Утилизация ценных компонентов сточных вод.

Совершенствование систем водоснабжения и водоотведения гальванических производств связано с повышением эффективности очистки стоков, обеспечением автоматизации, гибкости и надежности, с созданием малоотходных замкнутых систем водопользования, исключающих загрязнение окружающей среды, обеспечивающих повторное использование очищенной воды и выделенных ценных компонентов сточной жидкости в технологическом процессе. Решение этой задачи возможно на основе кардинального изменения существующих подходов к проектированию и строительству систем очистки сточных вод - созданию локальных блочно-модульных внутрицеховых систем, включающих последние достижения науки и техники в этой области.

Особое внимание при создании локальных систем водопользования уделено технологиям, основанным на баромембранных методах - обратном осмосе и ультрафильтрации. Технологии, созданные на базе этих методов, в полной мере отвечают современным требованиям научно-технического прогресса.

Наиболее эффективными методами утилизации ценных компонентов сточных вод и регенерации электролитов гальванических производств являются методы, основанные на баромембранных, электрохимических и ионообменных технологиях. Большой эффект достигается при их комплексном использовании.

Остановимся на одном из примеров.

Применению обратного осмоса для очистки промышленных стоков от солей тяжелых металлов посвящено большое количество работ. В данных работах показана возможность извлечения из растворов обратным осмосом ионов Fе2+, Ni2+ Cr6+, Сd2+, Сu2+ и др. Приводятся принципиальные технологические схемы, обеспечивающие извлечение этих веществ. Анализ состояния очистки сточных вод обратным осмосом позволяет сделать вывод, что перспективы его применения следует связывать, главным образом, с созданием замкнутого безотходного производства. Однако широкое внедрение обратного осмоса в производство связано с рядом объективных трудностей, основными из которых являются:

- создание высокоселективных, стойких к агрессивным жидкостям мембран (плоских, рулонных, в виде полого волокна);

- изготовление компактных обратноосмотических модулей, которые позволили бы в небольшом объеме сосредоточить большую площадь мембран;

- отсутствие сравнительных технико-экономических испытаний различных обратноосмотических аппаратов применительно к конкретным задачам очистки сточных вод;

- отсутствие рекомендаций по оптимальным областям применения обратноосмотических аппаратов в технологических процессах очистки стоков.

Широкое внедрение в промышленность гибких автоматизированных производств (ГАП) требует одновременного внедрения гибких автоматизированных процессов очистки промышленных сточных вод.

Большую роль в надежной и эффективной работе обратноосмотических мембран, и всего аппарата в целом, играет предварительная подготовка раствора, подаваемого на разделение. Загрязнения поверхности мембран при обратном осмосе, возникающие вследствие неправильной подготовки сточной воды, приводят к резкому снижению производительности аппаратов.

Одним из основных недостатков обратноосмотического разделения растворов является необходимость поддержания высокого давления в рабочих камерах аппаратов. В связи с этим специалистами в этой области науки и техники предпринимаются попытки к решению задач по снижению осмотического давления растворов.

Вопросами интенсификации процесса обратноосмотического разделения растворов уделялось мало внимания. Однако мнения о путях интенсификации процесса высказывались неоднократно специалистами ВНИИСС, НИИ ВОДГЕО, АН УССР, МХТИ им. Д.И.Менделеева, ННГАСУ. Основное направление в решении этой важной задачи - искусственное снижение осмотического давления разделяемых растворов.

Анализ различных способов воздействия на физико-химическую структуру растворов, проведенный в проблемной лаборатории ННГАСУ и другими показал, что эффективными путями практического решения задачи снижения обратноосмотического давления растворов, являются:

- обработка исходного раствора в магнитном поле;

- предварительное охлаждение обрабатываемого раствора.

Вопросы интенсификации процесса обратноосмотического разделения растворов путем их предварительного омагничивания в основном представлены в ряде работ. Модель водного раствора электролита можно представить следующим образом: растворитель (в данном случае - вода) рассматривается как равновесная смесь льдоподобных и мономерных молекул, ассоциации "мерцающих кластеров", которые плавают в истинно жидкой фазе из мономолекул. В случае нахождения в воде ионов, последние действуют на соседние молекулы воды, нарушая ее собственную структуру. При этом происходит связывание ионами молекул воды. Магнитная обработка заметно влияет на гидратацию ионов. Значительное изменение гидратации наблюдается в разбавленных растворах. В ряде работ представлены данные по увеличению производительности полупроницаемых мембран после магнитной обработки. Известно, что вблизи гидрофобных поверхностей (в данном случае мембраны) свойства растворов изменяются по сравнению с основным раствором. Так, вязкость, в зависимости от толщины слоя связанной воды, может значительно увеличиваться. Эффект магнитной обработки, по всей видимости, заключается в том, что раствор в зоне мембраны изменяет свою структуру. Можно предположить, что происходит некоторое "разрыхление" структуры воды и тем самым, повышается производительность мембраны. На другой важнейший параметр обратноосмотического разделения - селективность, магнитная обработка влияния не оказывает, за исключением растворов железа (селективность в отдельных случаях увеличивалась с 74% до 88%).

Вопросу изучения влияния температуры на процесс обратноосмотического разделения в литературе уделено большое внимание. Однако представленные данные противоречивы. По вопросу о влиянии температуры на проницаемость мембран практически нет качественных расхождений.

Величина проницаемости мембран зависит от следующих параметров:

G = f(Co, D, Е, R, Т) ,

где: Co - концентрация загрязнения в разделяемом растворе;

D - коэффициент диффузии загрязнения;

Е - энергия активации проницания жидкости через мембрану;

R - универсальная газовая постоянная;

Т - температура раствора.

С увеличением температуры (Т) проницаемость (G) растет до определенного предела.

Что касается селективности мембран, то данные достаточно противоречивы, это объясняется тем, что с увеличением температуры проницаемость растворенного вещества и растворителя увеличиваются. Однако селективность уменьшается, так как энергия активации для загрязнения больше, чем для воды и рост проницаемости загрязнения будет более значительным.