Основные методы очистки сточных вод от неорганических растворённых веществ

1) Дистилляция.

2) Мембранные (электродиализ и обратный осмос).

Электродиализ основан на направленном переносе ионов диссоцированных солей в поле постоянного тока через селективные мембраны из естественных или синтетических материалов

Обратный осмос. Процесс разделения водных растворов путем их фильтрации через полупроницаемые мембраны под действием давления, много выше осмотического.

3) Ионный обмен. Ионный обмен до сих пор остается основным методом приготовления глубокообессоленной воды для АЭС и ТЭС с паровыми котлами высокого, сверхвысокого и критического давления, а также для получения ультрачистой и обессоленной воды для химической, электронной и некоторые других отраслей промышленности.

В зависимости от вида и концентрации примесей применяют реагентные, ионообменные, электрохимические и другие методы очистки. Реагентные методы очистки включают в себя нейтрализацию, осаждение, окисление и восстановление примесей. Если сточные воды имеют кислотный характер, то их нейтрализуют основными реагентами (известью Са(ОН)₂, едким натром NaOH, известняком СаСО₃, содой Na₂CO₃, магнезитом MgO или MgCO₃, аммиаком NH₃ и др.). В промышленности применяют и метод взаимной нейтрализации кислотных и щелочных сточных вод.

Некоторые ионы (Hg²⁺, Pb²⁺, Cd²⁺, Ca²⁺ и др.) можно вывести в виде их малорастворимых солей. Как известно, для малорастворимых солей произведение растворимости постоянно. Например, для соли PbSO4:

ПР = а_Pb2⁺а_SO42^-, где а_Pb2⁺, а_SO42^- - активность ионов свинца и сульфат-ионов.
Увеличивая концентрацию ионов противоположного знака, например, сульфат-ионов, можно уменьшить концентрацию вредных ионов, в данном примере - ионов свинца.

С помощью окислительно-восстановительных реакций можно превратить вредные вещества в безвредные или в соединения, легко выводимые из раствора. В качестве окислителя используют хлор, озон, гипохлорит натрия. Например, цианид-ион можно окислить гипохлоритом до азота и диоксида углерода

2CN^- + 5ОCl^- + 2Н⁺ = 2СО₂ + N₂ + 5Сl^- + Н₂O.

Гидразин можно окислить кислородом воздуха до азота:

N₂H₄ + O₂ = N₂ + 2H₂O

Если сточные воды содержат легко восстанавливаемые примеси, то их можно отделить методом восстановления. В качестве восстановителя используют водород, гидразин, алюминий, диоксид серы. Например, CrO₃ можно восстановить диоксидом серы

2CrO₃ + 3SO₂ = Cr₂(SO₄)₃

Ионообменные методы получают все более широкое применение для удаления примесей из сточных вод. Для очистки сточных вод используют как катионирование, так и анионирование. При катионировании вредные катионы сточных вод обмениваются на безвредные ионы ионита. Например, для удаления ионов Cd²⁺ из сточной воды последнюю можно подвергнуть Na-катионированию:

2R^n-Na⁺ + nCd²⁺ (р-р) = R₂^n-nCd²⁺ (и) + 2nNa⁺ (р-р)

Катионирование сточных вод обычно проводят как одну из заключительных стадий для глубокой очистки, так как стоимость ионитной обработки достаточно высока. Если концентрация примесей в воде высокая, то основную часть примесей предварительно удаляют более дешевыми методами. С помощью ионообменных смол можно очистить сточные воды и от радиоактивных катионов, например от ионов стронция:

nSr²⁺ (р-р) + 2R^n-nH⁺ (и) = R₂^n-nSr²⁺ (и) + 2nH⁺ (р-р)

Особенно эффективен ионообменный метод очистки от радиоактивных ионов сточных вод, имеющих небольшое солесодержание. При анионировании вредные ионы сточных вод заменяются на ионы анионита. Например, анионированием можно удалить из сточных вод цианид-ионы:

nCN^- (р-р) + Rⁿ⁺nOH^- (и) = Rⁿ⁺nCN^- (и) + nOH⁺ (р-р)

Для очистки сточных вод используют также электрохими методы: электродиализ, электроокисление и электровосстановление. Электроокисление и электровосстановление заключаются в пропускании сточных вод через электролизер с нерастворимыми электродами. При этом вредные примеси либо окисляются на аноде, либо восстанавливаются на катоде.

Ионы хрома, свинца, серебра, меди, олова, мышьяка, ртути, кадмия и цинка можно восстановить до металлов на катоде с высо развитой поверхностью, например:

Ag⁺ + е = Ag

27. Методы обессоливания

Хорошо освоенным и широко применяемым методом обессоливания является дистилляция (как и в природе испарение воды). Для обессоливания морской воды используются установки единичной мощностью от 15 до 40 тыс.м3/сут. Основной их недостаток - большой расход энергии: лучшие из них расходуют не менее 0,02 Гкал на 1 м3 получаемой воды.

В южных странах и в Среднеазиатских республиках для опреснения солёных вод в основном для питьевых целей используют солнечную энергию.

В отдельных случаях для удаления солей применяют вымораживание. Известно, что при медленном охлаждении соленой воды из неё в первую очередь вымораживаются кристаллы льда, практически не содержащего солей.

Весьма перспективными и уже получившими широкое распространение методами удаления солей являются мембранные - электродиализ и обратный осмос. Электродиализ основан на направленном переносе ионов диссоциированных солей в поле постоянного тока через селективные мембраны из естественных или синтетических материалов. Метод позволяет разделять не только сточные воды на обессоленную чистую воду и концентрированный раствор солей, но и раствор солей на кислоты, щёлочи и другие составляющие. За рубежом метод электродиализа широко применяется для обессоливания воды. Обычно мощность установок составляет 150-250м/сут, однако уже действуют установки производительностью 20 и даже 400 тыс. м3/сут.

Во всех странах мира широкое распространение получило обессоливание воды с применением ионитов. Несмотря на значительные успехи в развитии методов химического обессоливания воды и дистилляции ионный обмен до сих пор остается основным методом приготовления глубокообессоленной воды для АЭС и ТЭС с паровыми котлами высокого, сверхвысокого и критического давления, а также для получения ультрачистой и обессоленной воды для химической, электронной и некоторые других отраслей промышленности.

Появление таких методов обессоливания воды, как электродиализ и обратный осмос, не ослабил интереса к ионообменному обессоливанию. Надо полагать, что на ближайшие 10-15 лет этот метод будет самым распространенным и экономически наиболее предпочтительным методом глубокого обессоливания воды со средней степенью минерализации (содержание солей до 2 г/л).

Ультрафильтрация – мембранная безреагентная технология очистки поверхностных вод, позволяющая полностью удалять взвешенные вещества, микробиологию, коллоиды, снижать содержание органических веществ, не изменяя солевой состав воды.

Ультрафильтрация позволяет получать воду с выходом очищенной воды 90-95%, неизменно высокого качества в независимости от качества исходной воды. Метод ультрафильтрации является предпочтительным методом предподготовки воды по сравнению с традиционными осветлителями и механической фильтрацией. Компания готова предложить заказчикам напорную или вакуумную ультрафильтрацию, что позволяет сбалансировать как качество нашего предложения, так и его стоимость.

Технология обратного осмоса – мембранная безреагентная технология, позволяющая получать частично деминирализованную воду с выходом 75 – 85% с удельной электрической проводимостью 4-20 µS/см. Компания GE Water & Process Technologies предлагает системы обратного осмоса как для очистки поверхностных вод, так и для опреснения морской воды. Компания обладает рядом стандартных установок, которые используются нашими партнерами при проектировании и строительстве новых ВПУ.

Электродеионизация – это безреагентная технология, отличительной особенностью которой является непрерывность процесса обессоливания и регенерации под действием наложенного электрического поля. ЭДИ сочетает в себе свойства ионообменных смол и ионоселективных мембран, и применяется обычно в качестве «полировочной» ступени, повышающей качество воды после обратного осмоса с выходом 90-95% и с удельным электрическим сопротивлением – 16 Мом*см. Данный процесс является последним словом техники в доочистке воды после предварительных ступеней обессоливания.

Особенно эффективно его сочетание с установками обратного осмоса, поскольку позволяет построить схему полностью без использования кислот и щелочей на регенерацию.

Основными недостатками общепринятых технологических схем ионообменной очистки является значительное количество солей, образующихся при регенерации ионообменных фильтров (к извлекаемым из очищаемой воды солям прибавляется в 2-4 раза большее количество солей от регенерации ионообменных смол).

Экономический анализ показывает, что при использовании дистилляционного опреснения целесообразно применение высокопроизводительных станций (мощностью несколько десятков тыс.м3/сут) и сильноминерализованных вод (более 10 г/л). Мембранные методы обессоливания в настоящее время целесообразно применять для опреснения вол с содержанием солей до 15 г/л. Электродиализ и обратный осмос позволяют получать воду относительно низкой стоимости на установках малой и средней (до нескольких тыс.м3/сут) производительности. В ряде случаев хорошие результаты достигаются при комбинации методов: дистилляции и электродиализа или обратного осмоса, ионного обмена или обратного осмоса и электродиализа и др.