Мембранные методы очистки. Гиперфильтрация (обратный осмос). Ультрафильтрация

Эти методы основаны на использовании полупроницаемых мембран – пере­городок, пропускающих малые молекулы растворителя (воды), но непроницае­мых для более крупных молекул растворенных веществ. Если такая мембрана разделяет воду и раствор, со стороны воды возникает осмотическое давление. Оно обусловлено понижением химического потенциала воды в присутствии растворенного вещества. Тенденция системы выровнять химические потенциа­лы во всех частях своего объема и перейти в состояние с более низким уровнем свободной энергии вызывает осмос – диффузионный перенос воды через мем­брану.

Если со стороны раствора приложить давление, превышающее осмотическое давление, возникает обратный ток воды через полупроницаемую мембрану (об­ратный осмос). При этом с противоположной стороны мембраны можно полу­чить очищенную воду (так называемый пермеат). Таким образом, из стоков удаляется часть воды, а в стоках концентрируются ионы раствора и другие за­грязнения. Этот результат достигается как в обратноосмотических (гипер­фильтрационных), так и в ультрафильтрационных установках. Они отлича­ются применяемыми мембранами и рабочим давлением. При гиперфильтрации используют мембраны толщиной 0,1-0,2 мм с порами 0,001 мкм под давлением 6-10 Мпа. Это позволяет задержать загрязнения (молекулы, гидратированные ионы), размеры которых (0,0001-0,001 мкм) сравнимы с размерами молекул во­ды. При ультрафильтрации размер отделяемых частиц на порядок больше (диа­метр 0,001-0,02 мкм). Мембраны для ультрафильтрации имеют поры 0,005-0,2 мкм и работают под давлением 0,1-0,5 Мпа. Для ультрафильтрации механизм разделения другой. Растворенные вещества задерживаются на мембране потому, что размер молекул этих веществ больше, чем размер пор, или вследствие трения молекул о стенки пор мембраны.

Достоинствами методов обратного осмоса и ультрафильтрации являются: возможность очистки СВ до требований ПДК; возврат до 60 % очищенной во­ды в оборотный цикл; возможность утилизации ценных металлов (если уста­новка обслуживает индивидуальный сток после ванны покрытия); возможность очистки от комплексных ионов.

Недостатками же методов являются: необхо­димость предварительной фильтрации СВ; дефицитность и дороговизна мем­бран; сложность эксплуатации и высокие требования к герметичности установок; высокие капитальные затраты; чувствительность мембран к изменению параметров очищаемых стоков.

Сорбция –

это процесс поглощения вещества из окружающей среды (газо­вой или жидкой) сорбентом (твердым телом или жидкостью). Поглощаемое вещество называется сорбатом. Различают основные разновидности сорбции:

- абсорбцию(поглощение вещества всей массой жидкого сорбента);

- адсорбцию (поглощение вещества поверхностным слоем твердого или жидкого сорбента).

- Сорбция, сопровождаемая химическим взаимодействием сорбента с поглощае­мым веществом, называется хемосорбцией.

Сорбентами могут служить различные искусственные и природные порис­тые материалы: зола, коксовая мелочь, торф, силикагель, алюмогель, актив­ные глины и др. Широко применяют активированные угли различных марок. Они имеют пористость 60-75 %, насыпную плотность 260-600 кг/м³ и удельную поверхность 260-600 м²/ г.

Экстракция - извлечение одного или нескольких компонентов из растворов или твердых тел с помощью избирательных растворителей - экстрагентов. В процессе жидкостной экстракции участвуют две взаимно нераство­римые (или ограниченно растворимые) жидкие фазы, между которыми распре­деляется экстрагируемое вещество. В результате получается экстракт - рас­твор извлекаемого компонента в экстрагенте и рафинат - остаточный исход­ный раствор (например, очищенная СВ).

Экстракт и рафинат отделяют друг от друга отстаиванием, центрифугирова­нием или другим способом. Затем экстрагированное вещество извлекают из экстракта (реэкстракцией другим растворителем, выпариванием, дистилляций, химическим осаждением).

Выпаривание. Принципиально возможно отделить загрязнения, содержащиеся в СВ, ее выпариванием. При этом можно получить чистую воду (конденсат) и твердый осадок, занимающий очень малый объем, что снижает затраты на его транспор­тировку и захоронение. Ясно, однако, что такая переработка СВ исключительно энергоемка. Реально метод выпаривания нашел применение в основном в сис­темах обработки концентрированных промывных вод после ванн покрытий, причем целью выпаривания является не получение твердого продукта, а увели­чение концентрации компонентов в промывной воде до их содержания в ванне покрытия. В этом случае промывную воду можно вернуть в ванну покрытия (например, хромирования или никелирования) и сделать технологию нанесения покрытия почти безотходной. Затраты на проведение процесса окупаются за счет экономии возвращаемых химикатов и экономии химикатов на обезврежи­вание стоков.