Физико-химические методы

Флотация– это процесс молекулярного прилипания частиц флотируемого материала к поверхности раздела двух фаз, обычно газа (чаще воздуха) и жидкости, обусловленный избытком свободной энергии поверхностных пограничных слоев, а также поверхностными явлениями смачивания.

Метод флотации эффективен при очистке СВ, содержащих ПАВ, нефтепродукты, масла, волокнистые материалы, мелкие взвеси. Сам процесс флотации включает в себя:

• образование флотокомплексов "частицы - пузырьки";

• всплывание флотокомплексов;

• удаление образовавшегося пенного слоя с поверхности обрабатываемой жидкости.

Различают следующие способы флотационной обработки производственныхСВ:

• флотацию с выделением воздуха из раствора (осуществляется в вакуумных, напорных и эрлифтных установках);

• флотацию с механическим диспергированием воздуха;

• флотацию с подачей воздуха через пористые материалы;

• электрофлотацию;

• биологическую и химическую флотацию.

Электрохимические методы очистки

Общим достоинством электрохимических методов является принципиальная возможность регулирования скорости процесса простым изменением силы тока.

Пусть в электролизер поступает СВ со средней скоростью v_Cb (м³/ч) и средней концентрацией токсиканта С (мг/л = г/м³). Следовательно, необходимо электрохимически переработать С · v_CВ (г/ч) токсиканта. С учетом закона Фарадея сила тока будет равна

I = C·ν_CВ/ q·BT

где q - электрохимический эквивалент токсиканта, г/(А*ч);

ВТ- выход по току для реакции с участием токсиканта, доли ед.

Другим достоинством электрохимических методов является то, что они являются безреагентными, т.е. реагенты непосредственно на нейтрализацию ток­сичных веществ не расходуются.

Недостаткамиже электрохимических методов очистки являются:

• большой расход электроэнергии;

• сложность обслуживания электролизеров, в частности, необходимость корректировки электрического и гидродинамического режима работы при колебаниях в составе СВ;

• в отдельных случаях - необходимость применения расходных материалов (растворимые или изнашиваемые аноды, поваренная соль для повышения электропроводностиСВ);

• ограничения по скорости процесса, обусловленные замедленностью диффузионной стадии электродной реакции.

По этим причинам применение электрохимических методов ограничено; оно целесообразно для небольших и средних масштабов производства.

Ионный обмен

Ионный обмен (ионообменная сорбция) –процесс обмена между ионами раствора и ионами, находящимися на поверхности твердой фазы – ионита.

Ионит имеет жесткий каркас (матрицу) и активную группу. Активная группа состоит из неподвижных (фиксированных) ионов и ограниченно под­вижных, способных к обмену (противоионы, обменные ионы).

Иониты классифицируют:

- по природе матрицы и способу получения;

- по внешней форме и степени дисперсности;

- по степени пористости;

- по типу фиксированных ионов и по типу противоионов.

В зависимости от природы матрицы различают неорганические и органиче­ские иониты, а по способу получения иониты подразделяются на природные и искусственные (синтетические).

К неорганическим природным ионитам от­носятся природные цеолиты, алюмосиликаты, вермикулит и др. Некоторые из них используют в бытовых фильтрах для очистки водопроводной воды. К не­органическим искусственным ионитам относятся синтетические цеолиты, ферроцианиды, фосфаты и другие соединения.

Орга­ническими природными ионитами являются угли, торф, целлюлоза и др.

В основном же применяют синтетические органические иониты на основе высокомолекулярных органических соединений. Они обладают постоянством состава и воспроизводимостью свойств, высокой способностью к обмену ионами, химической стойкостью и механической прочностью.

По внешней форме и степени дисперсности различают порошкообразные, зернистые, гранулированные, формованные и волокнистые иониты. Особый вид ионитов – жидкие.

Механизм реакции ионного обмена катионитов:

2 NaR + Ca(HCO₃)₂ →CaR2 + 2Na HCO₃;

2 NaR + Mg(HCO₃)₂ →MgR2 + 2Na HCO₃;

2 NaR + CaCl₂ →CaR2 + 2NaCl;

2 NaR + MgSO₄ →MgR2 + Na₂ SO₄;

2 NaR + CaSiO₃ →CaR2 + Na₂SiO₃.

Для восстановления работоспособности ионообменный фильтр достаточно промыть раствором обычным раствором поваренной соли. При этом происходит обратная реакция восстановления активных комплексов:

CaR+2NaCl→CaCl₂↓+Na2R

MgR+2NaCl→MgCl₂↓+Na2R

В случае если в состав ионообменной смолы входит анион слабой кислоты, то такие фильтры называют катионитами. Аниониты, образуемые сильными кислотами, (аниониты) в свою очередь, способны обмениваться анионами (отрицательно заряженными частицами).