Очистка воды гиперфильтрацией

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Химия


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

ПЕРМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра охраны окружающей среды

Реферат по курсу

«Химия и микробиология воды»

Тема: «Очистка воды гиперфильтрацией»

Выполнил: студент гр. ВВз-07

Никитин Сергей Александрович

Проверил: профессор,

Рудакова Лариса Васильевна

2011

Содержание

Введение

Теоретические основы процесса гиперфильтрации

Принцип работы водоочистных систем, работающих на основе процесса обратного осмоса

Мембраны

Аппараты для обратного осмоса

Области применения гиперфильтрации

Выводы

Список используемой литературы

Введение

За рубежом, и прежде всего в США, Японии, Англии, Франции, Германии, и в России обратный осмос и ультрафильтрация получили широкое промышленное развитие для обработки воды и водных растворов, очистки сточных вод, очистки и концентрирования растворов высокомолекулярных веществ. В настоящее время в этих странах действуют тысячи обратноосмотических и ультрафильтрационных установок производительностью от 1--3 до 20 000 и более м3/сут. (например, на одном из металлургических заводов в Японии для очистки сточных вод).

Расчеты и накопленный фактический материал показывают, что применение полупроницаемых мембран может дать значительный экономический эффект в сложившихся традиционных производствах, открывают широкие возможности для создания принципиально новых, простых и энергоэффективных технологических схем (особенно при сочетании с такими широко распространенными методами разделения, как дистилляция, адсорбция, экстракция и пр.), для улучшения качества продукции и позволяет использовать различные отходы. А тот эффект, который может дать широкое применение обратного осмоса и ультрафильтрации для решения, например, важнейшей технической и экологической проблемы современности -- защиты окружающей среды от загрязнений, даже трудно переоценить.

Мембранные методы, таким образом, являются перспективными практически для всех отраслей народного хозяйства, в которых возникает необходимость разделения, очистки и концентрирования органических или минеральных веществ.

В настоящее время многие важнейшие направления развития химической технологии и биологии связаны с изучением и использованием высокомолекулярных соединений, которые, в частности, играют решающую роль в формировании структуры тканей живых организмов, а также многих синтетических материалов. Ярким примером этому могут служить искусственные полупроницаемые мембраны, используемые для технических целей, и биомембраны -- важнейшая часть всех клеточных систем живых организмов и растений.

Цель реферата: Ознакомиться с очисткой воды методом гиперфильтрации.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Изучить теоретические основы процесса.

2. Познакомиться с конструкцией и принципом действия оборудования применяемого при гиперфильтрации.

Теоретические основы процесса гиперфильтрации

Процессы разделения жидких систем играют важную роль во многих отраслях народного хозяйства. Для осуществления этих процессов уже давно применяют разнообразные способы: перегонку и ректификацию, абсорбцию и адсорбцию, экстракцию и др. Однако природа за миллионы лет эволюции живых организмов выработала наиболее универсальный и совершенный метод разделения с использованием полупроницаемых мембран. Действительно, биологические мембраны обеспечивают направленный перенос необходимых организму веществ из внешней среды в клетку, и наоборот. Без мембран невозможны были бы дыхание, кроветворение, синтез белка, усвоение пищи, удаление отходов и другие процессы.

Ученые давно стремились познать и обратить на пользу человека замечательное свойство полупроницаемых мембран -- пропускать одни вещества и задерживать другие. Однако идея применения мембран для технологических целей стала реальной лишь в последнее время в связи с развитием наших знаний о природе и структуре веществ, с новыми достижениями в различных областях науки, а также в производстве синтетических полимерных материалов.

К основным мембранным методам разделения жидких систем относятся: обратный осмос, нанофильтрация, ультрафильтрация, микрофильтрация, макрофильтрация. В любом из этих процессов разделяемый раствор вводится в соприкосновение с полупроницаемой мембраной с одной ее стороны. Вследствие особых свойств полупроницаемых мембран прошедшая через них смесь обогащается одним из компонентов. В ряде случаев процесс проходит настолько полно, что продукт практически не содержит примесей, задерживаемых мембраной. И наоборот, применяя тот или иной мембранный метод разделения, можно получить в растворе перед мембраной компонент или компоненты практически без примесей вещества, проходящего через мембрану. Области применения мембранных методов разделения жидких систем представлены на рисунке 1.

Рис. 1 Классификация мембранных методов [4] http: //wwtec. ru/

Наряду с другими мембранными методами разделения жидких систем, широкое распространение в промышленности и лабораторной практике получил обратный осмос.

Гиперфильтрация — самая совершенная на сегодняшний день технология, которая используется для очистки воды на молекулярном уровне без химических реагентов рис. 2. Ведь обратный осмос — это естественный процесс, позаимствованный у природы, в результате которого вода под давлением просачивается через поры полупроницаемой мембраны, пропускающей только молекулы воды и кислорода. Диаметр пор мембраны — 0,0009 микрон. Поэтому системы, основанные на принципе обратного осмоса, имеют самую высокую степень очистки воды — 95?99% по всем показателям.

Рис. 2. Работа мембраны обратного осмоса

Данный метод очистки основан на использовании осмотического переноса молекул через полупроницаемую мембрану. Такая мембрана проницаема для молекул воды, но не пропускает молекулы и ионы растворенных в воде веществ. Явление осмоса состоит в том, что при неодинаковых концентрациях раствора с разных сторон полупроницаемой мембраны молекулы воды будут диффундировать через неё из раствора с меньшей концентрацией в раствор с большей концентрацией (рис. 3, а). Величина возникающего осмотического давления зависит от разности концентраций растворов по обе стороны мембраны: чем она больше, тем выше осмотическое давление. Давление, при котором наступает равновесие (рис. 3, б), называется осмотическим. При разности концентраций растворов, соответствующих содержанию морской воды (35 г/кг) и дистиллированной (10 мг/кг), осмотическое давление составляет 24·102 кПа. Обратный процесс — диффузию молекул воды через мембрану в раствор с меньшей концентрацией можно осуществить, подавая концентрированный раствор на мембрану под давлением, превышающим осмотическое (см. рис 3, в).

Перенос молекул воды через полупроницаемую мембрану, из раствора с большей концентрацией в раствор с меньшей концентрацией под действием внешнего давления, превышающем осмотическое давление, называется обратным осмосом или гиперфильтрацией.

Движущую силу процесса обратного осмоса в случае идеально полупроницаемой мембраны можно определить следующим образом [1] стр. 15:

?Р = Р -- р1

где Р -- избыточное (рабочее) давление над исходным раствором; р1 -- осмотическое давление раствора.

Рис. 3. Условия возникновения обратного осмоса [1] стр. 15

Существует ряд гипотез для описания транспортных процессов в мембранах:

— Диффузионная теория: предполагается, что и молекулы воды, и ионы солей диффундируют через мембрану, но коэффициент диффузии у ионов гораздо ниже.

— Капиллярная теория: вода проходит через мембрану как через систему капилляров, причем внутри капилляра она находится в связанном состоянии за счет образования водородных связей с поверхностными атомами; движение воды сопровождается разрывом одних связей и образованием новых. Поскольку ионы не образуют водородные связи, то для них такой способ прохождения капилляра невозможен.

— Для гидрофильных мембран (поверхность которых хорошо смачивается водой) в результате адсорбции на стенках пор появляется слой чистой воды, и если диаметр пор не превышает удвоенной толщины такого слоя, то ионы растворенных соединений не могут пройти через них.

— Вследствие структурирования воды в тонких порах уменьшается ее растворяющая способность и происходит как бы выталкивание частиц растворенного вещества из поры.

Наиболее убедительная состоит в том, что поры этой мембраны проницаемы только для молекул воды. Гидративные ионы, обладающие большими размерами, проходить через поры мембраны не могут. Движущей силой процесса обратного осмоса является разность между прилагаемым внешним рабочим и осмотическим давлением. Понятно, что при увеличении солесодержания исходной воды обратный перенос молекул воды через мембрану уменьшается вследствие повышения осмотического давления. Снижается и эффект обессоливания, так как при увеличении концентрации раствора уменьшается степень гидратации ионов, размеры их становятся соизмеримыми с размерами пор полупроницаемой мембраны.

Определяющими характеристиками полупроницаемых мембран являются селективность, проницаемость по воде, стабильность показателей по времени. Селективность мембран S характеризует степень задержания растворенных компонентов и рассчитывается по формуле [3] стр. 93:

S= (Сисх — Сост)·100/Сисх

где, Сисх — концентрация растворенных солей в опресняемой воде;

Сост — остаточная концентрация солей в опресненной воде.

Селективность мембран зависит от солесодержания исходной воды. В интервале концентраций раствора от 0,5 до 10 г/л селективность изменяется незначительно.

Проницаемость по воде определяется скоростью фильтрации опресненной воды через единицу площади мембраны. Селективность мембран повышается при уменьшении проницаемости по воде. Для мембран высокого качества селективность достигает 98%.

Важным показателем качества мембран служит устойчивость их работы во времени. Обычно срок службы мембран определяется несколькими месяцами и находится в зависимости от многих факторов (концентрации, солевого состава опресняемой воды, режима работы установки). При сроке работы мембран больше 9-ти месяцев на расходы по опреснению воды почти не влияет стоимость мембран.

Для опреснения воды методом гиперфильтрации применяются мембраны из ацетатцелюлозы. Они могут быть выполнены в виде пленки, трубки, тонких полых волокон. Степень задержания различных компонентов обрабатываемой воды ацетатцеллюлозными мембранами неодинакова:

Ca2+ +Mg2+> ?Na++K+; CO2-3> HCO-3>SO2-3>Cl-.

Ацетилцеллюлозные мембраны имеют большую селективность по отношению к поливалентным ионам. В щелочной среде они подвергаются гидролизу и поэтому менее устойчивы. Оптимальные значения рН, при которых минимально сказывается действие гидролиза, 4,0−5,0.

Эффективность опреснения гиперфильтрацией, снижается если исходная вода содержит ионы, способствующие образованию нерастворимых осадков на мембранах. Метод гиперфильтрации может быть применён, не только для опреснения природных вод, но и для обработки воды в системах оборотного водоснабжения, для очистки производственных сточных вод.

Принцип работы водоочистных систем, работающих на основе процесса обратного осмоса

Принцип работы водоочистных систем, работающих на основе процесса обратного осмоса, показан на рисунке 4. В одну часть сосуда, разделенного полупроницаемой мембраной, под давлением поступает водный раствор большой концентрации. Вода продавливается через мембрану во вторую половину сосуда, а минеральные вещества, оставшиеся в первой половине сосуда сбрасываются в канализацию.

Рис. 4 Применение обратного осмоса в бытовом фильтре для воды

Простейшая обратноосмотическая система (см. рис. 5) состоит из фильтра предварительной очистки, обратноосмотической мембраны и постфильтра. Основным рабочим элементом такой системы является обратноосмотическая полупроницаемая мембрана.

Рис. 5 Простейшая система обратного осмоса

Мембраны

Мембрана -- полупроницаемая перегородка, пропускающая определенные компоненты жидких или газовых смесей [2] стр. 12.

Мембраны для баромембранных процессов должны удовлетворять следующим основным требованиям: обладать высокой разделяющей способностью (селективностью); высокой удельной производительностью (проницаемостью); химической стойкостью к действию среды разделяемой системы; механической прочностью при монтаже, транспортировании и хранении. Кроме этого, свойства мембраны в процессе эксплуатации не должны изменяться.

Мембраны подразделяют на пористые и диффузионные. Пористые мембраны нашли широкое применение в процессах обратного осмоса, микро- и ультрафильтрации. Они имеют как анизотропную, так и изотропную структуру. Мембраны с анизотропной структурой имеют поверхностный тонкопористый слой толщиной 0,25--0,5 мкм (называемый активным, или селективным), представляющий собой селективный барьер. Компоненты смеси разделяются именно этим слоем, располагаемым со стороны обрабатываемого раствора. Крупнопористый слой толщиной около 100--200 мкм, находящийся под активным слоем, является подложкой, повышающей механическую прочность мембраны. Мембраны с анизотропной структурой характеризуются высокой удельной производительностью, отсутствием закупорки пор в процессе их эксплуатации. Срок службы этих мембран определяется главным образом химической устойчивостью материала мембраны в перерабатываемых средах. Для мембран с изотропной структурой характерно быстрое снижение проницаемости вследствие закупорки пор коллоидными или взвешенными частицами, часто содержащимися в разделяемых растворах.

Диффузионные мембраны обычно применяют для разделения газов и для разделения жидких смесей методом испарения через мембрану. Диффузионные мембраны являются непористыми. Они представляют собой квазигомогенные гели, через которые растворитель и растворенные вещества проникают под действием градиента концентраций (молекулярная диффузия).

Скорость, с которой через мембрану проходят отдельные компоненты, зависит от энергии активации при взаимодействии переносимых частиц с материалом мембраны, а также от подвижности отдельных звеньев мембранной матрицы и от свойств диффундирующих компонентов раствора. Следует отметить, что скорость диффузии тем выше, чем слабее связаны между собой отдельные звенья полимерной цепи в гелевом слое, т. е. чем сильнее набухает мембрана. Поэтому для изготовления диффузионных мембран наиболее приемлемы лиофильные материалы.

Скорость прохождения молекул через диффундирующую мембрану обычно прямо пропорциональна коэффициенту диффузии, который определяется размерами молекул и их формой. Поэтому диффузионные мембраны наиболее рационально применять для разделения компонентов, имеющих практически одинаковые свойства, но различающихся размерами и формой молекул. Проницаемость диффузионных мембран почти не снижается со временем. Диффузионные мембраны имеют большое гидродинамическое сопротивление, поэтому их следует применять в виде ультратонких пленок толщиной порядка 0,02--0,04 мкм, закрепленных на пористых подложках.

В зависимости от типа используемых баромембранных аппаратов как пористые (рис. 5), так и диффузионные мембраны изготовляют листовыми, трубчатыми либо в виде полых волокон внутренним диаметром 20--100 мкм при толщине стенки 10-- 50 мкм. Мембраны можно изготовлять также на пористых носителях (подложка) различной конфигурации (так называемые композитные, или комбинированные мембраны).

Рис. 6 Структура микропористой мембраны. [1] стр. 57

Для изготовления мембран применяют различные материалы: полимерные пленки, стекло, металлическую фольгу и др. В зависимости от механической прочности используемых материалов мембраны подразделяют на уплотняющиеся (полимерные) и с жесткой структурой.

Обратноосмотическая полупроницаемая мембрана представляет собой композитный полимер неравномерной плотности. Этот полимер образован из двух слоев, неразрывно соединенных между собой. Наружный очень плотный барьерный слой толщиной около 10 миллионных инча лежит на менее плотном пористом слое, толщина которого составляет пять тысячных инча. На рис. 7 показана обратноосмотическая мембрана в разрезе.

Рис. 7 Обратноосмотическая мембрана в разрезе

Рис. 8 Суть процесса.

Обратноосмотическая мембрана — это прекрасный фильтр и теоретически содержание растворенных минеральных веществ в полученной в результате фильтрации чистой воде должно составлять 0 мг/л, независимо от их концентрации во входящей воде (рис. 8).

Фактически же, в нормальных рабочих условиях, из входящей воды извлекается 98 — 99% растворенных в ней минеральных веществ. В полученной в результате фильтрации чистой воде, остается 6 — 7 мг/л растворенных минеральных веществ.

Для того чтобы понять, почему обратноосмотическая мембрана пропускает незначительную часть минеральных веществ, вспомним, что растворенные в воде минеральные вещества имеют электрический заряд и полупроницаемая мембрана также имеет собственный электрический заряд. За счет этого 98 — 99% молекул минеральных веществ отталкивается от обратноосмотической мембраны. Однако все молекулы и ионы находятся в постоянном, хаотичном движении. В какой-то момент движущиеся противоположно заряженные ионы оказываются на очень близком расстоянии друг от друга, притягиваются, их электрические заряды взаимно нейтрализуются и образуется незаряженная частица. Незаряженные частицы уже не отталкиваются от обратноосмотической мембраны и могут проходить через нее.

Но не все незаряженные частицы попадают в чистую воду. Обратноосмотическая мембрана устроена таким образом, что величина ее пор максимально приближена к величине самых маленьких в природе молекул воды, поэтому через обратноосмотическую мембрану могут проходить только мельчайшие незаряженные молекулы минеральных веществ, а самые опасные крупные молекулы, например, солей тяжелых металлов, не смогут проникнуть через нее.

Аппараты для обратного осмоса

гиперфильтрация мембрана осмос вода

Удельную производительность мембраны характеризуют производительностью, приходящейся на единицу поверхности мембраны, а удельную производительность аппарата — производительностью, отнесенной к единице объема аппарата. Увеличения последней можно достичь как повышением удельной производительности мембраны, так и увеличением рабочей поверхности мембран в единице объема аппарата. Ясно, что для создания высокопроизводительных аппаратов необходимо одновременно улучшить оба показателя.

Приведем выдержку из [2] стр. 37, в которой лаконично сформулированы основные положения, касающиеся аппаратов обратного осмоса:

«Промышленные аппараты для барометрических процессов должны удовлетворять следующим требованиям: иметь большую рабочую поверхность мембран в единице объема аппарата; быть доступными для сборки и монтажа; жидкость при движении по секциям или элементам

аппарата должна равномерно распределяться над мембраной и иметь достаточно высокую скорость течения для снижения вредного влияния концентрационной поляризации; при этом перепад давления в аппарате (т. е. потеря напора исходного раствора) должен быть по возможности небольшим. При конструировании этих аппаратов необходимо учитывать также требования, обусловленные работой аппарата при повышенных давлениях: обеспечение механической прочности, герметичности и др.".

В плоскорамных аппаратах (рис. 9) большая удельная поверхность достигается размещением мембран параллельно друг другу на малом расстоянии. Конструкция аппарата предусматривает объединение потоков концентрата и пермеата в единые потоки. Таким образом, аппарат состоит из параллельно смонтированных элементов.

Рис. 9. Схема устройства и распределения потоков в аппарате фирмы ДДС [2] стр. 38: 1-- мембранный элемент; 2 -- фланец; 3 -- направляющая штанга; 4 -- опорная пластина; 5 -- мембрана; 6 -- проточное кольцо; 7 -- замковое кольцо; 8 -- заглушка; 9 -- шланг; 10 -- коллектор пермеата.

Высокая удельная поверхность обеспечивается в аппаратах с рулонными элементами 300--800 м23 (рис. 10).

Рис. 10 Аппарат с совместно навитыми рулонными мембранными элементами [1] стр. 146: 1 — пермеат отводящая трубка, 2- дренажный лист, 3- держатель, 4 — сетка, 5 — мембрана

Рекордная удельная поверхность мембран — 20 000 м23 — в установках с мембранами в виде полых волокон рис. 11. Это достигается за счет очень малых диаметров волокон. Полые волокна для обратного осмоса имеют наружный диаметр 45--200 мкм и толщину стенки 10 -- 50 мкм.

Волокна размещаются в виде параллельных пучков. Зазор между волокнами фиксируется с помощью спиральной нити, навиваемой на волокна.

Разделяемый раствор движется вдоль наружной поверхности волокон. Под давлением часть жидкости проходит через стенки волокон, пермеат перемещается вдоль канала волокна. Высокая удельная поверхность мембран в конечном счете обусловлена малыми поперечными размерами каналов, по которым движется концентрат и в особенности пермеат. Это приводит к большой потере напора в этих каналах. Поэтому скорость течения вдоль этих каналов ограничена. В результате в аппаратах с полыми волокнами сильно выражены трудности, связанные с концентрационной поляризацией, что вынуждает проводить предподготовку особенно тщательно.

Рис. 11 Cхема безопорного аппарата с параллельно расположенными полями волокнами [2] стр. 53: 1 — сборник памеата, 2 — фланцы, 3 — корпус, 4 — волокна, 5-трубная решетка.

Устройство аппаратов с трубчатыми мембранными элементами (рис. 11) определяется конструкцией комплектующих их мембранных элементов. Трубчатый мембранный элемент состоит из мембраны и дренажного каркаса. Дренажный каркас изготовляют из трубки 1, являющейся опорой для мембранного элемента и обеспечивающей отвод пермеата, и микропористой подложки 3, исключающей вдавливание мембраны 2 в дренажные каналы трубки под воздействием рабочего давления разделяемой смеси.

Различают трубчатые мембранные элементы с мембраной 2 внутри (рис. 12, а), снаружи (рис. 12, б) трубки и с комбини-рованным (рис. 12, в) ее расположением. Из аппаратов с трубчатыми мембранными элементами наибольшее применение получили аппараты с мембраной внутри трубки.

Рис. 12 Трубчатые мембранные элементы [2] стр. 43: а -- с мембранами внутри трубки; б -- с мембранами снаружи трубки; в -- комбинированная конструкция; 1 -- трубка; 2 -- мембрана; 3 -- подложка; 4 -- корпус.

Установки обратного осмоса обеспечивают возможность очистки воды одновременно от растворимых неорганических (ионных) и органических загрязняющих примесей, высокомолекулярных соединений, взвешенных веществ, вирусов, бактерий и других вредных примесей. Поскольку поток фильтрата прямо пропорционален площади поверхности мембраны и обратно пропорционален ее толщине, при проектировании обратноосмотических установок следует подбирать мембраны с максимально возможной площадью и минимально возможной толщиной на единицу объема аппарата.

Рис. 13. Пример установки обратного осмоса. [5]

Надежность установок обратного осмоса повышают благодаря установке резервного оборудования, с возможностью его многофункциональное применения, оптимизации количества мембранных элементов в каждой секции аппарата, а также повышая надежность фильтрующих элементов и оснащая компьютерной системой поиска отказавшего мембранного элемента и модуля.

Как правило, обратный осмос применяется в технологических процессах опреснения морской и солоноватой воды, производства сверхчистой воды для фармацевтической, радиоэлектронной и приборостроительной отраслей промышленности, а также в при создании систем оборотного водоснабжения предприятий (мембранное концентрирование промывных вод и обессоливание очищенных сточных вод в гальваническом производстве и производстве печатных плат). За границей наиболее широкое распространение в промышленности получили мембранные установки обратного осмоса: Dow Chemical «Filmtec», GE Osmonics, Toray, Norit, Inge, Hydranautics и др. В России для сборки установок обратного осмоса (Технопарк РХТУ им Д. И Менделеева, ФГУП «Исследовательский центр имени М. В. Келдыша») широкое применение находят как рулонные и половолоконные элементы перечисленных выше производителей, так и отечественные обратноосмотические ацетатцеллюлозные (АЦ) и полиамидные (ПА) полимерные мембраны производства НТЦ «Владипор».

Области применения гиперфильтрации

Разделение жидких смесей — одна из трудных проблем химической технологии. Даже если сосредоточить внимание только на растворах электролитов, круг систем, разделение которых представляет собой важную народнохозяйственную задачу, очень широк. Ограничимся только несколькими примерами, касающимися наиболее распространенных водных систем. Для этих систем наиболее важный круг задач связан с деминерализацией -- необходимостью снижения общего солесодержания или же удаления из воды ионов, наиболее вредных в тех или иных конкретных условиях.

Технология деминерализации в настоящее время направлена либо на получение чистой в той или иной степени воды, либо на выделение из растворов ценных растворенных веществ, либо на защиту водного бассейна. Наиболее крупномасштабные задачи возникают в связи с необходимостью получения чистой воды и экологией.

Без деминерализации невозможно организовать питьевое водоснабжение многих регионов страны, причем тенденция расширения этих регионов прослеживается очень четко. Процесс деминерализации, направленный на получение питьевой воды, называют опреснением солевой состав полученной воды должен отвечать определенным требованиям или же он может быть в дальнейшем скорректирован добавками необходимых компонентов, В получении чистой воды заинтересованы многие отрасли промышленности. Здесь можно выделить три важнейших класса задач. Огромное количество воды потребляет энергетика.

С целью предохранения котлоагрегатов от накипеобразования вода подвергается умягчению путем удаления солей жесткости.

Рис. 14 Пример применения установок обратного осмоса для очистки сточных вод гальванического производства [5]

Очень многие производства электронной и радиотехнической промышленности используют предельно чистые вещества и поэтому нуждаются в глубоко обессоленной воде, солесодержание которой должно быть ниже, чем в дистиллированной воде. Процесс деминерализации в этом случае называют обессоливанием.

Наконец, очистка сточных вод различных производств включает в качестве составной части процесс деминерализации. Как известно, защиту водного бассейна от промышленных стоков осуществляют посредством организации замкнутых циклов. Сточная вода подвергается очистке, очищенная вода возвращается в производство, за счет чего многократно снижается потребление природной или водопроводной воды. Узким местом в организации замкнутых циклов водоснабжения является деминерализация. Применение водных (так называемых мокрых) технологий связано с обогащением воды солями, многократное использование воды приводит к значительному росту солесодержания. Поэтому при создании замкнутых циклов предусматривается и узел деминерализации, причем часто именно здесь возникают наибольшие трудности. Для решения той или иной конкретной задачи деминерализации важнейшее значение имеет начальное солесодержание воды. При высоком солесодержании (порядка десятков граммов на литр) оправдано концентрирование соли посредством выпаривания. Но этот метод связан с большим расходом энергии. Если начальное солесодержание ниже, предпочтение оказывается другим, значительно менее энергоемким методам. Среди них наибольшее распространение получил ионный обмен, который обычно применяют при низком начальном солесодержании. Однако из-за недостаточной освоенности промышленностью мембранных методов деминерализации ионный обмен используют и при относительно высоком солесодержании. Чем выше начальное солесодержание, тем чаще необходимо проводить регенерацию ионитов, состоящую в замене поглощенных катионитом катионов ионами водорода, поглощенных анионитом анионов — гидроксид-ионами.

Регенерация, естественно, осуществляется с применением кислот и щелочей. Возникающие при регенерации рассолы на каждый грамм соли, извлеченной из подлежащей деминерализации воды, содержат несколько граммов соли, возникающей из кислоты и щелочи, использованных в регенерации. В результате при широкомасштабном применении ионного обмена в водный бассейн попадают щелочь и кислота, использованные при регенерации. Ионообменная технология -- источник засоления природных вод. Она признана в настоящее время экологически вредной, и ее широкое применение (при немалых начальных солесодержаниях воды) -- временная мера.

Замена ионного обмена мембранными методами деминерализации -- одна из прогрессивных тенденций развития технологии деминерализации. В общем плане -- это отказ от реагентного метода (ионный обмен) в пользу безреагентных (мембранные методы).

Выводы по задачам

1. В процессе написания реферата были изучены теоретические основы процессов обратного осмоса (гиперфильтрации). Суть мембранных технологий и применимость на различных производствах и в быту.

2. Анализ технологических процессов и оборудования применяемого при очистке воды методом гиперфильтрации, позволяет сделать вывод, что мембранные технологии являются наиболее экономически выгодными, при наилучшем качестве фильтрации. Рассмотренный метод очистки воды можно считать наиболее перспективным в процессах водоподготовки и очистки сточных вод.

Список используемой литературы

1. Дытнерский Ю. И. Обратный осмос и ультрафильтрация М.: Химия, 1978. --352 с, ил.

2. Дытнерский Ю. И. Баромембранные процессы. Теория и расчет. М.: Химия — 1986 — 272 с.

3. Таубе П. Р., Баранова А. Г. Химия и микробиология воды: Учебник для студентов вузов. — М. :Высш. шк. 1983. — 280с

4. Духин С. С., Сидорова М. П., Ярощук А. Э. Электрохимия мембран и обратный осмос. Ленинград «Химия» 1991 г.

5. Интернет — ресурсы.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой