Диализ сточных вод

Вода имеет свойство загрязняться, особенно это касается промышленных производств химической, нефтяной, металлургической, пищевой промышленности. Кроме того, загрязнениям сточных вод подвержены инфекционные больницы, санатории, а также поселки и города. Существует множество разнообразных способов очистки сточных вод в зависимости от их происхождения, степени загрязнения и загрязняющих веществ. Мы неоднократно рассматривали механический, физико-химический, биологический способы очистки. Сегодня хотим вам рассказать о диализе.

Очистка дисперсных систем и растворов от примесей

Метод очистки дисперсных систем и растворов высокомолекулярных веществ от примесей, основанный на способности полупроницаемых мембран пропускать все растворимые молекулярные вещества и ионы электролита, но задерживать коллоидные частицы, называется диализом. В качестве полупроницаемых мембран применяют пергамент, целлофан, пленки коллодия, кожу и другие пористые материалы. Процессы мембранного разделения стали одной из самых быстро развивающихся технологий за последние несколько десятилетий. Мембраны, используемые для целей разделения, обычно состоят из однородной полимерной композиции, через которую компоненты, подлежащие отделению от смеси, могут перемещаться с различной скоростью при заданном наборе условий движущей силы, например, трансмембранном давлении и градиентах концентрации. Разделительные мембраны могут быть выполнены в различных формах, включая плоские, спирально намотанные и гофрированные листы и трубки.

Среди различных возможных типов разделительных мембран модуль половолоконных мембран является коммерчески предпочтительной формой, поскольку он имеет чрезвычайно большую площадь переноса на единицу объема и особенно на единицу площади поперечного сечения модуля. Превосходные массообменные свойства, обеспечиваемые конфигурацией полых волокон, привели к многочисленным коммерческим применениям в различных областях, таких как медицина (фракционирование крови), регенерация воды посредством очистки и опреснения, а также разделения газов и смесей. Другие применения половолоконных модулей, которые продолжают появляться, связаны с биохимической промышленностью для биоразделения и разделения различных углеводородных смесей для нефтехимической промышленности. Основным элементом модуля половолоконной мембраны является полое волокно очень малого диаметра, изготовленное из избирательно проницаемого материала. Обычно сотни или тысячи полых волокон выровнены по существу параллельно друг другу в пучки и расположены внутри цилиндрического корпуса для образования модуля. Концы пучков «залиты», как правило, полимерной смолой, а концы волокон остаются открытыми. Таким образом, конструкция модуля очень похожа на традиционный жидкостный теплообменник трубчато-пластинчатого типа. Из-за высокого технологического интереса к этим типам материалов в настоящее время ведутся активные разработки в области полых волокон.

Мембранные системы

Большинство применений мембран в биологических науках включают микрофильтрацию, ультрафильтрацию и диализные мембраны. Движущие силы, используемые для разделения, создаются давлением, вакуумом, центрифугированием и, в случае диализа, градиентом концентрации. За исключением шприцевых фильтров (управляемых давлением) и диализа, во многих случаях движущей силой является вакуум или центрифугирование.

Области применения мембран

Выбор метода зависит от степени требуемой чистоты и извлечения, а также от простоты использования, скорости и стоимости. Мембраны обеспечивают формат разделения по размеру молекул, разделение частиц (микропористые) или процедура связывания-промывки-элюирования с использованием формата мембраны в качестве адсорбирующего слоя, иногда называемая мембранной хроматографией.

Процессы жидкостной мембранной сепарации могут применяться в различных процессах с выдающейся эффективностью. Промышленное использование жидких мембран пока ограничено, но ожидается, что в ближайшем будущем оно будет расти. Поддерживаемые жидкие мембраны с полосовой дисперсией отличаются простотой в эксплуатации и стабильностью в течение длительного срока службы. Их потенциальные коммерческие применения включают удаление и восстановление тяжелых металлов и редкоземельных металлов из потоков отходов и технологических потоков.

По структуре мембраны в основном делятся на пористые, непористые и анизотропные мембраны (мембрана, состоящая из тонкого поверхностного слоя, опирающегося на пористую субструктуру). В управляемых давлением мембранных процессах растворитель и различные растворенные вещества проникают через мембрану, тогда как другие компоненты отклоняются в зависимости от структуры мембраны и размера пор.
Процессы мембранного разделения широко применяются в различных отраслях промышленности, включая микрофильтрацию, ультрафильтрацию, нанофильтрацию, обратный осмос, электродиализ, разделение газов и т. д.

Пористые мембраны используются в микрофильтрации и ультрафильтрации, и механизм разделения этих мембран называется «механизмом просеивания». Следовательно, размер пор и распределение пор по размерам в основном определяют, какие частицы или молекулы будут удерживаться или будут проходить через мембрану, что, в свою очередь, будет определять производительность мембранного разделения. Следовательно, для таких мембран очень важна характеристика размера пор и их распределения.

Для определения размера пор и распределения пор по размерам в пористых мембранах были разработаны различные физические методы, включая микроскопический метод, метод давления пузырьков и переноса газа, метод равновесия жидкость-пар, метод равновесия газ-жидкость и метод жидкость-жидкость. У каждого метода есть свои преимущества и недостатки. Среди этих методов методы давления пузырьков и переноса газа являются относительно простыми методами, которые часто используются для определения характеристик пористых материалов.

Метод транспортировки пузырькового газа был впервые использован в начале XIX века для оценки размеров пор в мембране. Этот метод также называется методом точки пузырька. Этот метод позволяет определить только максимальный размер пор в мембране, соответствующий минимальному давлению, необходимому для выдувания первого пузырька газа. Затем метод переноса пузырькового газа комбинируется с газопроницаемостью, что позволяет нам измерить распределение пор по размерам. Комбинированный метод можно назвать расширенным методом точки пузырька газа.

Метод транспортировки пузырькового газа и расширенный метод часто используются для определения характеристик мембран, в том числе нановолоконных мембран, мембран в плоском листе, капиллярных и конфигурация полых волокон. Несмотря на простоту, необходимо рассмотреть некоторые аспекты, чтобы получить точную оценку размера пор и распределения пор мембраны по размерам.

Сегодня уже недостаточно, чтобы водоочистные сооружения отвечали минимальным требованиям по охране здоровья и безопасности в отношении качества питьевой воды и сточных вод. Чтобы быть по-настоящему эффективными, коммунальные предприятия должны учитывать свое влияние на окружающую среду. Ключевую роль в этом играет выбор правильных решений для очистки воды.

Методы очистки воды

В целом методы очистки воды можно разделить на физические, биологические, химические и физико-химические методы. Физические методы — это отделение твердых примесей, крупных и мелких частиц от воды с использованием таких методов, как просеивание, фильтрация, центрифугирование, флотация и мембранные технологии. Биологические методы основаны на использовании микроорганизмов, которые потребляют содержащиеся в воде загрязнители для поддержания своей жизнедеятельности. Химическая обработка подразумевает проведение химических реакций с загрязнителями — например, окисления, восстановления или осаждения — для достижения желаемого эффекта. Физико-химическая обработка воды сочетает в себе как химическую, так и физическую обработку, например, химическую коагуляцию и флокуляцию с последующей стадией разделения.

Химическая обработка — это хорошо зарекомендовавший себя, безопасный и эффективный процесс, подходящий для удаления самых разных загрязнений из воды. Кроме того, это очень экономично и энергоэффективно по сравнению с другими методами. Компания ООО «НПО «Агростройсервис» обладает 32-летним опытом в области химии и применения для решения проблем, связанных с очисткой стоков.

В настоящее время более 80% сточных вод, производимых во всем мире, сбрасывается обратно в реки и моря без какой-либо очистки, поэтому есть много возможностей сделать эту часть круговорота воды более эффективной и устойчивой.

После того, как люди использовали воду, ее необходимо обработать, прежде чем она вернется в естественные водные пути.

Очистка сточных вод любого типа в первую очередь требует понимания их состава и гранулометрического состава. Отсюда очистные сооружения сточных вод могут определять правильное сочетание механических процессов, химической очистки воды и биологических решений. Но удаления загрязнений недостаточно. В конце концов, очистка сточных вод требует больших затрат энергии.

На биологические процессы обычно приходится около 50% энергии, потребляемой очистными сооружениями. Химия — хорошее решение для сокращения энергопотребления, особенно химической предварительной обработки перед этапами биологической очистки. Химия ускоряет те же процессы, которые происходят в природе. В результате получается более эффективный процесс, генерирующий меньше CO2, и экономия средств.

Химическая конструкция и физическая конструкция разделительных материалов являются очень важными факторами при уравновешивании химических и физических функций разделительных мембран. Основы структурного проектирования мембран — это выбор, улучшение и синтез мембранных материалов и методов изготовления мембран.

Кроме того, синтез новых мембранных материалов и модификация существующих мембранных материалов часто используются для разработки мембран с более высокими характеристиками. Для мембранных материалов модификация и синтез мембранных материалов осуществляется путем смешивания, сшивания, образования внутренних водородных связей и привитой, блочной и многоблочной сополимеризацией. Кроме того, разделительные мембраны также могут быть значительно изменены методами модификации поверхности. Существует два основных типа методов модификации поверхности: химическая или физическая модификация. В случае химической обработки разделительные мембраны контактируют с химическим агентом, растворителем, связующим агентом, паром, поверхностно-активным агентом, поверхностная прививка или другие добавки. Методы физической обработки разделительных мембран включают ультрафиолетовое облучение, плазменное облучение и распыление.

Для разработки высокоэффективных разделительных мембран нужно выбрать оптимальный мембранный материал на основе его физических и химических свойств. Это отражается в улучшенной проницаемости, селективности и долговечности получаемой мембраны. Физическая структура разделительных мембран сильно зависит от метода приготовления разделительных мембран и условий образования разделительных мембран. При проницаемости мембраны химические и физические свойства разделительной мембраны не влияют на производительность мембраны по отдельности, и, следовательно, как химические, так и физические структурные факторы в значительной степени связаны с характеристиками мембраны вместе почти во всех случаях.

Преимущества мембранных технологий

Мембранные разделения находят множество применений, потому что они имеют много преимуществ:

• экономическая эффективность
• простота эксплуатации
• высокий коэффициент предварительного концентрирования с высокой степенью селективности

Предварительное концентрирование полезно для определения ионов металлов, присутствующих в концентрациях, намного меньших, чем предел обнаружения конкретного прибора. Предварительное концентрирование, связанное с селективностью, помогает устранить помехи матричных элементов. Мембранные разделения также используются для обработки больших объемов низкоактивных радиоактивных стоков, образующихся на различных стадиях топливной деятельности, переработка в ядерной промышленности, при которой значительное уменьшение объема достигается за счет мембранного разделения перед обработкой обычными методами.

Мембрану можно определить как гетерогенную фазу, которая действует как барьер для потока молекул и ионных частиц в жидкой или паровой фазе. Если один из компонентов смеси перемещается в мембране быстрее, может быть достигнуто разделение. По своей природе гетерогенные барьерные мембраны можно разделить на твердые и жидкие.

Все процессы мембранного разделения сопровождаются явлением, называемым «концентрационной поляризацией», при котором состав на границе раздела «сырье — мембрана» отличается от состава в объеме исходной смеси. Этот градиент в составе создается за счет разделения, выполняемого мембраной, и, как таковой, его нельзя избежать. Однако важно минимизировать эффекты концентрационной поляризации, поскольку градиент в составе снижает эффективность разделения мембраны и увеличивает вероятность загрязнения мембраны. Таким образом, минимизация концентрационной поляризации является одной из наиболее важных задач при проектировании систем мембранного разделения.

Наша компания предлагает биологический метод очистки сточных вод хозяйственно-бытового и промышленного назначения. Богатый опыт и штат квалифицированных сотрудников позволяет предлагать эффективные технические решения. Обращайтесь к нам за бесплатной консультацией и подбором оборудования. Бесплатный номер: 8-800-222-45-62. Электронння почта: acs@acs-nnov.ru.