Очистка воды от никеля
1. Откуда в воде появляется никель?
Никель – это серебристый металл, который имеет химическую стойкость и устойчив воздухе. В сточных водах промышленных предприятий образуется много токсичных соединений, которые обязательно устранять до слива в канализацию или природные источники. Одним из таких токсичных элементов является никель. Входит в состав сточных вод гальванической, химической, металлообрабатывающей и других типов производства. Находится в воде в растворенном виде. Превышение его концентрации в воде грозит серьезной экологической катастрофой.
2. Методы очистки от никеля
Устраняется никель из воды с помощью технологий адсорбции, ионного обмена, химической, электрокоагуляции и обратного осмоса. Рассмотрим эти методы подробнее.
Химический способ. В воду дозированно вводятся реагенты. Химические вещества вступают в связь с примесями и образуют осадок. Который потом устраняется. Используется для окисления гидроксид натрия и гидроксид калия, оксид кальция, карбонаты магния и другие. Преимущества такой обработки в возможности очистить большой объем воды без предварительной подготовки изменения pH или температуры. Кстати, никель оседает при значениях pH от 7,7 до 9,5 единиц. Но есть у технологии и недостатки. Приходится дополнительно обрабатывать воду после фильтрации реагентами, так как в них остаются остаточные химические соединения. Образуется трудноутилизируемый осадок. И вода после обработки реагентами не используется на производстве повторно. Метод совмещают с коагуляцией. В этом случае добавление реагентов необходимо для коррекции pH и создания оптимальных условий для фильтрации. Растворенный никель переходит в нерастворенную форму. А после происходит добавление коагулянтов, которые соединяют примеси и таким образом вызывают выпадение осадка. Данный вариант обработки более оптимален при выборе химического метода фильтрации. И очищенную воду можно использовать на производстве повторно. Гидроксид никеля начинает оседать при pH 6,7 единиц. Соединения карбоната никеля растворяются значительно быстрее, при таком же кислотно-щелочном показателе. А вот гидроксидкарбонат никеля практически не подлежит растворению. Поэтому для его обработки используются определенные реагенты. Степень фильтрации химическим методом составляет до 61%.
Рис. 1 Системы дозации
Электрокоагуляция. Метод использует алюминиевые аноды, на который постоянно подается ток. В результате процесса растворения электродов происходит реакция ионов и растворение их. При технологии электрокоагуляции образуются хлопья, которые впитывают ионы никеля. Из преимущества способа выделяют возможность перерывов. То есть реакция начинается только при поступлении воды. Самый главный недостаток – это большой расход электроэнергии. При повышении температуры раствора снижается сорбционная способность. Также необходимо следить, чтобы на поверхности электродов не образовывалась пленка из-за окисления металла. Технология предполагает обязательную установку вентиляции, так как возможно образование смесей водорода. Что касается практического опыта, то в среднем, при использовании алюминия, получаются следующие параметры: для устранения 1 г никеля потребуется 3,4 г алюминия. Расход электроэнергии составит 10,1 а/ч, при pH 7,6 единиц. Эффективность фильтрации 77%.
Рис. 2 Электрокоагуляция
Адсорбция. Процесс, при котором происходит поглощение примесей специальным впитывающим материалом. Основным критерием выбора являются сорбционные способности вещества. Поток воды поступает в фильтрующую колонну, где находится сорбент. Проходя через него загрязнения никеля притягиваются и впитываются гранулами. На выход поступает очищенная вода. Метод экологичный и эффективный. Однако, требует обязательной промывки фильтрующего материала. Так как со временем пористая структура гранул заполняется загрязнениями. Степень фильтрации составляет 95%.
Рис. 3 Метод адсорбции
Ионный обмен. Такая технология удаляет не только ионы никеля, но и других тяжелых металлов. При поступлении потока воды происходит замещение молекул примесей, безвредными. Для фильтрации используется ионная смола. Метод безопасный, так как исключает попадание смолы в чистую воду, позволяет экономить на расходах, улучшает общие показатели воды. Существенное преимущество способа в возможности повторного использования воды после очистки в технических целях или для обратного водоснабжения. Кроме устранения никеля происходит обессоливание. Из недостатков – обязательная регенерация смолы.
Рис. 4 Ионный обмен
Метод обратного осмоса. Самая распространённая и универсальная технология, которая позволяет удалить все примеси до 99%. Поток воды под давлением подается на полупроницаемую мембрану. Внешний слой элемента пористый и пропускает только кислород и водород, проще говоря воду. А все остальные загрязнения задерживаются на внешней стороне. Преимущества технологии естественно, в высоком качестве очистке. Также сюда относят отсутствие изменений технических характеристик воды. Но при этом есть и недостатки. Относительно низкая производительность и обязательная подготовка воды. Нельзя чтобы на мембрану попадали механические загрязнения. Она их, конечно, не пропустит, но возможна деформация элемента и быстрое засорение.
Рис. 5 Обратный осмос
3. Выводы и рекомендации
Для сохранения природного баланса необходимо очищать сточные воды перед сбросом. При высоких концентрациях никеля подбирается оптимальный вариант обработки, в зависимости от производительности, наличия других примесей, изначальных характеристик воды. Самые оптимальные современные методы фильтрации: ионозамещение, обратный осмос, адсорбция. Также просчитываются расходы на поддержание оптимальной очистки и эксплуатации оборудования. Для ионных установок – это регенерация смолы, для сорбентов и мембраны – промывка обратным потоком воды. Также обязательна предварительная очистка от механических примесей.
Очистка сточных вод может проводится комплексом технологий, то есть при объединении нескольких методов. Таким образом производится очистка не только от ионов никеля, но и восстанавливаются оптимальные характеристики воды, а значит её можно использовать повторно в технических целях.
