Флотационная очистка сточных вод

Стойкость материала, из которого изготовлены мембраны, определяет их долговечность и работоспособность.

Мембраны на основе производных целлюлозы неустойчивы  к действию кислот и щелочей. Ацетатные  мембраны наиболее устойчивы в области pH=4,5-5; при pH=6 срок службы этих мембран  сокращается почти вдвое, а при pH=10 составляет всего несколько дней. Ацетатные мембраны неустойчивы  к действию органических растворителей  и активных веществ, так как они  образуют сольваты с ацетатами целлюлозы, вызывая их набухание.

Таблица 12. Условия  и характеристики материалов, используемых для изготовления мембран

На селективность  мембран, кроме соотношения размеров молекул, частиц и размеров пор, влияет обменное взаимодействие между растворенным веществом и веществом мембраны. Ультрафильтрация позволяет производить  очистку сточных вод от примесей нефтепродуктов, когда гидрофобные  молекулы углеводородов задерживаются  гидрофильными полярными ацетатцеллюлозными мембранами (АЦМ) с размерами пор, превышающими размеры молекул задерживаемых  веществ.

Эксплуатационные  характеристики мембран во многом зависят  от гидродинамических условий у  поверхности мембраны. Характеристики мембран могут изменяться и при  длительном хранении.

В мембранном аппарате размещают мембранные модули, включающие в себя один или несколько соединенных  мембранных элементов.

По способу  укладки мембран модули для разделения методами ультрафильтрации и обратного  осмоса подразделяют на четыре основных типа: плоскорамные типа фильтр-пресс, трубчатые, рулонные, капиллярные (в  виде полых волокон).

Конструкции мембранных модулей различаются между собой  распределением исходного потока, рабочим  давлением, капитальными и эксплуатационными  расходами.

К недостаткам  трубчатых систем можно отнести  сравнительно высокие капитальные  и эксплуатационные расходы. Аппараты с трубчатыми фильтрующими элементами применяют для процесса ультрафильтрации.

Таблица 13. Ультрафильтрационные мембранные модули, используемые при  ультрафильтрации

Рулонный модуль представляет собой систему плоских  рам и плит, свернутых в виде спирали. Аппараты рулонного типа широко применяют в технике разделения и концентрации растворов.

Высокоэффективно  использование ультрафильтрационных аппаратов для очистки и обесцвечивания высокоцветных маломутных природных  вод от растворенных органических веществ  и микроорганизмов.

Таблица 14. Показатели качества исходной высокоцветной маломутной воды, обработанной ультрафильтрационным методом

Процессы ультрафильтрации хорошо сочетаются с различными методами разделения и концентрирования жидких сред: обратный осмос, диализ, электродиализ  и др. При этом создаются высокоэффективные  технологические цепи с замкнутым  водоснабжением и возвратом в  производство ценных продуктов в  концентрированном виде.

Технико-экономические  показатели мембранных методов разделения характеризуют процесс ультрафильтрации как малоэнергоемкий с рядом  преимуществ по сравнению с другими  методами.

Таблица 15. Сравнительные  технико-экономические показатели методов на стадии предварительной  очистки природных вод

Обратный  осмос

Осмотическое  давление, возникающее при диффузионном процессе самопроизвольного перехода растворителя через разделительную полупроницаемую мембрану в область  более концентрированного раствора, называют осмосом. Обратный осмос - процесс  мембранного разделения жидких растворов  путем преимущественного проникновения  через полупроницаемую мембрану растворителя под действием приложенного к раствору давления, превышающего его осмотическое давление. Осмос - самопроизвольный переход растворителя через полупроницаемую перегородку  в раствор.

Обратный осмос  используют для разделения растворов  без фазовых превращений. Растворитель диффундирует через мембрану, а растворенное вещество задерживается. Как и при  ультрафильтрации, при обратном осмосе не требуется повышения температуры  и химического воздействия.

Процесс обратного  осмоса отличается от ультрафильтрации областью применения и аппаратами. Недостатки метода обратного осмоса - процессы концентрационной поляризации  и повышенное требование к уплотняющим  устройствам аппаратов. Для удаления концентрационного слоя используют различные устройства, турбулизирующие  поток ближней зоны раствора у  мембраны. При обратном осмосе размер молекул отделяемого растворителя соизмерим с размером молекул  вещества в растворе (при ультрафильтрации различие было значительным).

Существенным  преимуществом обратного осмоса перед всеми другими методами очистки сточных вод является одновременная очистка от неорганических и органических примесей, что особенно важно в системах оборотного водоснабжения. Обеспечивается возможность получения  наиболее чистой воды, так как мембраны могут задерживать практически  все растворенные вещества и взвеси минерального  и органического характера, в том числе вирусов, бактерий, микробов и т.д. Такую очистку воды в настоящее время широко применяют при водоподготовке для промышленных целей.

Характерные требования, предъявляемые к обратимосмотическим  мембранам - высокие проницаемости  и селективность, а также способность  противостоять значительной разности давления по обеим сторонам мембраны. Характеристики различных мембран приведены в таблице.

Таблица 16. Характеристика ацетатцеллюлозных мембран различных  типов

Помимо уплотняющихся  мембран из различных полимеров  используют мембраны с жесткой структурой, полученные плазменной полимеризацией. Их способность - стабильное увеличение селективности и проницаемости  в течение длительного времени (первые 6-8 сут), отличные характеристики при сравнительно высокой концентрации исходного раствора. К мембранам  с жесткой структурой относятся  металлические, из пористого стекла, динамические и др. Большое развитие получают динамические мембраны.

На установках обратного осмоса применяют предварительную  фильтрацию исходной воды от твердых  частиц и загрязнений. Количества концентрата  составляет обычно 25-50% от количества поступающего раствора.

Физико-химическая очистка

Флотационная  очистка сточных  вод

Флотация является сложным физико-химическим процессом, заключающимся в создании комплекса  частица-пузырек воздуха или газа, всплывании этого комплекса и  удалении образовавшегося пенного  слоя. Процесс флотации широко применяют  при обогащении полезных ископаемых, а также при очистке сточных  вод.

В зависимости  от способа получения пузырьков  в воде существуют следующие способы  флотационной очистки:

флотация пузырьками, образующимися путем механического  дробления воздуха (механическими  турбинами-импеллерами, форсунками, с  помощью пористых пластин и каскадными методами);

флотация пузырьками, образующимися из пересыщенных растворов  воздуха в воде (вакуумная, напорная);

электрофлотация.

Процесс образования  комплекса пузырек-частица происходит в три стадии: сближение пузырька воздуха и частицы в жидкой фазе, контакт пузырька с частицей и прилипание пузырька к частице.

Прочность соединения пузырек-частица зависит от размеров пузырька и частицы, физико-химических свойств пузырька, частицы и жидкости, гидродинамических условий и  других факторов.

Процесс очистки  стоков при флотации заключается  в следующем: поток жидкости и  поток воздуха (мелких пузырьков) в  большинстве случаев движутся в  одном направлении. Взвешенные частицы  загрязнений находятся во всем объеме сточной воды и при совместном движении с пузырьками воздуха происходит агрегатирование частицы с воздухом. Если пузырьки воздуха значительных размеров, то скорости воздушного пузырька и загрязненной частицы различаются  так сильно, что частицы не могут закрепиться на поверхности воздушного пузырька. Кроме того, большие воздушные пузырьки при быстром движении сильно перемешивают воду, вызывая разъединение уже соединенных воздушных пузырьков и загрязненных частиц. Поэтому для нормальной работы флотатора во флотационную камеру не допускаются пузырьки более определенного размера.