Вопрос 4.
Наноматериалы для очистки питьевой воды.
Мембранная дегазация
Способ получения
Из расплава полимера в специальном аппарате (экструдере) вытягивается тонкая трубочка. Материал этой трубки таков, что при "застывании" (полимеризации) в нем образуются участки с различной структурой: одни участки эластичные (способные растягиваться), а другие кристаллические (не способные растягиваться). Сразу же после того, как трубочка застыла, ее подвергают строго дозированному растяжению. При этом кристаллические участки "рвутся", и в стенках образуются микроотверстия строго определенного размера. Эти отверстия в дальнейшем и отвечают за фильтрацию воды. Изменяя параметры экструзии и растяжения, можно получать полые волокна различного диаметра и различной пористости. Далее, нарезанные в размер по длине, полые волокна собирают в пучок и сгибают пополам на 180 градусов в виде "петель" таким образом, чтобы "выходы" и "входы" трубок находились с одной стороны пучка. Затем концы трубок заливают специальным полимерным клеем. После застывания клея часть его срезают, чтобы вскрылись входы в трубки. Затем эту конструкцию помещают в корпус, направляющий поток воды, и фильтр-элемент готов. Вода поступает со стороны петель, фильтруется через стенки трубок и чистая выходит по трубкам из фильтра.
Технология очистки
Мембранная дегазация основана на использовании специальных мембран большой площади, размещенных в напорных корпусах. Газообмен происходит в микропорах мембраны, обладающей огромной поверхностью. Благодаря этим факторам достигается компактность установок и снижается вероятность вторичного механического и биологического загрязнения воды. МД позволяют удалить растворенные газы из потока воды без его диспергирования; собственно дегазация протекает в системе вода–мембрана–газовый поток. В мембранах дегазатора отсутствует поток жидкости сквозь поры мембраны. Мембрана служит инертной газопроницаемой стенкой, которая разделяет жидкую и газообразную фазы.
Область применения
|
Применение мембран |
Описание технологии |
|
Микрофильтрация и ультрафильтрация | |
|
Аэробная биологическая очистка |
Мембрана применяется для отделения очищенных сточных вод от иловых масс, образовавшихся в процессе очистки с помощью биологически активного ила. Подобные процессы проводят в мембранных биореакторах. Разделительный мембранный модуль может быть погружен внутрь биореактора или находиться вне его |
|
Анаэробная биологическая очистка |
Мембрана применяется для отделения очищенных сточных вод от биомасс, образовавшихся в анаэробном реакторе полного смешения |
|
Аэрация при биологической очистке |
Плоские, рамочные, трубчатые, половолоконные мембраны используются для подачи чистого кислорода в биореактор. Подобные процессы проводят в мембранных аэрационных биореакторах |
|
Мембранная экстракция при биологической очистке |
Мембраны применяются для экстракции разлагающихся органических молекул из неорганических компонентов (кислот, оснований и солей) сточных вод с последующей биологической очисткой. Подобные процессы проводят в экстракционных мембранных биореакторах |
|
Предварительная очистка для эффективной дезинфекции |
Применяется для удаления остаточных взвешенных твердых частиц из вторичных промышленных отходов или из сточных вод с глубины или с поверхности фильтра для достижения эффективной дезинфекции с использованием хлора, ультрафиолетового излучения |
|
Предварительная очистка для нанофильтрации и обратного осмоса |
Микрофильтрация применяется для удаления остаточных коллоидных и взвешенных твердых частиц как этап предварительной очистки |
|
Нанофильтрация | |
|
Оборотное водоснабжение предприятий (повторное использование сточных вод после очистки) |
Нанофильтрация применяется для очистки предварительно отфильтрованных стоков (обычно с микрофильтрацией) для вторичного использования |
|
Умягчение воды и очищенных сточных вод |
Используется для снижения концентрации ионов, способствующих появлению жесткости |
|
Обратный осмос (Гиперфильтрация) | |
|
Оборотное водоснабжение предприятий (повторное использование сточных вод после очистки) |
Используется для обессоливания предварительно очищенных сточных вод(обычно с электрофлотацией и ультрафильтрацией). Также можно применять для обеззараживания воды, когда используется обратный осмос |
|
Мембранное концентрирование загрязнений |
Процессы обратного осмоса, как было подтверждено, способны удалять большие количества отобранных компонентов |
|
Двухстадийная очистка в процессе водоподготовки для котельных и бойлеров |
Две стадии обратного осмоса применяются для производства воды, пригодной для бойлерных, работающих под высоким давлением |
Характеристики мембранных процессов
|
Мембранный процесс |
Размер пор, мкм |
Рабочее давление, бар |
Мембранные элементы | |
|
Материал |
Конфигурация | |||
|
Микрофильтрация |
0,02-4,0 |
<2 |
Полипропилен, ПВДФ, лавсан, фторопласт, керамика |
Рулонные, полые волокна, трубчатые |
|
Ультрафильтрация |
0,02-0,2 |
1-10 |
Полипропилен, акрилонитрил, ПВДФ, полисульфон, керамика |
Рулонные,половолоконные, трубчатые |
|
Нанофильтрация |
0,001-0,01 |
5-35 |
Ацетат целлюлозы, ароматические полиамиды (полисульфон), керамика* |
Рулонные, половолоконные, трубчатые* |
|
Обратный осмос |
0,0001-0,001 |
10-70 |
Ацетат целлюлозы, ароматические полиамиды |
Рулонные, половолоконные, плоскорамные |
Углеродная смесь высокой реакционной способности (УСВР).
Способ получения
Создатель из обычного углерода, того самого, что является самым распространенным на Земле химическим элементом, синтезировал химическое соединение, способное к взрывообразному разложению. Это соединение после смачивания способно проникать в межслоевые пространства графита (СУС) и находиться в таком состоянии сколь угодно долго, никак себя не проявляя. Однако при взрыве критического количества молекул этого соединения начинается цепная реакция.
Запустить ее можно различными видами воздействия: механическим (ударом), химическим, путем нагревания до 150-200°С и даже направленным мощным звуком. При каждом взрыве заложенной молекулы от общей массы графита (СУС) отделяется ОДИН атомарный углеродный слой — графен.
В результате неуправляемой холодной цепной реакции происходит радикальная деструкция СУС, и объем графита увеличивается в 500 раз. При этом кусок графита превращается в легчайший чёрный пух, содержащий до 20% наноструктур.
Технология очистки.
В фильтрах УСВР позволяет очищать воду от микроорганизмов: бактерий и вирусов. Микроорганизмы не могут плавать в воде свободно, им обязательно нужно «сесть» на микроплотик — какую-нибудь мелкую взвесь. Поскольку УСВР удерживает любые, даже самые мелкие взвеси, то вместе с ними удерживаются и любые микроорганизмы: они остаются в толще УСВР, а вода очищается от любых бактерий и вирусов. Однако, микроорганизмы, находящиеся в разветвлённой структуре УСВР, могут продолжать размножаться. Поэтому для того, чтобы микроорганизмы не размножались в толще УСВР, следует применить те или иные меры, например, в УСВР-фильтрах для питьевой воды УСВР серебрят.
Область применения.
обезвреживание токсичных отходов и деструкция боевых отравляющих веществ;
высококачественная очистка питьевой воды;
локализация и тушение пожаров токсичных и горючих жидкостей на суше и водной поверхности;
ликвидация аварийных проливов нефти и нефтепродуктов на суше и водной поверхности, соответствующая рекультивация грунтов;
создание медицинских препаратов;
удаление из табачного дыма полиароматических углеводородов, которые являются сильнейшими канцерогенами;
влагоудержание в песчаных и солонцовых почвах;
тепловая и антикоррозийная защита тепловых магистралей и котлового оборудования;
очистка сточных вод.
Очистка и обеззараживания воды на основе электрофизической ионизации.
Способ получения.
Создание электрического поля.
Технология очистки.
Методом электрофизичекой ионизации обепечивается обеззараживание воды от вирусов (10-7-10-8 нм) и бактерий, присутствующих в природных и сточных водах, благодаря электрическому полю. Принцип электроактивационной очистки воды от загрязняющих её примесей состоит в том, что под действием электронов, обладающих достаточной энергией, происходит радиолиз воды. Таким образом в основе метода лежит процесс анодного растворения металлов под действием проходящего через жидкость электрического тока. Перешедшие в воду катионы металла (алюминия, железа и др.) гидролизуются с образованием гидроксидов металлов и служат активными коагулянтами для коллоидно-дисперсных примесей. В результате взаимодействия частиц примесей с частицами электрогенерированного коагулянта образуются агрегаты частиц, которые в зависимости от плотности тока выпадают в осадок или всплывают на поверхность жидкости в виде пены, т.е. происходит стерилизация очищаемой воды. При этом не образуются новые токсичные вещества.
Область применения.
Очистка бассейнов, электрофизическая дезинфекция воды, очистка сточных вод.