Навігація
Головна
Спорудження для біологічного очищення стічних водХІМІЧНІ МЕТОДИ ОЧИЩЕННЯ СТІЧНИХ ВОДФІЗИКО-ХІМІЧНІ СПОСОБИ ОЧИЩЕННЯ СТІЧНИХ ВОДТЕРМІЧНІ метод очищення і знешкодження СТІЧНИХ ВОДгідромеханічним способом очищення стічних водОчищення стічних водОчищення стічних вод адсорбцієюМетоди очищення стічних водОчищення стічних вод екстракцією забрудненьОчищення стічних вод в аеробних умовах
 
Головна arrow Екологія arrow Теоретичні основи захисту навколишнього середовища
< Попередня   ЗМІСТ   Наступна >

Мембранні процеси очищення стічних вод

Мембранний метод очищення стічних вод заснований на властивостях пористих тіл пропускати переважніше одні речовини, ніж інші. Способи мембранного поділу, використовувані в технології очищення води, умовно діляться на діаліз, електродіаліз, мікрофільтрацію, ультрафільтрацію, зворотний осмос. Відповідно до виду перенесення речовини мембранні методи можна розділити на дифузійні, електричні та гідродинамічні. Іноді один вид перенесення речовини накладається на інший для прискорення або поліпшення поділу. До дифузійним методів відносять газову дифузію і діаліз. При накладенні електричного поля протікає електродіаліз. Гідродинамічними методами є фільтрація, ультрафільтрація і зворотний осмос.

У технології очищення стічних вод від розчинених і тонкодіс-пергірованних домішок найчастіше використовують процеси зворотного осмосу, ультрафільтрації та електродіаліз. Зворотний осмос застосовують для знесолення води в системах водопідготовки, в системах локальної обробки стічних вод при невеликих їх витратах для концентрування і виділення щодо цінних компонентів і для очищення природних і стічних вод.

В основі цих способів лежить явище осмосу - мимовільного переходу розчинника (води) в розчин через напівпроникну мембрану (рис. 11.6).

Накладення тиску на систему, де мембрана розділяє два розчини, створює поле сил, що породжують потоки через мембрану (фільтрацію). Явище затримки розчинених молекул та іонів електроліту при фільтрації через мембрану називається гиперфильтрацией або зворотним осмосом (оскільки тиск спрямований назустріч виникає осмотичного потоку).

Рис. 11.6. Схеми осмосу (Я -осмотіческое тиск; Р- робочий тиск): а - прямий осмос; б - осмотичний рівновагу; в - зворотний осмос; 1 - чиста вода; 2- мембрана; 3 - розчин

Зворотний осмос - процес фільтрування (концентрування) розчинів під тиском через мікропористі мембрани з дуже тонкими порами (радіус r ~ 10 -7 см). Тиск H в розчині, що змушує розчинник переходити через мембрану, називають осмотичним тиском. Величина осмотичного тиску H (Па) для розчинів визначається згідно рівнянню Вант-Гоффа:

(11.35)

де R - газова постійна; Т - абсолютна температура розчину, К; с - молярна концентрація розчиненої речовини.

Чим вище концентрація підлягає очищенні розчину (стічної води), тим вище перепад осмотичних тисків і тим більше гідродинамічний тиск, необхідне для реалізації очищення води.

Крім опору мембрани р м треба подолати осмотичний тиск π, спрямоване в іншу сторону. Таким чином, перепад тиску при зворотному осмосі дорівнює

(11.36)

Створивши над розчином тиск p м рівне осмотическому, осмос припиняється і настає стан рівноваги. Якщо ж над розчином створити надлишковий тиск π, перевищує осмотичний тиск H на величину DР, перехід розчинника буде здійснюватися у зворотному напрямку.

data-override-format="true" data-page-url = "http://stud.com.ua">

Механізм зворотного осмосу полягає в тому, що мембрани збирають воду, яка в поверхневому шарі не володіє розчинювальною здатністю, і через пори мембрани буде проходити тільки чиста вода, незважаючи на те, що розмір багатьох іонів забруднювачів менше, ніж розмір молекул води. Це пояснюється явищем адсорбції молекул води біля поверхні мембрани. Механізм гіперфільтрації при зворотному осмосі через пористу мембрану пояснюється тим, що пори такої мембрани досить великі, щоб пропускати молекули розчинника, але занадто малі, щоб пропускати молекули розчинених речовин. При зворотному осмосі відокремлюються частки (молекули, гідратованих іони), розміри яких не перевищують розмірів молекул розчинника, при цьому мембраною затримуються як високомолекулярні речовини, так і велика частина низькомолекулярних речовин, а проходить через пори мембрани тільки майже чистий розчинник.

Зворотний осмос принципово відрізняється від звичайного фільтрування. Якщо при звичайному фільтруванні утворюється потік фільтрату у вигляді очищеного розчину (води) і осад відкладається на фільтрувальної перегородці, то при зворотному осмосі утворюються два розчину, один з яких збагачений розчиненим речовиною. Механізм проникності при зворотному осмосі значно складніше. При фільтрації водних розчинів в порах ліофільної мембрани є шар зв'язаної води, яка зменшує розміри пір і перешкоджає проходженню сильно гідратованих іонів. У той же час ліофільность мембрани сприяє проходженню молекул води.

Ультрафільтрація призначена для концентрування ліозолей при очищенні стічних вод, розчинів полімерів і їх очищення від низькомолекулярних речовин. У процесі ультрафільтрації високомолекулярні речовини затримуються мембраною, так як розмір їх молекул більше, ніж розмір пор, або внаслідок великого тертя їх молекул об стінки пор мембрани, а низькомолекулярні речовини і розчинник вільно проходять через її пори.

data-override-format="true" data-page-url = "http://stud.com.ua">

Від звичайного фільтрування ультрафільтрація відрізняється відділенням частинок менших розмірів і розміром пор мембрани, які при ультрафільтрації не повинні перевищувати розмірів часток золю. Крім того, в результаті цього процесу отримують більш концентрований ліозолі (суспензію), а не осад, що утворюється при звичайному фільтруванні. Перепади тисків при ультрафільтрації досягають 10 +3 кПа і вище. Механізм ультрафільтрації близький до звичайного фильтрованию.

На рис. 11.7 наведена схема застосування процесів ультрафільтрації та зворотного осмосу для розділення органічних і неорганічних речовин. Межі застосування цих процесів поразмеру відокремлюваних речовин: зворотний осмос - d ч = 0,0001 ... 0,001 мкм; ультрафільтрація - d ч = 0,001 ... 0,02 мкм. Тиск, необхідний для проведення процесу зворотного осмосу, 6 ... 10 МПа, для процесу ультрафільтрації - 0,1 ... 0,5 М Па.

Рис. 11.7. Схема поділу органічних і неорганічних речовин

Ефективність процесів зворотного осмосу і ультрафільтрації залежить від властивостей мембран. У кожному методі застосовують відповідні мембрани. Відмінності в проходженні речовин через мембрани можуть бути пов'язані як з рівноважними, так і з кінетичними властивостями. За цими ознаками мембрани підрозділяють на фільтраційні (напівпроникні) і дифузійні. Фільтраційні мембрани здатні розділяти речовини в рівноважних умовах, розмір їх пір дорівнює розмірам проникаючих частинок або молекул. Дифузійні мембрани зазвичай застосовують для розділення газів методом газової дифузії. Фільтраційні мембрани підрозділяють на макро-, переходно- і мікропористі (подібно адсорбенту). Мікропористі мембрани можуть бути нейтральними або іонітними.

Мембрани готують з полімерних плівок, пористого скла, кераміки, металевої фольги, іонообмінних матеріалів. Найбільше застосування отримали мембрани на основі різних полімерів: ацетату целюлози, полівінілхлориду, полістиролу, поліамідів та ін.

Мембрани повинні володіти високою проникністю (питомою продуктивністю), хорошою селективністю (розділяє здатністю), стійкістю до дії середовища, постійністю характеристик, достатньою механічною міцністю.

Основними характеристиками процесів ультрафільтрації та зворотного осмосу є проникність і селективність мембран. Проникність (або питома продуктивність) виражається кількістю V фільтрату, віднесеним до одиниці часу t і одиниці поверхні S мембрани:

(11.37)

де k 1 - коефіцієнт, залежить від проникності мембрани; ? Р - різниця тисків розчину (води) до і після мембрани; ? Р 0 - різниця осмотичних тисків.

Таким чином, швидкість зворотного осмосу прямо пропорційна ефективному тиску (різниці між прикладеним тиском і осмотичним). Ефективне тиск значно перевершує осмотичний. Величина осмотичного тиску становить: для солі Na 2 SO 4 - 43 кПа, а для NaHCO 3 - 89 кПа. Селективність визначають (у%) за такою формулою:

(11.38)

де з 1 і з 2 - концентрація розчиненої речовини або дисперсної фази відповідно в вихідному розчині (стічній воді) і фільтраті (очищеній воді).

При 100% -й селективності мембрана пропускає тільки розчинник (очищену воду).

Пористість β мембрани можна виразити співвідношенням

(11.39)

де d - середній діаметр пор, м; n - число пір на 1 м 2 площі мембрани.

В процесі очищення деяку кількість розчинної речовини проходить через мембрану разом з водою. Цей проскок S практично не залежить від тиску:

(11.40)

де k 2 - константа мембрани.

Природа розчиненої речовини впливає на селективність. При однаковій молекулярній масі неорганічні речовини затримуються на мембрані краще, ніж органічні. З підвищенням тиску питома продуктивність мембрани збільшується. Однак при високих тисках відбувається ущільнення матеріалу мембран, що викликає зниження проникності, тому для кожного виду мембран встановлюють максимальний робочий тиск. Сростом температури збільшується проникність мембран, але при цьому підвищується осмотичний тиск, який зменшує проникність; починаються усадка і стягання пір мембрани, що також знижує проникність; зростає швидкість гідролізу, скорочуючи термін служби мембран. Наприклад, ацетатцеллюлозное мембрани при 50 ° С руйнуються, тому необхідно працювати при температурі 20 ... 30 ° С.

Збільшення концентрації розчину призводить до зростання осмотичного тиску розчинника, підвищенню в'язкості розчину і зростання концентрації поляризації, тобто до зниження проникності і селективності. У теж час проникність і селективність збільшуються з підвищенням тиску до певної межі.

Так як через мембрану переважно проходить розчинник, то у її поверхні значно збільшується концентрація розчинених або диспергованих речовин. Це явище називається концентраційної поляризацією. Воно може призвести до зниження швидкості процесу перенесення, до осадження розчиненої речовини і коагуляції дисперсної фази.

Для зменшення впливу концентрації поляризації організовують рециркуляцію розчину і турбулізацію прилеглого до мембрани шару рідини.

 
Якщо Ви помітили помилку в тексті позначте слово та натисніть Shift + Enter
< Попередня   ЗМІСТ   Наступна >

Cхожі теми

Спорудження для біологічного очищення стічних вод
ХІМІЧНІ МЕТОДИ ОЧИЩЕННЯ СТІЧНИХ ВОД
ФІЗИКО-ХІМІЧНІ СПОСОБИ ОЧИЩЕННЯ СТІЧНИХ ВОД
ТЕРМІЧНІ метод очищення і знешкодження СТІЧНИХ ВОД
гідромеханічним способом очищення стічних вод
Очищення стічних вод
Очищення стічних вод адсорбцією
Методи очищення стічних вод
Очищення стічних вод екстракцією забруднень
Очищення стічних вод в аеробних умовах
 
Дисципліни
Аудит та Бухоблік
Банківська справа
БЖД
Географія
Документознавство
Екологія
Економіка
Етика та Естетика
Журналістика
Інвестування
Інформатика
Історія
Культурологія
Література
Логіка
Логістика
Маркетинг
Медицина
Менеджмент
Педагогіка
Політологія
Політекономія
Право
Психологія
Релігієзнавство
Риторика
Соціологія
Статистика
Страхова справа
Товарознавство
Туризм
Філософія
Фінанси
Пошук