Очистка высокоминерализованных вод

Обратный осмос

Принцип обратного осмоса основан на явлении осмоса – самопроизвольного перехода растворителя через полупроницаемую мембрану в раствор. Если чистую воду и водный раствор какого-либо вещества поместить в два отсека по обе стороны полупроницаемой мембраны, способной пропускать только молекулы воды, то в такой системе будет наблюдаться следующее. Из-за разности давления (концентраций) молекул (Н₂О) в разных отсеках осуществляется переход молекул воды в объем с их меньшей концентрацией, т.е. в отсек концентрированного раствора. Объем раствора при этом постепенно увеличивается, сам раствор разбавляется, ∆р уменьшается, тормозя дальнейший перенос молекул Н₂О. Количественно процесс осмоса характеризуется значением осмотического давления р, которое согласно закону Вант-Гоффа прямо пропорционально концентрации растворенного вещества С и абсолютной температуре Т раствора:

где i = (1 + α) – коэффициент Вант-Гоффа; (α – степень диссоциации растворенного вещества);

М – масса 1 моля растворенного вещества;

R – универсальная газовая постоянная.

Чтобы осуществить обработку высокоминерализованной воды обратным осмосом, нужно, создав (в отсеке с раствором) избыточное давление, превышающее осмотическое, заставить молекулы воды диффундировать через полупроницаемую мембрану в направлении, противоположном прямому осмосу, т.е. со стороны высокоминерализованной воды в отсек чистой воды (рис.8.1).

Рис.8.1. Принципиальная схема прямого и обратного осмоса:

а) начало осмотического переноса; б) равновесное состояние; в) обратный осмос;

1 – пресная вода; 2 – солёная вода; 3 – мембрана

Преимущество обратного осмоса перед дистилляцией связано с отсутствием энергоемких фазовых превращений, однако для достижения длительного срока службы полупроницаемых мембран необходима предварительная глубокая очистка воды от коллоидных и глубоко дисперсных примесей.

Электродиализ

Опреснение воды электродиализом основано на том, что в электрическом поле катионы растворенных в воде солей движутся к погруженному в опресняемую воду катоду, а анионы – к аноду. При этом электрический ток в растворе переносится ионами, которые разряжаются на аноде и на катоде.

При достижении катода катионы восстанавливаются в соответствии с катодными реакциями, например:

Анодные реакции:

Для предотвращения переноса ионов Н⁺ и ОН^-, образующихся по реакциям (8.3) и (8.6), электродиализатор разделяют на отсеки с помощью специальных мембран, проницаемых только для катионов или только для анионов.

При направленном движении ионов к соответствующим электродам катионы, встречающие на своем пути катионопроницаемую мембрану, свободно проникают через нее. В то же время для анионов эти мембраны являются практически непроницаемыми. Аналогично происходит движение анионов через анионопроницаемую мембрану, одновременно препятствующую переносу катионов. В многокамерном электродиализном аппарате опресняемая вода поступает в четные камеры аппарата, через нечетные камеры происходит циркуляция рассола. При пропуске через такой аппарат постоянного электрического тока катионы растворенных солей в четных камерах двигаются направо и проходят через катионоактивную мембрану, отделяющую справа четную камеру от нечетной. Анионы двигаются налево к аноду и легко проходят в нечетную камеру от нечетной. Из нечетных камер ни анионы, ни катионы в соседние камеры не проникают, так как на пути движения они встречают препятствия в виде непроницаемых для катионов анионоактивных мембран справа и непроницаемых для анионов катионоактивных мембран слева. Соли переносятся током из четных камер в нечетные, вода в четных опресняется, в нечетных рассольных камерах накапливаются соли.

В ЭД батарее, где анионные и катионные мембраны чередуются, каждый ион либо остается в своем отсеке, либо переходит в соседний отсек, где он задерживается мембраной противоположного свойства. В результате этих ионных перемещений опресняющие отсеки чередуются с концентрирующими.

Метод целесообразно применять для опреснения воды с содержанием солей от 2,5 до 10,0 г/л, получая воду с содержание солей не ниже 500 мг/л.

Отечественная промышленность выпускает установки ЭД производительностью 12, 24, 120, 350, 1000 м³ в сутки.

Дата добавления: 2014-02-26; просмотров: 457; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!