Материал: Инженерные способы защиты окружающей среды. Сафонова Л.Б., Звягина Л.Н

указывают полностью. Например, сульфокатиониты записывают как RSО3H. Здесь R – матрица, Н – противоион, SO3 – анкерный ион.

Катиониты в качестве противоионов могут содержать не только ионы водорода, но и ионы металлов, т.е. находиться в солевой форме. Точно так же и аниониты могут находиться в солевой форме, если в качестве противоионов они содержат не гидроксид-ионы ОН─, а ионы тех или иных кислот А─. Реакция ионного обмена протекает следующим образом:

при контакте примеси воды (в данном случае NaCl) с катионитом

RSO3H + NaCl ↔ RSO3Na + HCl,

при контакте с анионитом

ROH + NaCl ↔ RCl + NaOH.

После насыщения катиониты регенерируют растворами кислот, аниониты – растворами щелочей.

При этом первые переходят в Н-форму, а вторые – в ОНформу. После регенерации иониты отмывают чистой водой.

Сточная вода может быть очищена до предельно допустимых концентрации загрязняющих веществ и использована затем в технологических процессах или в системах оборотного водоснабжения.

Экстракцию применяют для очистки сточных вод, содержащих фенолы, масла, органические кислоты. Экстракция может быть экономически выгодным процессом, если стоимость извлекаемых веществ компенсирует все затраты на ее проведение. Для каждого вещества существует концентрационный предел рентабельности извлечения его из сточных вод. В общем случае для большинства веществ можно считать, что при концентрации выше 3 – 4 г/л их рациональнее извлекать экстракцией, чем адсорбцией. При концентрации меньше 1 г/л экстракцию следует применять только в особых случаях.

Обратный осмос заключается в фильтровании растворов неорганических или органических веществ через полупроницаемые (молекулы воды проходят, молекулы растворенных веществ – нет) перегородки (мембраны). Так, если осмотиче-

66

ское давление морской воды составляет 20 – 25 атмосфер (2,0 – 2,5 МПа), то для ее опреснения, т.е. для продавливания через мембраны чистого растворителя (воды), следует приложить давление 6 – 7 МПа. В обратноосмотических аппаратах образуются два потока – опресненная вода и рассол.

Ультрафильтрация основана на разделении растворов фильтрованием через мембраны с диаметром пор 5 – 200 нм, в то время как при обратном осмосе используются мембраны с диаметром пор до 1 нм. Для ультрафильтрационной очистки от крупных органических или неорганических молекул используют давление 0,1 – 0,5 МПа. В качестве материала мембран используются ацетат целлюлоза, полиамиды и другие полимеры.

Электрохимическая очистка применяется для очистки сточных вод от различных растворимых диспергированных примесей. К ней относятся: 1) разложение нежелательных примесей за счет анодного окисления и катодного восстановления; 2) удаление растворенных неорганических соединений с использованием полупроницаемых мембран (электродиализ); 3) разложение примесей путем электролиза с использованием растворимых анодов и получение нерастворимых соединений, выпадающих в осадок. Все эти процессы протекают на электродах при пропускании через сточную воду постоянного элек-

трического тока. В процессе электрохимического окисления

загрязняющие вещества (цианиды, амины, альдегиды, нитросоединения и т. д.), находящиеся в сточных водах, полностью разлагаются, образуя СО2, NH3 и воду или более простые и нетоксичные вещества, которые можно удалять другими методами.

Катодное восстановление применяют при очистке

сточных вод, содержащих трудноокисляемые органические соединения или ионы металлов Pb2+, Hg2+, As3+, Сг6+, причем ме-

таллы осаждаются на катоде и могут быть в дальнейшем использованы. Возможно сочетание анодного окисления и катодного восстановления. Например, очистку сточных вод от нитробензола проводят в две стадии – восстановление до аминов и

67

последующее их анодное окисление до нетоксичных соединений.

Для удаления солей из сточных вод широко используют метод электродиализа, основанный на разделении под действием электродвижущей силы катионов и анионов. В специальном устройстве – электродиализаторе – электролитическая ванна разделена на три отделения двумя диафрагмами. В крайних отделениях размещают электроды.

С помощью электродиализа эффективно очищают сточные воды от соединений фтора (в 5 раз дешевле реагентного метода), хрома, радиоактивных загрязнений, а также от растворенных солей. При помощи этого метода можно получать кислоты и щелочи и вновь использовать их в производстве. В качестве недостатка указывают на необходимость предварительной очистки сточных вод от взвешенных частиц, которые засоряют диафрагмы.

Перегонка и ректификация. Первый метод состоит в разделении и последующем удалении через открытую жидкую поверхность соединений, имеющих разную температуру кипения. В целях очистки сточных вод применяют простую перегонку, перегонку с водяным паром, перегонку с инертным носителем, азеотропную перегонку, ректификацию в присутствии перегретого пара и азеотропную ректификацию.

Простая перегонка осуществляется путем постепенного испарения сточной воды. Метод применяется для удаления соединений, которые имеют температуру кипения ниже температуры кипения воды (ацетон, спирты и т. д.).

Перегонку с водяным паром (эвапарацию) или другим инертным носителем применяют для удаления легколетучих соединений (аммиака, аминов, фенолов). Перегонку производят в периодически действующих аппаратах или непрерывно действующих дистилляционных колоннах. Принципиальная схема пароотгонной колонны показана на рис. 5.

68

кой фазами, движущимися противотоком друг к другу. При этом жидкость при движении по колонне сверху вниз обогащается высококипящими соединениями, а пар, движущийся вверх

– низкокипящими.

Термические методы очистки сточных вод

На химических предприятиях образуются сточные воды, содержащие различные минеральные соли (кальция, магния, натрия и др.), а также широкий спектр органических веществ. Такие воды могут быть обезврежены термическими методами: 1) концентрированием сточных вод с последующим выделением растворённых веществ; 2) огневым обезвреживанием.

Метод концентрирования используют для обезвреживания минеральных сточных вод. Он позволяет выделять из стоков соли с получением условно чистой воды, пригодной для оборотного водоснабжения. Процесс разделения минеральных веществ и воды может быть проведен в две стадии: стадия концентрирования и стадия выделения сухих веществ.

Во многих случаях вторая стадия заменяется захоронением концентрированных растворов. Концентрированные сточные воды можно непосредственно направлять на выделение сухого продукта, например, в распылительную сушилку.

Сушку чаще всего осуществляют в распылительных сушилках. В таких сушилках (камерах) суспензию или коллоидный раствор разбрызгивают до капель размером 10 – 50 мкм, которые падают в объеме сушилки в потоке горячего воздуха или топливных газов. Поверхность соприкосновения капель материала с воздухом достигает 300000 м2 на 1 м3 материала. В этих условиях скорость сушки значительно увеличивается, а ее продолжительность снижается до сотых долей секунды. Для отделения высушенного материала от газового потока применяют циклоны, рукавные фильтры, электрофильтры. Начальная температура газов зависит от свойств материала и колеблется в пределах 80 – 1000 °С. На выходе из сушильной камеры она составляет 40 – 130 °С.

70