34.Физико-химические методы очистки сточных вод. Ионообменная очистка.

Ионный обмен - метод основан на процессе обмена между ионами, находящимися в растворе (в сточных водах) и ионами, присутствующими на поверхности твердой фазы - ионита. Позволяет извлекать и утилизировать из сточных вод соединения мышьяка, фосфора, а также хром, цинк, свинец, медь, ртуть и радиоактивные вещества. При этом сточная вода может быть очищена до предельно допустимых концентраций вредных веществ и использоваться в технологических процессах или системах оборотного водообеспечения.

Наиболее распространены синтетические органические иониты - ионообменные смолы, представляющие синтетические полимеры с сетчатой структурой. Они отличаются высокой поглотительной способностью, механической прочностью, химической устойчивостью и большой гидрофильностью.

Ионный обмен производится в ионообменных фильтрах, которые в общих конструктивных чертах подобны механическим зернистым насыпным фильтрам.

Электродиализ - вариант ионного обмена. В нем ионитный слой заменен специальными ионообменными мембранами, а движущей силой является внешнее электрическое поле. Метод перспективен для очистки сточных вод от растворенных солей, ионов тяжелых металлов (хром, медь и т.д.) и фтора. Извлечение 1 кг фтора электродиализом в 5 раз дешевле реагентного метода. Электродиализ дает хорошие результаты при очистке вод от радиоактивных загрязнителей, особенно изотопов стронция.

35.Физико-химические методы очистки сточных вод. Экстракция. Обратный осмос и ультрафильтрация.

Экстракция - процесс разделения примесей в смеси двух нерастворимых жидкостей (экстрагента и сточной воды).

Очистка сточных вод экстракцией состоит из трех стадий. Первая - интенсивное перемешивание сточной воды с экстрагентом (органическим растворителем), в результате чего образуются две жидкие фазы: экстракт, который содержит извлекаемое вещество и экстраген, и рафинат, который содержит сточную воду и экстраген. Вторая стадия - разделение экстракта и рафината, а заключительная - регенерация экстрагента из экстракта и рафината.

С помощью жидкостной экстракции очищают сточные воды от фенолов, масел, жирных кислот. Целесообразность использования этого метода определяется концентрацией органических примесей в сточных водах. В общем случае экстракция выгоднее адсорбции при концентрациях примесей выше 3-4 г/л.

Для экстракции из сточных вод фенолов применяют простые и сложные эфиры, а нефтепродуктов - бензол. Эффективность экстракционных методов очистки сточных вод достигает 0,8-0,95.

Ультрафильтрация - мембранный процесс, занимающий промежуточное место между микрофильтрацией и нанофильтрацией. Мембраны для ультрафильтрации имеют размер пор от 0,05 мкм (минимальных размер пор микрофильтрационных мембран) до 10 нм (максимальный размер пор нанофильтрационных мембрана).

Основная сфера применения ультрафильтрации выделение макромолекулярных веществ из растворов, при этом минимальный предел выделяемых растворенных веществ соответствует молекулярным массам в несколько тысяч Дальтон. Для отделения растворенных органических соединений с молекулярной массой от нескольких сотен до нескольких тысяч Дальтон (Да) применяет мембранный процесс - нанофильтрация. Ультрафильтрационные мембраны являются пористыми, следовательно задержка частиц определяется в основном формой и размером и пор. Транспорт растворителя в данном случае прямо пропорционален приложенному давлению. При микро- и ультрафильтрации протекают одинаковые мембранные явления и производится одинаковый принцип разделения. Промышленное применение технологии ультрафильтрации - фракционирование макромолекул: крупные молекулы задерживаются мембраной, в то время как небольшие молекулы вместе с молекулами растворителя свободно проходят через мембрану. Для подбора ультрафильтрационных мембран, производители используют концепцию молекулярной массы "отсечения". Однако, кроме молекулярной массы на селективность ультрафильтрационных мембран значительное влияние оказывает явление концентрационной поляризации.

Обратный осмос  - это процесс мембранного разделения жидких растворов путем преимущественного проникновения через полупроницаемую мембрану растворителя под действием приложенного к раствору давления, превышающего его осмотическое давление. Соответственно, обратный осмос представляет собой переход через полупроницаемую мембрану некоего растворяющего вещества в какой-либо раствор.

Свойства полупроницаемых биологических мембран таковы, что позволяют растворителю проходить  через  мембрану, при этом растворенная субстанция, фактически – какой то загрязнитель, если мы говорим о системах очистки воды на основе обратного осмоса, задерживается на мембране.  В результате мы получаем воду, очищенную от солей, органики и пр., что и необходимо при использовании систем очистки питьевой воды на основе обратного осмоса. Его возможно использовать для разделения растворов без фазовых превращений.

Основные преимущества:

- позволяют очищать водные растворы от органических и неорганических загрязнений одновременно (очистка воды от железа и пестицидов одновременно. например) - позволяют применять их в замкнутых системах водооборота, на предприятиях хим. промышленности, НПЗ и пр. - возможности систем очистки воды на основе обратного осмоса позволяют отфильтровывать бактерии, вирусы и микробы, то есть, фактически, системы очистки воды на основе обратного осмоса позволяют проводить обеззараживание воды на основе биологической очистки воды - возможности  практически неограничены, так как размер фильтруемых частиц сравним с размерами молекул веществ, что является существенным преимуществом по сравнению, например, с методом ультрафильтрации. -  позволяют выдерживать существенную разницу давлений сред, при использовании в промышленной очисткеводы. -  обеспечивают высокую селективность при очистке раствора и отличную проницаемость

Недостатки :

-  требуют весьма жесткого отношения к уплотняющим элементам системы очистки воды на основе обратного осмоса неудобны ввиду протекания процессов концентрационной поляризации. Важно знать, что системы очистки воды на основе обратного осмоса отличаются одной характерной особенностью: фильтруемые вещества постепенно скапливаются около полупроницаемой мембраны, что затрудняет фильтрацию.