Обессоливание воды электродиализом

Сущность электрохимического обессоливания воды электро-диализом заключается в том, что в электрическом поле, созда-ваемом при пропускании постоянного тока через слой воды, происходит перенос ионов растворенных в воде солей. Прост-ранство между анодом и катодом с помощью диафрагмы разделено на отсеки: в среднем отсеке находится обессоливаемая вода. Под действием постоянного тока в анодный отсек переходят анионы, а в катодный отсек - катионы, а находящаяся в среднем отсеке вода таким образом обессоливается. Кроме анионов растворенных в воде солей в переносе электричества принимают также участие диссоциированные молекулы воды.

Вследствие большого расхода электроэнергии метод электро-химического обессоливания воды долгое время не получал широкого применения, потому что стоимость такого обессоли-вания была выше, чем при других методах. В последние годы удалось значительно повысить эффективность и экономичность обессоливания воды электродиализом. Это достигнуто благодаря внедрению специальных электрохимически активных диафрагм, которые отличаются от обычно применявшихся тем, что облада-ют избирательной ионой проводностью (способны пропускать через себя либо анионы, либо катионы). Наличие ионитовых диафрагм не дает возможности ионам Н⁺ и ОН^- попадать в среднюю камеру, а также исключает встречное движение ионов из электродных камер.

Обессоливание воды методом обратного осмоса

Метод обратного осмоса заключается в фильтровании растворов под давлением через полупроницаемые мембраны, пропускающие растворитель и не пропускающие полностью или частично удаляемые молекулы или ионы растворенных веществ. В основе описываемого способа лежит явление осмоса – самопроизвольного перехода растворителя через полупроницаемую перегородку в раствор. Давление, при котором наступает равновесие, называется осмотическим. Если со стороны раствора приложить давление, превышающее осмотическое, то перенос растворителя будет осуществляться в обратном направлении, что отразилось в названии процесса "обратный осмос".

Схема очистки воды методом обратного осмоса

Узел очистки

Сточная вода после предварительной очистки от грубодисперс-ных частиц насосами подается к двухслойным фильтрам (1), предназначенным для удаления из исходной воды коллоидно-дисперсных взвешенных твердых частиц.

Рис. 58 Схема очистки воды методом обратного осмоса

Двухслойный фильтр (1) представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат, заполненный фильтрующей насадкой из антрацита и марганцевого песка. Исходная вода под давлением до 0,6 МПа подается в верхнюю часть фильтра через входное распределительное устройство, проходит сверху вниз слой антра-цита, где происходит грубая фильтрация воды, а затем слой марганец-содержащего влажного песка, предназначенного для более тонкой фильтрации. Механические примеси воды задержи-ваются фильтрующим составом, а осветленная вода выходит через дренажную коллекторную систему, расположенную в нижней части аппарата. Дренажная система покрыта слоем гравия с различной крупностью зерен, что способствует более равномер-ному распределению потока и препятствует уносу из аппарата фильтрующих сред. По мере загрязнения фильтрующего мате-риала, происходит увеличение гидравлического сопротивления фильтра и уменьшается его производительность. С целью вос-становления фильтрующей способности фильтров один раз в сутки производится их промывка. Для этого вначале произ-водится взрыхление фильтров сжатым воздухом, в результате чего фильтрующий материал переходит во взвешенное состояние, а затем промывка исходной водой, поступающей снизу вверх. Обратная промывка производится в течение 15 минут. Промы-вочная вода сбрасывается в канализацию. По окончании взрых-ляющей обратной промывки, производится промывка фильтров рабочим потоком воды в течение 5 минут. Фильтрат при этом также сбрасывается в канализацию. После двухслойных фильтров (1) вода поступает к фильтрам предварительной очистки (2). Перед этими фильтрами в поток воды вводят антинакипин и метабисульфит натрия, предназначенный для связывания имею-щегося в воде хлора. Для предупреждения карбонатных отло-жений предусматривается дозировка в поток воды серной кислоты в количестве, необходимом для поддержания рН=3,0-7,5. Фильтры 2, выполняющие роль смесительной камеры, обеспе-чивают равномерное распределение реагентов в потоке воды и предназначены для окончательной очистки воды от взвешенных частиц размером более 5 микрон. В качестве фильтрующего материала используются собранные в кассету патроны из пористого полипропилена с размером пор 5 микрон. В каждом узле установлено 2 фильтра. При перепаде давления на фильтре 0,1-0,12 МПа патронные фильтры подлежат замене. Замена производится не реже 1 раза в 10 дней.

Узел обратного осмоса

Очищенная от взвесей вода насосами (3) с давлением до 2,5 МПа поступает на установки обратного осмоса (4). Установка обрат-ного осмоса предназначена для очистки воды от ионов раство-ренных в ней солей, а также органических веществ и взвесей размером менее 5 микрон.

Процесс обратноосмотического обессоливания происходит в аппарате рулонного типа. Он представляет собой трубу, в которую вставлены рулонные фильтрующие элементы. Эти элементы изготавливают накручиванием вокруг центральной водоотводящей трубки со щелями полупроницаемых мембран, разделенных дренажными устройствами и турбулизаторами-разделителями. В процессе накручивания материалы, образу-ющие мембранные пакеты, пропитывают клеевой композицией так, что получаются напорные и дренажные полости, отделенные друг от друга. Исходная вода подается на внешнюю поверхность рулонного фильтрующего элемента (РФЭ), движется по турбулизатору-разделителю по спирали к центру элемента. Здесь собирается очищенная вода и через торец РФЭ выводится концентрированный раствор солей. Таким образом, вода при помощи мембран разделяется на два потока: очищенную воду (пермеат) и концентрированный раствор солей (концентрат). Пермеат из каждого мембранного элемента собирается в кол-лекторе пермеата и с остаточным давлением до 0,4 МПа посту-пает к декарбонизаторам (6). На трубопроводе пермеата установ-лен обратный клапан (5), препятствующий обратному потоку. Концентрат собирается в коллекторе концентрата и затем по межцеховому трубопроводу направляется в колодец пром-ливневой канализации, откуда самотеком поступает в пруд 7. Степень очистки воды на установке обратного осмоса составляет 75%. Очистка и восстановление задерживающей способности мембран осуществляется путем циркуляции через мембраны моющих растворов. В качестве моющих растворов применяют ортофосфорную кислоту от неорганических отложений и едкий натр от органических отложений.

 

Узел декарбонизации

После установок обратного осмоса пермеат поступает к декарбонизаторам (6). Декарбонизаторы предназначены для удаления из пермеата диоксида углерода, который образуется при подкислении воды серной кислотой перед установками обратного осмоса. Декарбонизация пермеата необходима для повышения производительности анионита, поскольку поглощение анионитом свободной углекислоты приводит к быстрому его насыщению. Удаление из пермеата растворенной углекислоты осуществляется путем ее аэрации. Декарбонизатор представляет собой цилиндри-ческий бак, внутри которого располагается насадка. В верхнюю часть декарбонизатора через разбрызивающее устройство подается пермеат, снизу противотоком поступает воздух

Узел деминерализации воды

Декарбонизированный пермеат (частично-деминерализованная вода) насосами (3) с давлением до 0,6 МПа подается на ионно-обменную очистку в фильтры смешанного действия (10), которые предназначены для окончательной деминерализации пермеата. Конструктивно фильтр смешанного действия (ФСД) представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат, загруженный катионитом и анионитом с четырьмя дренажно-распределитель-ными устройствами:

-входной распределитель,

-распределитель щелочи, коллектор среднего уровня,

- дренажный коллектор.

Коллектор среднего уровня играет в технологическом процессе работы фильтра важную роль.

Он располагается на такой высоте от нижнего дренажного коллектора, чтобы по его оси проходила линия раздела слоев катионита и анионита при их разделении.

После смешения этих ионитов между собой граница раздела исчезает и в фильтре образуется в общем однородный фильтру-ющий слой, через который обрабатываемая вода проходит сверху вниз.

Пермеат поступает в верхнюю часть фильтра, равномерно распределяется с помощью внутреннего распределительного устройства и сверху вниз проходит через слой перемешанных зерен Н⁺- катионита и ОН^-- анионита.

Фильтры смешанного действия периодически выводятся из схемы на регенерацию.

Процесс регенерации каждого ФСД состоит из трех основных этапов:

-взрыхления и разделения ионитов,

-раздельной их регенерации и отмывки от продуктов регенерации. Взрыхление и разделение ионитов проводят частично демине-рализованной водой (ЧДВ), в поток которой дозируется серная кислота и щелочь.

Проходя фильтрующий слой снизу вверх, взрыхляющая вода отделяет анионит от катионита за счет разности их плотностей и через верхнее распределительное устройство отводится в дренажный лоток.

 

Рис.59 Аппараты рулонного типа

1 - накидное кольцо; 2 - упорные кольца; 3 - крышки; 4 - корпус; 5 - решетка; 6 – пермеато-отводящая трубка; 7 - резиновые кольца;8 - рулонные модули; 9 - резиновая манжетка; 10 - резиновые кольца

 

УСТАНОВКИ ДЛЯ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ СТОЧНЫХ ВОД

 

Обеззараживание(дезинфекция)хозяйственно-фекальных сточных вод производится с целью уничтожения содержащихся в них патогенных микро­организмов и устранения опасности зара-жения водоема – приемника очи­щенных сточных вод. Среди известных методов наиболее широкое практи­ческое применение получило хлорирование: хлорной известью СаСl₂O, жид­ким хлором Сl₂, электролитически получаемым гипохлоритом натрия NaCIO и путем прямого электролиза. При растворении этих веществ в воде происходит образование активного хлора – комплекса химических соединений хлора, из которых наиболее ак­тивными являются хлорноватистая кислота НСlO и гипохло-рит-ион СlO¯. В настоящее время предполагается, что гибель бактерий при хлорировании происходит в результате химии-ческого воздействия активного хлора на орга­ническое вещество и ферментную систему клеток, что в конечном итоге при­водит к утрачиванию бактериями способности к окислению глюкозы и гибе­ли. В качестве косвенного санитарно-бактериологического показателя фе­кального загрязнения воды используют количество в воде кишечных палочек Coli. Коли-индекс – число кишечных палочек в 1 литре воды. Коли-титр – наименьший объем воды

(мл), в котором содержится 1 кишечная палочка.

Расчетную дозу активного хлора (г/м³), следует принимать: - после механической очистки - 10,- после неполной биологической очистки - 5, - после полной биологической, физико-химической и глубокой очистки - 3. Бактериицидная эффективность обеззара-живающего действия хлора и хлорсодержащих соединений находится в прямой зависимости от продолжи­тельности контакта, возрастая с увеличением длительности действия хлора. Продол-жительность взаимодействия хлора со сточной водой в контактном резервуаре или отводящих лотках и трубопроводах следует принимать не менее 30 минут. В каждом конкретном случае доза активного хлора уточняется в процессе эксплуатации. При этом количество остаточного хлора в обеззараженной во­де после контакта не должно превышать 1,5 г/м³, а коли-индекс – не более 1000. В настоящее время применяется несколько типов установок для приго­товления и дозирования растворов, содер-жащих активный хлор. Первый тип - установки для приготовления раствора хлорной извести или гипохлоритов с необходимой концентрацией с последующей подачей его в воду. Второй тип – хлораторы, в них последовательно происходит испарение хлора, его механическая очистка, дозирование и растворение в воде с образованием хлорной воды, которая затем смешивается в смесителях со стоками. К треть­ему типу относятся электроли-зеры, которые позволяют получить гипохлорит натрия электрохимическим путем из сырья – раствора поваренной соли. И, наконец, четвертым типом являются установки прямого электролиза сточной воды, которые позволяют получать обез-зараживающие продукты путем электролитического разложения хлоридов, находящихся в сточной воде. Установки с исполь-зованием хлорной извести в основном однотипны и отличаются лишь некоторыми конструктивными деталями и габаритами. Схема этой установки с поплавковым дозатором рис.60. Расходные баки работают поочередно: в одном приготовляют раствор, из другого подают его на обеззараживание. На установках с использованием жидкого хлора в обеззараживаемую жидкость хлор поступает в виде хлорной воды, получаемой при растворении газообразного хлора. Широкое распространение получили вакуум­ные хлораторы рис.61, которые более безопасны в работе и не допускают проник­новение хлора в помещение. Электрохимический способ получения гипохлорита натрия основан на получении хлора и его взаимодействии со щелочью в электролизере. При электролизе водного раствора NaCl на аноде происходит выделение газооб­разного хлора, который раство-ряется в воде с образованием хлорноватистой НСlO и соляной НС1 кислоты:

Рис. 60 Установка для обеззараживания воды хлорной известью

1 – расходный бак, 2 – оттарированная шайба, 3 – поплавок-дозатор, 4 – растворный бак.

Рис. 61 Схема вакуумного хлоратора

1 – промежуточный баллон, 2 – вентиль, 3 – фильтр, 4,6 – манометры, 5 – понижающий ре­дуктор, 7 – измеритель расхода хлора, 8 – предохранительный клапан, 9 – смеситель, 10 –эжектор

Рис. 62 Схема электролизной установки непроточного типа: 1 – растворный бак слои, 2 – поплавок, 3 – вентиль, 4 – электролизер, 5 – выпрямительный агрегат, 6 – бак-накопитель гипохлорита натрия, 7 – насос, 8 – распределительная гребенка

Рис. 63 Электролизная установка «Каскад»

1 – выпрямительный агрегат, 2,6 – штуцеры, 3 – токопроводы, 4 – кассета, 5 – электролити­ческая ванна, 7 – вентиль, 8 – рама, 9 – бак.

NaCl + H₂O = HClO + HCl

На катоде происходит выделение водорода и образование гидр-оксида на­трия, который вступает в реакцию нейтрализации с хлорноватистой кисло­той, в результате чего и получается гипо-хлорит натрия NaClO

NaOH + HСlO = NaClO +H₂O

Для обеззараживания сточных вод по этому методу применяются непро­точные электролизные установки типа ЭН-1, ЭН-5, ЭН-25 и ЭН-100 произ­водительностью по активному хлору от 1 до 100 кг/сут рис.62. Наиболее простыми по конструкции являются установки ЭН-1 и ЭН-5, работающие в режиме неглубокого разложения соли (до 6¸7%-го). Более экономичные электро-лизеры ЭН-25 и ЭН-100 работают в режиме глубокого разложения соли (10¸12%-го). Концентрация активного хлора в получаемом растворе -14 г/л. Для обеззараживания по методу прямого электролиза разработана и при­меняется электролизная установка «Каскад» рис.63 производительностью 2 ¸ 2,5 м³/ч. В этой установке применены малоизнашивающиеся и долговечные аноды ОРТА (титановая основа, покрытая солями рутения) и оксиды из тита­на. Обеззараживание по методу прямого электролиза целесообразно осуще­ствлять на очистных станциях производительностью 200¸400 м³/сут.

Надежным и безвредным заменителем хлора является озон, благодаря своей высокой биоцидной и окислительной способ-ности. Озон оказывает универсальное действие, проявляющееся в том, что одновременно с обезза­раживанием воды происходит повышение прозрачности, устранение запахов и снижение цветности. Озонаторные установки комплектуются озонаторами для синтеза озона, оборудованием для подготовки воздуха, устройствами электропитания, камерами контакта озона с обрабатываемой водой. Озон по­лучают из обеспыленного и высушенного воздуха. Обработка сточной воды озоном произво-дится в контактных камерах, где обеспечивается интенсивное перемешивание барботированием. Доза озона после полной био-логической очистки должна быть 15¸30 мг/л, с продолжитель-ностью контакта 20¸30 мин, после доочистки воды на микро-фильтрах соответственно 6¸10 мг/л и 8¸10 мин.

⇐ Предыдущая12131415161718192021Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: