Очистка воды обратным осмосом

Флотационные способы очистки.

Флотация применяется для удаления из сточных вод нефтепродуктов, жиров, поверхностно-активных веществ, волокон минеральной ваты, асбеста, шерсти и других нерастворимых в воде веществ с развитой поверхностью и мало отличающихся от воды по плотности. Флотационная очистка сточных вод обычно следует после извлечения из них осаждающихся и всплывающих примесей з нефтеловушках, жироловушках, отстойниках и производится во флотаторах. Вода, прошедшая флотаторы, может быть использована в системе оборотного водоснабжения предприятий или направлена на дальнейшую очистку от растворенных загрязнений.

Сущность процесса флотации заключается в том, что к диспергированным в тонкой суспензии пузырькам воздуха или газа прилипают частицы взвешенных веществ и всплывают вместе с пузырьками на поверхность очищаемой воды. При малых размерах пузырьков суммарная поверхность последних оказывается очень большой.

На эффект флотации значительное влияние оказывают размер и количество пузырьков воздуха, распределенных в воде. Поскольку взвешенные частицы загрязнений распределены во всем объеме сточной воды, то желательно, чтобы пузырьки воздуха также были распределены во всем объеме более равномерно. Крупные пузырьки воздуха всплывают слишком быстро, вызывая перемешивание воды, и не успевают закрепиться на поверхности взвешенных частиц. Поэтому эффективная флотация требует возможно более тонкого диспергирования воздуха. Оптимальным размером воздушных пузырьков считается 15—30 мкм. Следует указать, что флотационная очистка протекает достаточно успешно и при крупности пузырьков воздуха до 100 и даже 200 мкм.

Практическое применение получили флотационные установки двух типов, отличающихся способом диспергирования воздуха: первый тип — флотация с механическим диспергированием воздуха турбинкой насосного типа; второй тип — диспергирование путем изменения давления (напорная флотация).

Недостатком импеллерных флотаторов (с диспергированием воздуха турбинкой насосного типа) является относительно высокая обводненность пены.

Недостатком напорной флотации является несколько большая продолжительность процесса, чем при импеллерном способе, что объясняется меньшим количеством выделяющегося воздуха. Однако при напорной флотации можно получить более мелкие пузырьки воздуха и достичь большей эффективности очистки сточных вод, особенно от тон-кодиспергированных примесей.

Пенная флотация.

Сущность процесса пенной флотации состоит в том, что частицы водных дисперсий, имеющих гидрофобную поверхность, способны прилипать к пузырькам газа и выноситься с ними в слой пены.

Для ведения процесса пенной флотации в сточной воде должны присутствовать поверхностно-активные вещества, обладающие достаточной пенообразующей способностью.

Сточные воды, насыщенные воздухом, поступают во флотатор снизу через вращающийся водораспределитель. Выделяющиеся из воды пузырьки воздуха всплывают вместе с частицами нефти. Пена вращающимся механизмом сгребается в лоток. Очищенная вода по вертикальным каналам переливается в отводящий переливной лоток. Для опорожнения флотатора и удаления осадка предусмотрен трубопровод.

Эффект флотации зависит от рН среды, температуры сточных вод и интенсивности подачи воздуха. Оптимальное значение рН определяется экспериментальным путем. Интенсивность подачи воздуха через фильтросы колеблется от 12 до 20 м3/(м2-ч). Продолжительность флотации составляет 20—45 мин в зависимости от состава сточных вод

Ионный обмен.

Одним из способов очистки производственных сточных вод, отличающихся высокой токсичностью, является ионный обмен. Ионитами возможно извлекать из сточных вод соединения мышьяка и фосфора, цианистые соединения и радиоактивные вещества, а также хром, никель, цинк, свинец, медь, ртуть и другие металлы.

В качестве ионообменных материалов используются как природные глауконитовые пески, так и искусственные алюмосиликаты типа пермутита, селикагели, сульфоуголь и синтетические смолы.

Ионообменные свойства смол обусловлены наличием в их структуре функциональных, химически активных ионных групп. На пространственной молекулярной сетке смолы фиксируется положительный или отрицательный заряд. В соответствии с этим ионообменные синтетические смолы делятся на две основные группы: катиониты КУ-1, КУ-2-8, КУ-2-20 и аниониты АВ-17, ЭДЭ-10п. Катиониты чаще всего принимаются в Н+- формах, а аниониты — в ОН-- -формах.

При очистке сточных вод особенно важно правильно выбрать марку ионообменной смолы, которая определяет гранулометрический состав, плотность сухого и набухшего ионита, набухаемость, обменную емкость, Применяемые в практике ионообменные смолы характеризуются следующими показателями: емкость поглощения 6—10 мг-экв иона на 1 г смолы, набухаемость 200—300%, термостойкость 60—160 °С.

После полного насыщения смол в процессе ионообмена их регенерируют. Регенерация катионитов заключается в пропускании через отработавшую смолу 10—15%-ного раствора серной кислоты со скоростью фильтрования 2—4 м/ч. Для анионитов регенерацию можно проводить 10—15%-ным раствором хлористого натрия со скоростью 1 м/ч. Возможны и другие условия регенерации.

Очистка воды обратным осмосом

Обратным осмосом и ультрафильтрацией называют процессы фильтрования растворов через полупроницаемые мембраны, избирательно пропускающие растворитель и полностью или частично задерживающие молекулы растворенных в них веществ, под давлением, превышающим осмотическое давление.

В основе этих способов лежит явление осмоса – самопроизвольного перехода растворителя (воды) в раствор через полупроницаемую мембрану. Давление . в растворе, заставляющее растворитель переходить через мембрану, называют осмотическим. Создав над раствором давление p1, равное осмотическому, осмос прекращается и наступает состояние равновесия. Если же над раствором создать избыточное давление p2, превышающее осмотическое давление на величину p, то переход растворителя будет осуществляться в обратном направлении и тогда процесс называют обратным осмосом.

	Механизм фильтрования через пористую мембрану объясняется тем, что поры такой мембраны достаточно велики, чтобы пропускать молекулы растворителя, но слишком малы, чтобы пропускать молекулы растворенных веществ. При обратном осмосе отделяются частицы, размеры которых не превышают размеров молекул растворителя. При ультрафильтрации размер отделяемых частиц на порядок больше. В процессе ультрафильтрования мембраной задерживаются высокомолекулярные вещества, а низкомолекулярные вещества и растворитель свободно проходят через поры мембраны. При обратном осмосе мембраной задерживаются как высокомолекулярные вещества, так и большая часть низкомолекулярных веществ, а проходит через поры мембраны только почти чистый растворитель.
	На рис. 5.11 приведена принципиальная схема аппарата для гиперфильтрации. Полупроницаемая мембрана делит объем аппарата на проточную часть и камеру очищенной воды. При удалении молекул воды из проточной части, где создается избыток давления, концентрация раствора возрастает, и образуется рассол (концентрат). Избыточное (по сравнению с осмотическим) давление зависит от типа мембран и от солесодержания исходной воды. Если содержание растворенных примесей находится в пределах 2…5 г/л, избыток давления принимается 0,5…1,0 МПа, при содержании до 20…30 г/л – 5…10 МПа. Современные мембраны из композитов позволяют существенно снизить избыток давления.

Для проведения процесса применяют непористые – динамические и диффузионные мембраны, представляющие собой квазигомогенные гели, и пористые мембраны в виде тонких пленок, изготовленные из полимерных материалов. Наиболее распространены полимерные мембраны из ацетатцеллюлозы, полиэтилена, политетрафторэтилена, пористого стекла.

Полупроницаемая мембрана состоит из активного слоя с отверстиями (порами) и подложки.

В зависимости от ионного состава воды и требуемой селективности можно подобрать тип мембран и правильно выбрать параметры процесса: рабочее давление и температуру воды.

Достоинства метода: отсутствие фазовых переходов при отделении примесей; возможность проведения процесса при комнатных температурах без применения или с небольшими добавками химических реагентов; простая конструкция аппаратуры. Недостатки метода: явление концентрационной поляризации, т.е. рост концентрации растворенного вещества у поверхности мембраны, что приводит к снижению производительности установки, степени разделения компонентов и срока службы мембран; проведение процесса при повышенных давлениях, что требует специальных уплотнений аппаратуры.