Физико-химические методы очистки сточных вод

Коагуляция, экстракция, метод обратного осмоса

К физико-химическим методам очистки сточных вод относятся коагуляция, экстракция, метод обратного осмоса, сорбция, дистилляция, ионообменная очистка, флотация.

В процессе механической очистки из сточных вод достаточно легко удаляются частицы размером более 10 мкм, но коллоидные и мелкодисперсные частицы размерами 1 — 100 нм не осаждаются и не задерживаются фильтрами. Для их очистки часто используются методы коагуляции.

Коагуляция — это процесс укрупнения частиц загрязняющих веществ и объединения их в агрегаты (в качестве коагулянтов выступают соли железа, алюминия, глина, зола). Чаще всего коагуляция применяется для очистки от эмульсий и суспензий, в состав которых входят коллоидные частицы 0,001—0,1 мкм. В результате поглощения из водного раствора ионов эти частицы имеют заряд, который не позволяет им слипаться. Для очистки воды коагуляция имеет наибольшее практическое значение, когда снижение (исчезновение) энергетического барьера, препятствующего слипанию частиц, происходит за счет повышения концентрации электролитов.

Одним из видов коагуляции является флокуляция — добавление для агрегации веществ высокомолекулярных соединений (растворы полимеров, содержащие полярные функциональные группы). Под действием флокулянтов частицы загрязняющих веществ превращаются в рыхлую массу и осаждаются.

Для очистки производственных сточных вод применяют различные минеральные коагулянты: соли алюминия, соли железа, соли магни я, цинка, сернокислого кальция, известь и др. В качестве флокулянтов используются: кремниевая кислота, эфиры, крахмал, целлюлоза и т.д.

Экстракционный метод очистки сточных вод основан на растворении загрязнителя, находящегося в сточной воде, органическими растворителями — экстрагентами, при котором загрязняющее вещество распределяется в смеси двух взаимно нерастворимых жидкостей соответственно его растворимости в них. В процессе экстракции ценные вещества (например, фенолы, жирные кислоты) извлекаются из сточных вод с помощью экстрагентов, которые должны обладать следующими свойствами: высокой экстрагирующей способностью; селективностью; малой растворимостью в воде; плотностью, отличающейся от плотности воды; небольшой удельной теплотой испарения, малой теплоемкостью, взрывобезопасностью, невысокой токсичностью; низкой стоимостью.

В качестве экстрагентов обычно применяют органические растворители, которые не смешиваются с водой: бензол, минеральные масла, четыреххлористый углерод и др.

Механизм очистки сточных вод экстракцией протекает в три этапа:

  • 1) интенсивное смешивание сточных вод с экстрагентом (органическим растворителем). В условиях развитой поверхности контакта между жидкостями образуются две жидкие фазы: экстракт (удаленное вещество и экстрагент) и рафинат (сточная вода и экстрагент);
  • 2) разделение экстракта и рафината;
  • 3) регенерация экстрагента из экстракта и рафината.

Регенерация экстрагента из сточной воды может осуществляться отдув- кой воздухом или другими газами, а также реэкстракцией — обратным извлечением вещества из экстракта обработкой специальным раствором. Наиболее распространенным способом извлечения растворителя из рафината является адсорбция или отгонка паром (газом). Регенерация экстрагента из экстракта производится путем ректификации — разделения жидких смесей, отличающихся температурами кипения, путем многократных испарений жидкости и конденсации паров.

Экстракция экономически целесообразна при значительной концентрации органических примесей или высокой стоимости извлекаемого вещества. Для большинства продуктов экстракция применяется при их концентрациях более 2 г/л.

Метод обратного осмоса заключается в фильтровании растворов под давлением через полупроницаемые мембраны, пропускающие растворитель и не пропускающие полностью или частично удаляемые молекулы или ионы растворенных веществ. В основе данного способа лежит явление осмоса — самопроизвольного перехода растворителя через полупроницаемую перегородку в раствор. Если по разные стороны полупроницаемой мембраны находятся солесодержащие растворы с разной концентрацией, молекулы воды будут перемещаться через мембрану из раствора с меньшей концентрацией солей в раствор с большей концентрацией, вызывая в последнем повышение уровня жидкости. Разница в высоте уровней этих двух растворов пропорциональна силе, под действием которой вода проходит через мембрану. Давление, при котором наступает равновесие, называется осмотическим. Если со стороны раствора приложить давление, превышающее осмотическое, то перенос растворителя будет осуществляться в обратном направлении, что отразилось в названии процесса «обратный осмос». В процессе обратного осмоса вода и растворенные в ней вещества разделяются на молекулярном уровне, при этом с одной стороны мембраны накапливается чистая вода, а все загрязнения остаются по другую сторону (рис. 5.11).

Метод обратного осмоса

Рис. 5.11. Метод обратного осмоса

Данный метод может обеспечить очень высокую степень очистки воды (85—95% для неорганических примесей). Эффективность процесса зависит от рабочего давления в аппарате, температуры, кислотности раствора, материала мембраны и химического состава сточных вод. Метод обратного осмоса широко используется для обессоливания воды.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >