Дисциплина Гибкие производства малотоннажных химических продуктов Тема Методы

Дисциплина: Гибкие производства малотоннажных химических продуктов Тема: Методы очистки воды Студент: Егорчев Н. С. Преподаватель: Островский В. А. Санкт–Петербург 2012

Введение Во все времена чистая вода была залогом здоровья человека и благоприятного состояния окружающей среды. В настоящее время законодательство и различные правовые акты любой развитой страны требуют от промышленных организаций не только использования современных технологий, но и соблюдения экологических норм, в том числе в плане водоподготовки и очистки воды как поступающей на предприятие, так и сбрасываемой им.

Основные проблемы с водой, с которыми приходится сталкиваться » Мутность » Цветность » Запах » Ph » Сухой остаток » Общая жесткость » Окисляемость » Щелочность » Железо, марганец » Хлориды

Методы очистки воды • Бытовые (кипячение, отстаивание, вымораживание) • Методы осаждения • Мембранные методы • Окислительные методы • Сорбционные методы • Ионообменные • Дистилляция

С помощью этих методов производится: • • обезжелезивание воды осветление воды умягчение воды обессоливание воды обеззараживание воды удаление органических загрязнений дехлорирование воды удаление нитратов

Осадительные методы • Характеризуются образованием малорастворимой твердой фазы, на поверхности или внутри которой задерживаются коллоидные и (или) растворенные загрязнения. Эта фаза создается за счет введения специальных реагентов. • Эти методы дают хорошие результаты по выведению коллоидных и взвешенных частиц. Достоинствами этих методов являются: низкая стоимость, использование широко распространенного оборудования и доступных реагентов. Недостатками являются: низкая эффективность, малая производительность и большое количество отходов.

Различают три основных осадительных метода: • коагуляция - образование и осаждение в жидкой фазе гидроксидов железа или алюминия с адсорбированными на них коллоидами загрязнений и соосажденными гидроксидами тяжелых металлов; • флокуляция - процесс агрегатации частиц, в котором в дополнение к непосредственному контакту частиц происходит их адсорбционное взаимодействие с молекулами высокомолекулярного вещества, называемого флокулянтом. • химическое осаждение - образование и осаждение в жидкой фазе малорастворимых кристаллических осадков с соосажденными ионами загрязнений.

Мембранные методы Мембранный метод основан на пропускании загрязненного раствора через полупроницаемую перегородку с отверстиями меньшими, чем размер частиц загрязнений. • • • Мембранные процессы включают в себя: макрофильтрацию; микрофильтрацию; ультрафильтрацию; нанофильтрацию; обратный осмос.

• Макрофильтрация – это механическая фильтрация с удалением крупных видимых твердых частиц с размером пор 1 -100 мкм. Как правило осуществляется на металлических и полимерных сетках различного типа с регенерацией обратным током очищенной воды. • Микрофильтрация – удаляет мелкие взвеси и коллоидные частицы, микроорганизмы(бактерии) с размером 0, 1 -1, 0 мкм, определяемые как мутность раствора. Рабочее давление от 1, 0 до 2, 0 атм. • Ультрафильтрация – извлекает из воды коллоидные частицы, микроорганизмы (бактерии и вирусы), крупные органические макромолекулы, определяющие цветность воды, имеющие размер 0, 01 -0, 1 мкм. Рабочее давление от 0, 7 до 7, 0 атм.

• Нанофильтрация – удаляет молекулы и многозарядные ионы, имеющие размер от 0, 001 до 0, 01 мкм, органические молекулы и все вирусы. Рабочее давление от 7 до 16 атм. • Нанофильтрация способна удалять ионы с зарядом больше 1, например, раствор Mg. SO 4, на 98 -99%, а однозарядные пропускать – извлечение Na. Cl составляет менее 50%. • Тяжелые металлы удаляются практически полностью. • Происходит умягчение воды, снижение цветности и окисляемости.

Осмос • Процесс проникновения воды через полупропускающие мембраны называется осмосом • Разница в высоте уровней двух растворов разной концентрации пропорциональна силе, под действием которой вода проходит через мембрану. Эта сила называется "осмотическим давлением".

Обратный осмос • В процессе обратного осмоса вода и растворенные в ней вещества разделяются на молекулярном уровне, при этом с одной стороны мембраны накапливается практически идеально чистая вода (в данном случае в сосуде Б), а все загрязнения остаются по другую ее сторону (в сосуде А).

Минусы обратного осмоса: • обратноосмотические установки очень дороги; • вода перед обратноосмотической мембраной должна обязательно пройти тщательную механическую фильтрацию; • питьевая вода после такой обработки становится "слишком чистой" и не содержит необходимых организму микроэлементов, что требует их добавления в воду после фильтрации;

Промышленные системы обратного осмоса

Установка обратного осмоса, производительность по очищенной воде 30 куб. м/час.

Установка обратного осмоса ARO-300 • ARO-300 -G – обратноосмотическая установка коммерческой серии. Производительность до 1250 л в сутки. Установка смонтирована на раме из нержавеющей стали и укомплектована одним мембранным модулем формата 2521 производства Hydronautics или Filmtec. Корпус мембранного модуля выполнен из нержавеющей стали.

Сравнение мембранных методов по степени удаления из воды ионов и биологических загрязнений

Окислительные методы очистки воды • • • Основными используемыми окислителями являются: кислород воздуха; хлор-газ Cl 2 и другие галогены (Br, I и т. п. ); диоксид хлора Cl. O 2; гипохлорит натрия Na. Cl. O; гипохлорит кальция Ca(Cl. O)2; хлорная известь (хлорид-хлорат кальция); хлорамины; озон O 3; перманганат калия KMn. O 4 (марганцовка); пероксид водорода H 2 O 2 (перекись водорода).

Озонирование Озон – является одним из наиболее сильных известных в настоящее время окислителей. Преимуществом озонирования является неспособность озона, в отличие от хлора, к реакциям замещения. Особенностью озона является быстрое разложение в воде с образованием кислорода и предельных оксидов, не приводящих к образованию канцерогенных веществ как, например, при окислении хлором или фтором, т. е. озон обладает практически полной экологической безопасностью.

Получение озона • Основной реакцией является процесс диссоциации молекул кислорода при взаимодействии со свободным электроном; О 2 + e = O + e • Следующий этап состоит в образовании молекулы озона O + O 2 + M = O 3 + M, в которой принимает участие третья частица М: молекула, ион, электрон или атом в нейтральном или возбужденном состоянии. • Кроме образования озона, происходит разложения молекул O 3 по реакции O 3 + M = O 2 + O + M Эта реакция идет тем интенсивнее, чем выше температура газа. • В результате прохождения рабочего газа через разрядную зону озонатора на выходе получается озоно-воздушная или озонокислородная смесь с концентрацией озона до 10 г/м 3, при этом получаемое количество озона зависит от превышения интенсивности образования над интенсивностью разложения.

Достоинства озонирования: • Обеззараживание - это удаление из воды бактерий, спор, микробов и вирусов (инактивация). • Обесцвечивание - это удаление из воды органических и химических веществ, окрашивающих воду. • Удаление железа и марганца образованием нерастворимых веществ, которые удаляются отстаиванием или фильтрацией. • Устранение привкусов и запахов воды, вызванные присутствием соединений минерального и органического происхождения, находящихся в растворенном или коллоидном состоянии. К недостаткам озона относится сложность его производства на месте использования.

Установки озонирования воды

Сорбционные методы очистки основаны на процессах адсорбции и ионного обмена. Методом ионного обмена осуществляется извлечение из раствора ионов, а методом адсорбции – молекул. Адсорбция – поглощение молекул растворенного вещества твердым нерастворимым телом – адсорбентом. Адсорбенты – это твердые нерастворимые тела, обладающие развитой поверхностью за счет высокой пористости (активированные угли). Поглощение происходит за счет физической сорбции (силы межмолекулярного взаимодействия) или хемосорбции (с участием химических реакций) на развитой поверхности адсорбента.

• При адсорбции из растворов извлекаются в основном молекулы органических веществ, а также коллоидные частицы и микровзвеси. Хорошо сорбируются фенолы, полициклические ароматические углеводороды, нефтепродукты, хлор- и фосфоорганические соединения. • Соли, находящиеся в воде в ионном виде, практически не извлекаются.

ОЗОНО-СОРБЦИОННЫЕ УСТАНОВКИ ОЧИСТКИ ВОДЫ типа "Р 6"

Обезжелезивание воды Железо в воде находится в следующих формах: • двухвалентное – растворенной в виде ионов Fe 2+ • трехвалентное (ионы Fe 3+ гидролизуются в нерастворимый гидроксид Fe(OH)3, который находится в виде взвеси или осадка); • органическое железо (находится в виде различных растворимых комплексов с природными органическими кислотами (гуматов), имея, как правило, коллоидную структуру); • бактериальное железо – продукт жизнедеятельности железобактерий (железо находится в их оболочке).

• Если в воде присутствует только трехвалентное железо в виде взвеси достаточно простого отстаивания или механической фильтрации. • Для извлечения растворенных двухвалентного железа и марганца сначала необходимо их окислить и перевести в нерастворимую форму. • Частицы окисленных железа и марганца в виде гидроокисей отфильтровываются на гранулированной засыпке. Однако процесс окисления и формирования хлопьев достаточно длителен: 2 Fe 2+ + O 2 = 2 Fe 3+ + 2 OHFe 3+ + 3 OH- = Fe(OH)3

Во время рабочего цикла питающая вода с высоким содержанием растворенного железа проходит через слой засыпки. Обезжелезивание основано на окислении растворенного железа на гранулах засыпки и превращении его в нерастворимые и тем самым хорошо удаляемые фильтрованием хлопья. При прохождении воды через засыпку происходит поглощение железа сначала в ее верхних слоях, затем, по мере истощения обменных свойств засыпки, в обезжелезивание воды включаются более нижние слои. После того, как обменная способность засыпки полностью исчерпана, необходимо провести регенерацию засыпки.

• Во время этого процесса происходит вымывание хлопьев окисла железа (и марганца) из засыпки и переупаковка зерен засыпки • Во время данного процесса через засыпку прокачивается регенерант (перманганат калия KMn. O 4 )

• В течение некоторого времени засыпка оседает на дно бака. • Во время данного процесса происходит уплотнение засыпки.

Обезжелезиватели серии PBFI

Умягчение воды Процесс удаления из воды солей жесткости называют умягчением. Удаление солей жесткости может производится тремя методами: • реагентным умягчением(коагуляция); • ионным обменом; • нанофильтрацией.

Ионный обмен

Умягчитель технологии «Aqua Equipment» • Подобная система расчитана на умягчение воды средней жесткости в объеме 200 т. литров.

Обессоливание воды • Обессоливание воды означает уменьшение содержания в ней растворенных солей. Этот процесс называют также деионизацией, или деминерализацией. • • • Существует несколько способов обессоливания: термический; ионообменный; электродиализ; мембранные (обратный осмос, нанофильтрация); комбинированные.

Термические методы обработки воды перегонка, дистилляция, выпарка.

Ионообменный способ

Электродиализ воды • Электродиализом называется процесс удаления из раствора ионов растворенных веществ путем избирательного их переноса через мембраны, селективные к этим ионам, в поле постоянного электрического тока.

Оценочное сравнение методов обессоливания по трем уровням: минимальный (Мин. ), максимальный (Макс. ) и средний (Ср. ).

УФО

Сравнение методов очистки воды

T. E. I. Block