9. Физико-химические основы процессов очистки сточных вод методом электродиа-лиза.

Сущность электрохимического обессоливания воды электродиализом заключается в том, что в электрическом поле, создаваемом при пропускании постоянного тока через слой воды, происходит перенос ионов растворенных в воде солей, причем катионы солей движутся к катоду установки, а анионы солей - к аноду установки. Пространство между анодом и катодом с помощью диафрагм разделено на отсеки; в среднем отсеке находится обессоливаемая вода. Под действием постоянного тока в анодный отсек переходят анионы (в рассматриваем случае Cl^-), а в катодный отсек - катионы (Na⁺), и находящаяся в среднем отсеке вода (или раствор) таким образом обессоливается. Кроме анионов растворенных в воде солей в переносе электричества принимают также участие диссоциированные ионы воды Н⁺ и ОН^-. В процессе электролиза ионы разряжаются на электродах:

(К): 2H⁺ + 2e = H₂; 2OH^- + 2Na⁺ = 2NaOH ; (А): 2Cl^- - 2e = Cl₂; OH^- + H⁺ = H₂O

Газообразный водород и хлор являются побочными продуктами обессоливания воды электродиализом. Это продукты высокой степени чистоты (более 99,8%) и могут быть реализованы как товарные продукты. Раствор щелочи (NаОН), полученный в катодном пространстве также является товарным продуктом. Вследствие большого расхода электроэнергии метод электрохимического обессоливания воды долгое время не получал широкого применения, потому что стоимость такого обессоливания была выше, чем при других методах. В последние годы удалось значительно повысить эффективность и экономичность обессоливания воды электродиализом. Это достигнуто благодаря внедрению специальных электрохимически активных диафрагм, которые отличаются от обычно применявшихся тем, что обладают избирательной ионопроводностью, то есть способны пропускать через себя либо анионы, либо катионы. Наличие ионитовых диафрагм не дает возможности ионам Н⁺ и ОН^- попадать в среднюю камеру, а также исключает встречное движение ионов из электродных камер.

10 Физико-химические основы мембранных процессов очистки (обратный осмос, ультрафильтрация).

Метод обратного осмоса заключается в фильтровании растворов под давлением через полупроницаемые мембраны, пропускающие растворитель и полностью или частично задерживающие молекулы или ионы растворенных веществ. В основе описываемого способа лежит явление осмоса - самопроизвольного перехода растворителя через полупроницаемую перегородку в раствор. Давление, при котором наступает равновесие, называется осмотическим. Если со стороны раствора приложить давление, превышающее осмотическое, то перенос растворителя будет осуществляться в обратном направлении, что отразилось в названии процесса "обратный осмос". Движущую силу процесса обратного осмоса в случае идеально полупроницаемой мембраны можно определить следующим образом: ΔР =Р -P₁ , где Р - избыточное (рабочее) давление над исходным раствором; P₁ - осмотическое давление раствора.

Узел обратного осмоса

Очищенная от взвесей вода насосами (3) с давлением до 2,5 МПа поступает на установки обратного осмоса (4) . Установка обратного осмоса предназначена для очистки воды от ионов растворенных в ней солей, а также органических веществ и взвесей размером менее 5 микрон. Процесс обратноосмотического обессоливания происходит в аппарате рулонного типа. Он представляет собой трубу, в которую вставлены рулонные фильтрующие элементы. Эти элементы изготавливают накручиванием вокруг центральной водоотводящей трубки со щелями полупроницаемых мембран, разделенных дренажными устройствами и турбулизаторами-разделителями. В процессе накручивания материалы, образующие мембранные пакеты, пропитывают клеевой композицией так, что получаются напорные и дренажные полости, отделенные друг от друга. Исходная вода подается на внешнюю поверхность рулонного фильтрующего элемента (РФЭ), движется по турбулизатору-разделителю по спирали к центру элемента. Здесь собирается очищенная вода и через торец РФЭ выводится концентрированный раствор солей. Таким образом, вода при помощи мембран разделяется на два потока: очищенную воду (пермеат) и концентрированный раствор солей (концентрат). Пермеат из каждого мембранного элемента собирается в коллекторе пермеата и с остаточным давлением до 0,4 МПа поступает к декарбонизаторам 6. На трубопроводе пермеата установлен обратный клапан 5, препятствующий обратному потоку. Концентрат собирается в коллекторе концентрата и затем по межцеховому трубопроводу направляется в колодец промливневой канализации, откуда самотеком поступает в пруд 7. Количество концентрата регулируется установ-ленной на трубопроводе ограничительной диафрагмой, настроенной на определенный расход на заводе-изготовителе установки. При необходимости изменения расхода, поток концентрата выводится из установки по байпасному трубопроводу, снабженному запорной арматурой, а ограничительная диафрагма заменяется другой. Степень очистки воды на установке обратного осмоса составляет 75%, то есть из всего количества исходной воды 75% составляет пермеат, а 25% сбрасывается в качестве концентрата. Очистка и восстановление задерживающей способности мембран достигается путем циркуляции через мембраны моющих растворов. В качестве моющих растворов применяют ортофосфорную кислоту от неорганических отложений и едкий натр от органических отложений. Очистка производится 1 раз в 30 дней. При этом пермеат и концентрат поставленной на очистку установки в количестве 156 м³/час подаются в сборник установки очистки мембран 8, заполненный расчетным количеством моющих средств. Циркуляция продолжается пока температура моющего раствора не достигнет 40 ⁰С. Затем производится выдержка мембран в моющем растворе 30 мин. После этого установка обратного осмоса промывается чистой водой от моющих растворов. При необходимости операция очистки мембран повторяется. Вода после промывки сбрасывается в канализацию.

Аппаты для очистки воды методом обратного осмоса

Аппараты рулонного типа

1 - накидное кольцо; 2 - упорные кольца; 3 - крышки; 4 - корпус; 5 - решетка; 6 – пермеато-отводящая трубка; 7 - резиновые кольца;8 - рулонные модули; 9 - резиновая манжетка; 10 - резиновые кольца

11. Физико-химические основы процессов очистки сточных вод методом адсорбции.

Барботажные абсорберы

  Барботажные абсорберы тарельчатого типа выполняют в виде колонн круглого (иногда прямоугольного) сечения, по высоте которых расположены той или иной конструкции тарелки, причем на каждой тарелке осуществляется одна ступень контакта. Таким образом, в рассматриваемых абсорберах происходит ступенчатый контакт с соединением ступеней противотоком: газ поступает в нижнюю часть колонны и выходит сверху; жидкость подводиться сверху и выходит снизу. На каждой тарелке, в зависимости от ее конструкции, может осуществляться тот или иной вид движения фаз, обычно пере-крестный ток или полное перемешивание жидкости. Тарелки можно подразделить на четыре основные группы: Тарелки перекрестного типа, в которых движение газа и жидкости осуществляется перекрестным током. Эти тарелки имеют специальные переливные устройства для перетока жидкости с одной тарелки на другую, причем газ по переливам не проходит. Тарелки провального типа (беспереливного) типа, в которых переливные устройства отсутствуют, так как газ и жидкость проходят через одни и те же отверстия. На этих тарелках контакт газа и жидкости осуществляется по схеме полного перемешивания жидкости. Тарелки с однонаправленным движением газа и жидкости (прямоточные).

Барботажные абсорберы с секционированием и с насадкой: а - абсорбер с пассетами; б - абсорбер с секционированием ситчатами тарелками; в - абсорбер с насадкой (эмульгационная колонна); 1 - днище пассета; 2 - дырчатый колпак; 3 - холодильный элемент; 4 - перфорированные перегародки (ситчатые тарелки); 5 - утка; 6 - насадка; 7 - решетка.

В данном случае газ выходит из отверстий в направлении движения жидкости на тарелке; это вызывает снижение продольного перемешивания и способствует движению жидкости, что приводит к уменьшению гидравлического градиента. Эти тарелки обычно имеют переливы, но существуют и конструкции без переливов.