Metode fizico-chimice de tratare a apelor uzate - Schimbul ionic

Metode fizico-chimice de tratare a apelor uzate - Schimbul ionic

Tratamentul prin schimb ionic face posibila extragerea in vederea utilizarii, a unor componenti valorosi din apele uzate : compusi ai As, P, Cr, Zn, Pb, Cu, Hg, agenti tensioactivi si substante radioactive; este de asemenea posibila purificarea apelor uzate pentru recircularea lor in sistem.

Schimbul ionic heterogen (adsorbtia ionica) este un proces de schimb intre ionii prezenti in solutie si ionii de pe suprafata schimbatorului de ioni. Schimbatorul de ioni poate fi:

anorganic (aluminosilicati),

organic ( derivati ai celulozei )

sintetic (rasini schimbatoare de ioni)

Dupa aparenta lor schimbatorii de ioni pot fi : pulbere, granule, fibre iar dupa porozitate putem avea: geluri, izoporosi sau macroporosi. Pe baza semnului si tariei ionilor schimbati putem avea:

schimbatori cationici puternic acizi - contin grupari sulfonice;

schimbatori anionici puternic bazici - contin saruri cuaternare de amoniu;

schimbatori cationici slabi - contin grupe carboxil, fenol (disociaza la pH>7);

schimbatori bazici slabi - contin grupari amino primare sau secundare (disociaza la pH<7);

schimbatori de tip mixt - au proprietatile unui amestec de schimbatori acizi tari cu schimbatori bazici tari.

Cea mai importanta proprietate a schimbatorilor este capacitatea de schimb:

maxima = nr. de echivalenti gram de ioni, ce se gasesc in apa si care pot fi adsorbiti de 1m³ de catalizator pana la saturarea completa;

de lucru = nr. de echivalenti gram de ioni, ce se gasesc in apa si care pot fi adsorbiti de 1m³ de catalizator pana la aparitia ionilor in filtrat (exemplu de astfel de capacitate 800 echiv. Gram /m³);

O alta trasatura caracteristica schimbatorilor de ioni este reversibilitatea = posibilitatea lor de a face schimbul invers, ceea ce asigura regenerarea lor. Astfel regenerarea cationitilor in forma acida se face prin spalare cu o solutie acida; regenerarea cationitilor in forma Na se face prin spalarea lor cu o solutie de NaCl iar regenerarea anionitilor slab bazici se face prin spalare cu o solutie diliuata de NaOH, Na₂CO₃ sau NH₄OH.

Procesul de regenerare consta din trei etape :

- evacuarea schimbatorului

- regenerarea propriu-zisa

- spalarea schimbatorului de produsii de regenerare.

Deoarece apele uzate contin de obicei mai multi cationi , s-au stabilit seriile de adsorbtie pentru fiecare cationit in parte( pe baza energiei lor de inlocuire). Aceleasi reguli se pot aplica si anionitilor.

In cazul compusilor organici , retinerea lor se poate face nu numai datorita schimbului ionic ci si adsorbtiei fizice pe suprafata schimbatorului.

Procesul de tratare a apelor se poate face in aparate cu functionare intermitenta (filtre) sau cu functionare continua. Daca apa contine si materiale in suspensie, atunci se va utiliza stratul fluidizat.

Schimbatorii de ioni se pot folosi pentru:

- 1) purificarea apelor cu continut relativ mic de saruri( max 2-3 g/l ); in cazul apelor cu incarcatura mare apare problema regenerarii prea dese a schimbatorului si a metodelor de tratare a solutiilor concentrate de saruri formate in acest fel. Exemplu , tratarea unei solutii ce contine o sare anorganica CaCl₂ :

cationit 2HR + CaCl₂ CaR₂ + 2HCl (decationizarea apei )

CaR₂ + H₂SO₄ 2HR + CaSO₄ (regenerarea cationitului)

anionit ROH + HCl RCl + H₂O ( neutralizare apei )

RCl + NaOH ROH + NaCl ( regenerarea anionitului )

Schema tehnologica cuprinde: - 1) coloana cu cationit

- 2) coloana cu anionit

- 3) turn de degazare

Degazarea apei trebuie facuta pentru a evita o eventuala contrapresiune care ar frina trecerea lichidului prin masa de rasina cationica dar si pentru a proteja anionitul.

ROH + H₂CO₃ RHCO₃ + H₂O

Fig. 1 Purificarea apelor cu un continut relativ mic de saruri

(la tratarea a 7200 m³/zi rezulta 6840 m³/zi apa demineralizata si 1232m³/zi sol. de la regenerare)

- 2) Purificarea apelor cu continut de baze organice;

exemplul 1 : apele uzate de la o fabrica de cloranilina.

1) C₆H₅- NH₂ + HCl C₆H₅NH₃⁺Cl ^‑ acidifierea solutiilor apoase de anilina

2) HR + C₆H₅NH₃⁺Cl ^- RC₆H₅-NH₃⁺ + HCl retinerea clorhidratului pe cationit

3) RC₆H₅- NH₃⁺ + NH₄OH RNH₄⁺ + C₆H₅NH₂ spalarea cationitului cu o solutie alcoolica de NH₃ pentru separarea si recuperarea anilinei.

4) RNH₄⁺ + HCl RH + NH₄Cl regenerarea cationitului

Exemplul 2: epurarea solutiilor ce contin fenoli.

In industria maselor plastice, rasinilor fenol-formaldehidice, lacurilor si vopselelor si in industria cocsochimica sau petrochimica , pot rezulta ape cu continut de fenol de la 0.04 la 30 g/l. Dar cantitatea maxima de fenol admisa in apa la procedeele biologice este de maximum 250 mg/l , deci aceste ape trebuie purificate.

Pentru extragerea fenolilor, cresolilor, resorcinei, etilfenolului si a hidrochinonei se foloseste o rasina pe baza de 2,3 sau 4- vinilpiridina :

RN: + C₆H₅OH RN⁺H C₆H₅O^-

Desorbtia se realizeaza cu solventi , apa fierbinte sau abur.

- se poate recupera fenolul

- se obtine o apa cu 10 mg/l fenol.

Exemplul 3 : purificarea apelor ce contine mercur .

Se folosesc cationiti slab acizi in forma Na :

2 RNa + HgCl₂ 2R₂Hg + 2NaCl.

Eluentul contine max. 0.015 mg/l Hg.

II.2.3. Metode chimice

Principalele metode chimice sunt:

neutralizarea

oxidarea

reducerea

procesele elctrochimice

Tratamentul chimic poate fi utilizat:

de sine statator, inaintea recircularii apelor sau deversarii lor in bazine naturale;

cel mai adesea se utilizeaza ca metoda preliminara inainte de tratamentul biologic sau

fizic;

ca tratament inaintat pentru dezinfectarea, decolorarea sau separarea unor componenti din ape.

1) Neutralizarea si indepartarea metalelor grele

Cele mai multe ape industriale acide contin saruri ale unor metale grele care trebuiesc indepartate. Atat efluentii acizi cat si cei bazici se neutralizeaza pentru a preveni:

- coroziunea instalatiilor de tratare;

- intreruperea proceselor biologice;

Deseori este utilizata neutralizarea mutuala (combinata) intre diverse fluxuri de apa uzata. Numai daca nu s-a reusit aceasta operatie se foloseste neutralizarea cu reactivi.

Drept reactiv bazic se foloseste varul nestins (CaO) sau laptele de var (Ca(OH)₂) acesta este cel mai ieftin neutralizant bazic dar are cateva dezavantaje:

reglarea dificila a pH-ului datorita vitezei mici de reactie;

formarea unui slam de Ca(SO₄)₂ greu de inlaturat

Drept reactiv acid se pot folosi solutii de acid sulfuric sau gaze uzate cu un continut mare de CO₂ (>14%).

Dificultatea dozarii corecte a cantitatii necesare de acid sau baza necesare neutralizarii este datorata caracteristicilor de 'buffer' a celor mai multe ape uzate. Din aceasta cauza neutralizarea se realizeaza in mai multe etape (2 sau 3) prin utilizarea unor neutralizoare echipate cu agitatoare ancora si aparate de urmarire a pH-ului.

Prin ioni de metale grele intelegem ionii de As, Cd, Ni, Cu, Pb, Cr. Daca acestia se regasesc in ape sub forma unor compusi anorganici ,ei sunt separati sub forma de precipitati cu ajutorul varului (Ca(OH)₂) sau al sodei caustice. In anumite cazuri se poate face coprecipitarea cu Fe(OH)₃ si Al(OH)₃ in timpul heterocoagularii. Se mai poate face precipitarea si sub forma de sulfuri. In anumite cazuri este nevoie de un tratament prealabil de oxidare sau reducere pentru a aduce ionii metalelor intr-o forma precipitabila. In tabelul 4 se prezinta metodele de precipitare pentru unii ioni :

Chemical Engineering 1985, vol.92,( 18) p. 70

Prezenta anumitor substante in apele uzate impiedica indepartarea metalelor grele facind necesar un pretratament. De exemplu cianura, si amoniacul formeaza complecsi cu multe metale impiedicind precipitarea lor. De aceea cianurile se indeparteaza prin clorurare alcalina sau prin oxidare cu apa oxigenata sau prin schimb ionic.

Cromul hexavalent trebuie redus la Cr³⁺ inaintea precipitarii. FeSO₄ ; metabisulfatul de sodiu, Na₂S₂O₄ si SO₂ sunt utilizati ca agenti reducatori.

2) Metode pentru indepartarea poluantilor cu azot si fosfor

Azotul poate fi existent ca NH₃, saruri de amoniu NH₄⁺ sau nitrati. NH₃ liber se indeparteaza prin stripare cu aer.

NH₄ ⁺OH se poate si el stripa cu aer daca in prealabil se face o crestere a pH-ului solutiei pina la 10,5-11, valoare la care NH₄ ⁺OH nu mai este stabil.

NH₄ ⁺OH mai poate fi retinut cu cationiti .

NH₃ mai poate fi indepartat din apa prin clorurare:

2NH₃ + 3Cl₂ 6HCl + N₂

se pot forma insa si ClNH₂ si Cl₂NH , de aceea se lucreaza cu un surplus de cloramina

raportul Cl₂ : NH₃ este de 8-10:1. Se lucreaza la pH aprox. 7 ; eficienta indepartarii azotului este de 90-100%.

Agentii de spalare sunt principala sursa de compusi cu fosfor din apele uzate. Printre cele mai eficiente metode pentru indepartarea compusilor cu fosfor din apele uzate sunt cele biologice. Dupa procesarea in tancuri biologice aerate si clarificare, fosforul rezidual poate fi indepartat prin tratare cu reactivi chimici ( Al, Fe, sau Ca).

Cand se utilizeaza Al₂(SO)₃ , raportul Al : P trebuie sa fie de 1,5 : 1 cu un pH in limitele 5.5-6.6. In acest fel continutul de fosfor poate fi redus pana la 0.3- 0.7 mg/l.

Chimic, fosfatii pot fi indepartati cu Ca(OH)₂ , ceea ce conduce la precipitarea hidroxi-apatitei Ca₅[( PO)₃(OH)] , la un pH de 9-10.5

Oxidarea

Oxidarea se utilizeaza in tratamentul apelor pentru indepartarea compusilor toxici , contaminanti( cianuri), si a compusilor organici dizolvati nebiodegradabili.

Cei mai utilizati oxidanti sunt KMnO₄, H₂O₂ si O₃.

In functie de cantitatea de reactant utilizata si de compozitia chimica a contaminantilor organici, oxidarea poate fi:

- completa - la CO₂ si H₂O.

- sa se opreasca la un stadiu intermediar - in acest caz oxidarea se utilizeaza ca un tratament prealabil pentru a face compusii organici biodegradabili.

Prin combinarea procedeelor de oxidare partiala si de tratament biologic, se obtine reducerea toxicitatii apelor, cu cheltuieli minime.

Oxidarea chimica a poluantilor cu H₂O₂ in prezenta unor catalizatori este un procedeu eficient.

Tab. 5

Chemical Engineering 1988, vol 95, (16) , p.80

O_3­ este un oxidant puternic pentru cele mai multe substante organice in solutie apoasa , la temperatura normala.

Se recomanda tratamentul combinat O₃ - UV , reusindu-se astfel indepartarea eficienta a unor compusi putin reactivi : parafine saturate, compusi alifatici continind halogeni, pesticide.

Ozonul este de obicei generat chiar langa instalatia de tratare din aer, in arc electric (consumul specific : 1Kwh pt. 150 g O₃).

Cantitatea de ozon necesara inlaturarii poluantilor din apa depinde de foarte multi factori : pH-ul apei, concentratia contaminantilor si a ozonului , mecanismul de agitare, timpul de contact.

Ozonul este eficient pentru indepartarea: fenolilor, ciclopentanului, ciclohexanului, tetraetilului de Pb, cianurilor, cresolilor, dar si pentru tratarea apei de baut.

Oxidarea completa a compusilor organici din ape se utilizeaza atunci cand avem ape cu continut foarte mare de contaminanti.

Metoda este cunoscuta ca oxidare umeda si consta in oxidarea poluantilor organici la temperatura de aprox. 290 ⁰ C.

O.u este o oxidare in faza lichida sau se realizeaza la temperaturi si presiuni ridicate. O.u are loc cind apa se combina cu efluentul gazos ( de obicei aerul ) la temperatura de 120-320^oC si presiuni corespunzatoare de 1.4 la 20 at.

Tipuri de ape ce pot fi tratate : se pot trata ape uzate prin O.u . fara un tratament preliminar, atata timp cat apa contine substante oxidabile in solutie sau suspensie.

De exemplu la separarea etilenei , gazele cracate sunt spalate cu o solutie apoasa de hidroxid de sodiu pentru indepartarea compusilor acizi. Aceasta solutie va comtine : carbonat de sodiu, sulfuri de sodiu, mercaptani, fenoli si hidrochinone sub forma de emulsie.

In procesul oxidarii umede , sulfurile anorganice trec in sulfati, mercaptanii in sulfati si acizi carboxilici, iar compusii organici in acizi carboxilici cu catena mica.

Rezultate : Deoarece oxidarea umeda este dependenta de temperatura si presiunea utilizata, se pot realiza diverse nivele de distrugere a compusilor organici functie de parametrii de operare utilizati.

Economica este utilizarea combinata a oxidarii umede cu tratamentul biologic.

Tab.6

Chemical Engineering , 7.11.1988

Pentru indepartarea poluantilor ramasi se pot folosi metode biochimice, deoarece metodele de oxidare totala reduc foarte mult toxicitatea acestor ape.

Fig. Instalatie de tratare a apei prin oxidare umeda

1 - pompa de presiune inalta; 2 - compresor; 3 - reactor; 4 - separator gaz-lichid;

5 - valva de reducere a presiunii

Oxidarea electrochimica este potrivita pentru tratarea efluentilor cu debit mic si concentratie mare de compusi organici.

Electroliza combinata cu oxidarea anodica produce distrugerea substantelor organice , cu obtinerea de CO₂ , H₂O, acizi organici mici.

Se foloseste indeosebi ca tratament preliminar pentru ape ce contin fenoli, cianuri, compusi cu azot, sulfuri, amine, cetone, aldehide, compusi azoici.

Mecanismul oxidarii fenolului:

PhOHPhO + H⁺ + e^-

PhO^. + PhOHP₁ + H⁺ + e^-

P₁^. + PhO₂ P₂

PhO^. + PhOH + H⁺ hidrochinona

hidrochinonabenzochinona + 2H⁺ + 2e^-

Tehnologia membranelor in tratamentul apelor

Este cea mai promitatoare tehnica pentru tratarea apelor. Este utilizata indeosebi pentru:

- procesarea apei pentru a-i conferi calitatile apei potabile;

- obtinerea de apa ultrapura;

- purificarea apelor ce contin contaminanti radioactivi sau biologic activi .

Este utilizata indeosebi ca tratament suplimentar.

Componenta esentiala a acestor echipamente este membrana semipermeabila care determina caracteristicile tehnologice ale procesului si conditiile de operare ale echipamentului.

Membrana semipermeabila este o bariera ce permite trecerea doar a anumitor componente ale amestecului lichid sau gazos.

Membranele semipermeabile pot fi alcatuite dintr-o varietate mare de polimeri, sticla, ceramica sau metale. Cerintele esentiale care trebuie satisfacute sunt:

- capacitate mare;

- specificitate mare;

- rezistenta chimica;

- performante stabile pe timp lung;

- rezistenta mecanica (transport, instalare, functionare);

- stabilitate termica;

- cost scazut.

Se pot folosi urmatorii polimeri:

- derivati de celuloza ( mono, di si triacetati );

- poliamide (aromatice, co-poliamide si poliamide-hidrazide)

- polisulfonati.

Se mai pot folosi membrane de: poliacrilonitril, PVC, policarbonat, politetra-fluoretilena, poliolefine (polietilena, polipropilena) si poliimide. Raspindirea lor este limitata de cost si de dificultatile in exploatare.

Materialul unei membrane determina proprietatile ei (stabilitate chimica si rezistenta mecanica) si caracteristicile de performanta prin varietatea de forte de suprafata care actioneaza in jurul porilor determinand trecerea doar a anumitor particole din curentul de ape ce trebuie tratate.

Procesul de separare depinde atat de proprietatile membranei cat si de forta motoare. Aceasta poate fi :

diferenta de presiune hidraulica;

diferenta de concentratie;

diferenta de potential electric.

Este de asemenea important caracterul curgerii efluentului de alimentare si cel al produsilor separati.

Tehnologiile ce folosesc membrane semipermeabile se deosebesc intre ele prin :

tipul de membrana utilizat;

natura fortei motoare;

domeniul de aplicatie.

Se pot astfel deosebi:

- 1) Microfiltrarea - utilizarea membranelor pentru a separa solutii coloidale sau materiale in suspensie sub presiune.

- 2) Ultrafiltrarea - utilizarea membranelor pentru a separa amestecurile omogene pe componenti pe baza diferentelor de masa moleculara sau a formei geometrice a componentilor.

- 3) Osmoza inversa - utilizarea membranelor pentru a separa solutii lichide prin separarea solventului prin membrana sub actiunea unei presiuni ce depaseste presiunea osmotica.

- 4) Dializa - utilizarea membranelor pentru a separa substante, datorita diferentei intre vitezele lor de difuzie printr-o membrana , in prezenta unui gradient de concentratie.

- 5) Electrodializa - este tehnica prin care ionii unei solutii strabat o membrana sub influenta unui camp electric.

Microfiltrarea

Se utilizeaza membrane cu pori uniformi cu f = 0.1- 10 mm. Forta motoare este presiunea hidrostatica de 0.1 pina la 1 atm (1 la 10 m coloana de apa). Se pot utiliza sisteme de curgere laminara - cartuse filtrante sau filtre presa.

Microfiltrarea este folosita pentru separarea suspensiilor si emulsiilor, pentru purificarea apelor poluate, dar si pentru obtinerea solutiilor sterile. In general, reprezinta primul stadiu, fiind urmata de ultrafiltrare si osmoza inversa.

Ultrafiltrarea

Se utilizeaza pentru separarea solutiilor cu presiune osmotica mica. Se foloseste pentru separarea substantelor cu masa moleculara mare, particulelor in suspensie si a coloizilor. O utilizare importanta a ultrafiltrarii este separarea emulsiilor de ulei si apa.

Ultrafiltrarea se poate utiliza adesea pentru retinerea fibrelor si microparticulelor din filtrat dupa ce acesta a fost purificat prin trecerea prin filtre fibroase sau granulare (pentru filtrare, adsorbtie, schimb ionic).

Sfera de aplicatie a ultrafiltrarii este in continua extindere datorita capacitatii ei de a separa compusii valorosi din ape, care altfel ar fi greu sau imposibil de separat.

Utilizarea principala a ultrafiltrarii este indepartarea emulsiilor petroliere din ape, concentrarea apelor din industria celulozei si hirtiei, recuperarea chimicalelor scumpe din solutii, separarea si purificarea diferitelor componente in microbiologie, industria farmaceutica si altele.

Se asociaza cu separarea, fractionarea si concentrarea solutiilor.

Forta motoare este presiunea hidrostatica, de la 3 la 10 at. Se utilizeaza membrane cu o structura asimetrica a microporilor cu marimea cuprinsa intre 1 si 10 mm. Cele mai utilizate materiale pentru membrane sunt acetatul de celuloza si poliamidele aromatice.

Datorita filtrarii printr-o membrana si a rezistentei mecanice a acesteia, sistemele de ultrafiltrare pot separa solutii fara pierderi, producand un filtrat curat.

Ultrafiltrarea se utilizeaza pentru indepartarea particolelor coloidale din solutiile apoase, inaintea osmozei inverse, electrodializei si schimbului ionic, dar si ca purificare avansata dupa schimbul ionic. Se obtine astfel un lant tehnologic de inalta eficienta ce permite recuperarea compusilor valorosi. De exemplu, firma Tasma din Rusia foloseste o instalatie de ultrafiltrare pentru retinerea particulelor fin dispersate de AgCl din efluentii rezultati la fabricarea filmelor fotografice. Pe o unitate de ultrafiltrare tubulara cu membrana de fluoroplast si aria totala de 120 m² , se realizeaza retinerea 100 % a particolelor de AgCl fin dispersate.

Osmoza inversa

Este procedeul de separare moleculara a solidelor prin intermediul filtrarii sub presiune printr-o membrana semipermeabila care retine anumite molecule sau ioni din solutie. Pentru realizarea conditiilor de separare, presiunea trebuie mentinuta in limitele presiunii osmotice, adica 0.1 la 10 at. pentru solutii cu o conc. de 2-5 g/l si 50 la 100 at. pentru solutii cu conc. de 20 la 30 mg/l.

Un avantaj important al osmozei inverse este ca prin acest procedeu se realizeaza separarea concomitenta atat a poluantilor organici cat si a celor anorganici. Se poate obtine astfel o apa foarte pura, deoarece membrana retine practic toate mineralele, toti compusii organici, inclusiv microorganisme, virusi, bacterii.

Membranele utilizate in osmoza inversa trebuie sa indeplineasca urmatoarele cerinte:

- permeabilitate inalta si selectivitate buna;

- capacitate de a rezista la variatii mari de presiune (pe ambele fete ale membranei);

- rezistenta la fluctuatiile de temperatura.

Exemplu de caracteristici pentru o membrana de acetat de celuloza:

- porozitate globala : 75%;

- permeabilitate la apa la 50 at : 150-500 l/m² pe zi;

- retinerea sarurilor : 80-87.5 %.

Osmoza inversa depaseste alte tehnologii de tratare a apelor. Ea este utilizata curent pentru concentrarea apelor ce contin solventi organici, solutii de Na₂CO₃ , Na₂SO₄, H₃PO₄, din apele uzate.

Se poate folosi osmoza inversa si pentru obtinerea apei demineralizate. Exemplu de costuri pentru desalifierea apei in $/l * zi.

Tore Corporation (Japan) a realizat un filtru cu A = 1400 m² pentru concentrarea unei solutii de e- caprolactama :

Tabel : Selectivitatea membranelor in tratarea apelor dintr-o instalatie de stiren:

Se observa ca:

o.i. prelucreaza solutii mai diluate realizand selectivitati mai mari;

debitul de concentrat reprezinta 25-50% fata de debitul alimentat.

Avantajele procedeelor de ultrafiltrare si osmoza inversa:

- consum scazut de energie;

- echipament simplu si compact - poate fi complet automatizat;

- eficienta inalta a tratamentului;

Dezavantajul:

- utilizarea presiunilor inalte.

Electrodializa

Proces de difuziune a ionilor prin membrana, peste care se suprapune actiunea unui camp electric. Este un proces care permite separarea ionilor dintr-o solutie .

Procesul are loc intr-un aparat cu membrana sub efectul constant al unui curent electric. Aplicatia principala a acestei metode este purificarea apelor puternic mineralizate.

Electrodializoarele folosesc membrane sintetice care permit schimbul ionic (PVC, polisulfonati, plietilena) in forma unor filme polimerice subtiri (0.1-0.7 mm grosime) ce au fixati pe ele ioni incarcati pozitiv sau negativ.

Forta motoare este diferenta in potentialul electric. Membranele sunt fabricate din folii flexibile rectangulare din polimer termoplastic (substrat) si pulbere de rasina schimbatoare de ioni impregnata pe folie. In functie de tipul schimbatorului , putem avea membrane:

- cationice

- anionice

- bipolare = cu 2 straturi amfotere.

Un electrodializor este impartit de membrane alternativ cationice si anionice in cavitati de concentrare (salifiere) si desalifiere (diluare). Un mare numar de astfel de cavitati pot functiona in paralel (100-200).

In prezent exista doua tipuri de aparate: packed si labyrinth. Capacitatea lor este cuprinsa intre 1-25 m³/h . Ele difera doar prin directia axei cimpului electric (orizontal intr-un caz, vertical in altul).

Toate electrodializoarele folosesc electrozi de titan acoperiti cu platina. Electrodializoarele sunt foarte eficiente in tratarea debitelor mici de ape puternic poluate (concentratie optima 6-8 g/l).

Exemplu : la Tombov in Rusia functioneaza o unitate de electrodializa pentru recuperarea sulfatului de sodiu:

curent folosit - 4V; 0,1 la 0,4 A ;

debit apa prelucrata - 135,1 * 10³ m³/an de apa purificata

substanta recuperata - 3* 10³ t/an de Na₂SO₄ recuperat.

Electrodializorul este alimentat cu o solutie coloidala puternic mineralizata, cantitatea mare de ioni nu permite coagularea si depunerea coloizilor . Daca din aceasta solutie se elimina ionii (prin electrodializa) , atunci solutia coloidala se poate recupera.

Fig. Celula elementara de electrodializa

Fig. Electrodializor cu celule multiple

Tabel recapitulativ - Procese de purificare a apeloc cu membrane

Metode biologice de tratament a apelor uzate

Oxidarea biologica este utilizata pe scara larga pentru tratarea apelor industriale. Tratamentul biologic conventional este cel mai eficient si economic cind contaminarea apelor este in anumite limite (se reuseste micsorarea incarcarii organice - BOD cu aprox. 90 %).

Metoda se bazeaza pe capacitatea microorganismelor de a converti compusii organici din apa in CO₂ , H₂O si alti produsi nedaunatori.

Eficienta tratamentului biologic depinde de un numar de factori :

1- temperatura optima : 20-30 ^o C;

2- pH-ul optim 5-9 si mai ales 6.5-7.5;

3- mediul trebuie sa contina in proportii adecvate principalii substituenti : compusi organici, compusi cu azot, compusi cu fosfor (acestia se adauga de obicei suplimentar sub forma de superfosfat, acid fosforic, sulfat de amoniu). Alte saruri necesare metabolismului, cum ar fi : compusi cu Mn, Cu, Zn, Ca, Na se gasesc de obicei in cantitati suficiente ;

4- in tratamentul aerobic ; sistemele de alimentare cu aer trebuie sa asigure o concentratie minima de O₂ in masa de 2 mg/l.

5- Multe substante organice sau anorganice pot avea un efect toxic asupra proceselor biologice la anumite niveluri de concentratie; trebuie stabilite nivelele permisibile de concentratie al fiecarui component individual si sa se stabileasca si actiunea concomitenta a amestecului de substante.

MPC = concentratia maxima a substantei respective care nu are un efect de frinare a procesului biologic.

MPC_b = concentratia minima la care se observa efect advers asupra procesului biologic.

Tab.9 Subst. anorganice cu MPC_b foarte mic sunt:

Valorile MPC difera semnificativ in functie de conditiile de operare si de amestecul de componente din apele ce urmeaza a fi tratate.

6- cele mai multe substante organice pot fi oxidate catre microorganisme. Tipul de substante si concentratia la care pot fi ele oxidate depinde de adaptabilitatea microorganismelor ( A.m).

A.m. nu este fara limite si destul de multe substante nu pot fi asimilate de catre microorganisme( asta nu inseamna ca oxidarea lor microbiologica nu este posibila ci doar ca ea are loc cu viteza mult prea mica pentru a fi luata in considerare ).

S-au facut multe cercetari pentru a evidentia influenta structurii chimice asupra biodegradabilitatii. De exemplu , biodegradabilitatea scade in ordinea:

alcool primar > alcool secundar > alcool tertiar

Cu cat este mai mare gradul de ramificare al catenei de carbon, cu atat mai mica este biodegradabilitatea.

Cu cat mai mare este numarul de atomi de clor din molecula, cu atat mai mica este biodegradabilitatea.

Compusii nebiodegradabili se indeparteaza uzual prin adsorbtia pe carbune activ (cand sunt in concentratii mici) sau prin oxidare umeda (cand sunt in concentratii mari).

Apele industriale pot fi tratate biologic in conditii naturale sau artificiale.

Conditii naturale : filtrarea prin sol si tratarea in bazine naturale aerate.

Filtrarea prin sol. Avind un amestec complex de compusi organici, anorganici si fiind populat de un mare numar de microorganisme diferite, solul este un mijloc puternic de depoluare.

Se poate folosi filtrarea prin sol. In timpul acestei operatii, compusii organici sunt fie tratati biochimic, fie adsorbiti pe carbonul organic din sol. Compusii metalici sunt imobilizati in sol.

Aceasta metoda se aplica in SUA , dar numai pentru apele pretratate .

Tratamentul biologic se poate realiza atat aerobic cat si anaerobic conducind la indepartarea a 95% din poluantii organici exprimati ca BOD.

Alegerea metodei de tratament depinde de volumul total al apelor ce urmeaza a fi tratate, de concentratia poluantilor si de toxicitatea lor.

Tab.11