько вариантов механизма обратного
осмоса. По одному из них мембраны
собирают воду, которая в тонком слое
на поверхности мембраны не обладает
растворяющей способностью. Если толщина
слоя адсорбированных на поверхности
мембраны (в том числе и на внутренней
поверхности пор) молекул воды составляет
половину или более диаметра пор мембраны,
то под давлением через поры будет
проходить только чистая вода, несмотря
на то, что размер многих ионов меньше,
чем диаметр пор. Проникновению таких
ионов через поры препятствует возникающая
у них гидратная оболочка (рис.4.10). Размер
гидратных оболочек различен у разных
ионов. Если толщина адсорбированного
слоя молекул воды меньше половины
диаметра пор, то вместе с водой через
мембрану будут проникать и растворенные
вещества.
205
|
jjgjjgjjjjj! |
к к Н Й |
|
|
Soooc | |
1 Н |
|
|
«jjsjjsj |0j |
1 & |
|
|
Ш§!1 |
Ш |
1 |
|
Iff |
к к кк 1 |
|