Рис. 11.3. Принципиальная схема многокамерного электродиализатора: К, А — катод и анод; Н2, 02, С12 — удаляемые газы; Na+, Н+, С1_, ОН" — ионы в растворе
Основная задача исследований в области систем химической водо под готовки — поиск новых перспективных методов и схем подготовки воды, внедрение которых позволит резко сократить количество потребляемых при ее очистке реагентов и сбросов воды в окружающую среду. К числу наиболее разработанных и перспективных относятся методы электродиализа и обратного осмоса. Электродиализ — ионнообменный процесс, отличающийся тем, что ионный слой заменен ионитными мембранами, получаемыми полимеризацией смеси реагентов. Для повышения механической прочности мембраны обычно формируют на металлических сетках. Этот метод используют для очистки пресных вод под действием постоянного электрического тока с помощью специальных мембран (пористых пленок), обладающих способностью пропускать соответственно только катионы или анионы. Установка состоит из ряда камер, разделенных чередующимися катионо- и анионопроницаемыми мембранами. Под действием электрического тока ионы растворенных в воде веществ устремляются к соответствующим электродам. Ионитные мембраны в присутствии воды ионизируются и приобретают соответствующие заряды: отрицательные — в катионитных и положительные — в анионитных мембранах. На рис. 11.3 показана принципиальная схема многокамерного электродиализатора, используемого в процессе обессоливания воды, содержащей растворенную соль NaCl. Под действием электрического поля положительно заряженные ионы Na+ движутся к отрицательному электроду-катоду. Встретив на своем пути катионопроницаемую мембрану, они проходят через нее в соседнюю камеру. Если же на их пути оказывается анионопроницаемая мембрана, то ион Na+ не сможет пройти в соседнюю камеру и остается в той же камере. Поведение отрицательно заряженных ионов С1~ аналогично, но противоположно по знаку. Таким образом, в одних камерах вода обессоливается, а в других, смежных с ними, происходит накопление солей, т.е. получается рассол. Появление и развитие метода обратноосмотического обессоливания воды связано с изучением работы живой клетки. В природе процесс осмоса определяет, например, всасывание и подъем деревьями жидкости из почвы. Это процесс, при котором жидкость (растворитель) проходит через полупроницаемую перегородку (мембрану) из камеры с раствором меньшей концентрации либо с чистым растворителем в камеру с раствором солей. Следует отметить, что по размеру молекула воды меньше многих других молекул растворенных веществ. Данный осмотический процесс самопроизвольного перехода молекул воды в раствор в случае приложения определенного избыточного внешнего давления со стороны раствора, называемого осмотическим давлением, превращается в обратный осмотический процесс. Метод разделения растворов, основанный на явлении обратного осмоса, заключается в том, что раствор под давлением подается на полупроницаемую мембрану, пропускающую растворитель и задерживающий полностью или частично молекулы или ионы растворенного вещества. Способ этот настолько эффективен, что позволяет очистить воду практически от всех примесей на 96... 100%. Основным элементом аппаратов обратного осмоса являются пористые мембраны, имеющие тонкий (до 25 мкм) поверхностный слой и микропористую подложку толщиной 100... 250 мкм для создания прочности мембраны. В настоящее время в промышленности работают обратноосмотические станции производительностью от единиц до сотен тонн воды в час.
