Автор: Пользователь скрыл имя, 12 Апреля 2014 в 16:23, доклад
Физико-химические методы играют существенную роль при обработке производственных сточных вод. Физико-химическая очистка сточных вод включает множество различных способов, которые могут использоваться как самостоятельно, так и в сочетании с механическими, биологическими и химическими методами очистки. Она обеспечивает удаление как твердых взвешенных частиц, так и растворенных примесей. Рассмотрим метод ионного обмена.
Метод ионного обмена - один из самых распространенных способов очистки воды - применяют в тех случаях, когда в растворе содержатся небольшие концентрации загрязняющих веществ или на завершающей стадии очистки.
СОДЕРЖАНИЕ
Физико-химические методы играют существенную роль при обработке производственных сточных вод. Физико-химическая очистка сточных вод включает множество различных способов, которые могут использоваться как самостоятельно, так и в сочетании с механическими, биологическими и химическими методами очистки. Она обеспечивает удаление как твердых взвешенных частиц, так и растворенных примесей. Рассмотрим метод ионного обмена.
Метод ионного обмена - один из самых распространенных способов очистки воды - применяют в тех случаях, когда в растворе содержатся небольшие концентрации загрязняющих веществ или на завершающей стадии очистки.
Установки ионообменного обессоливания воды эксплуатируют в системах водоподготовки для получения воды высокой степени чистоты. Такую воду используют для работы котлов высоких параметров на тепловых и атомных электростанциях.
Для очистки сточных вод метод ионного обмена применяют обычно на завершающей стадии и в тех случаях, когда к воде, выходящей из очистных сооружений, предъявляют повышенные требования.
Метод ионного обмена используют для очистки растворов от неорганических соединений, диссоциированных на ионы.
Ионный обмен является одним из основных способов умягчения, опреснения и обессоливания вод, а также способом рекуперации растворенных ионных компонентов.
Ионный обмен (ионообменная сорбция) – процесс обмена между ионами, находящимися в растворе, и ионами, присутствующими на поверхности твердой фазы (ионита). Это извлечение из сточных вод загрязнений с помощью ионитовых фильтров.
Рисунок 1- Общий вид ионитов, используемых в ионообменных смолах.
Иониты подразделяются на природные и искусственные (синтетические). Они заполняются синтетической ионообменной смолой, цеолитами. Метод позволяет извлекать из сточных вод ценные примеси, такие как соединения мышьяка, фосфора, хром, ПАВ, радиоактивные вещества, тяжелые цветные металлы. Метод применяется для очистки сточных вод предприятий металлургической, химической, машиностроительной и других отраслей промышленности.
Сточные воды, содержащие катионы металлов, проходят через фильтры, при этом происходит обмен ионами, находящимися в растворе и на поверхности твердой фазы. Металлы задерживаются в фильтре.
Важнейшим свойством ионитов является их поглотительная способность, она характеризуется обменной емкостью, которая определяется числом эквивалентов ионов, поглощаемых единицей массы или объема ионита.
Полная обменная емкость ( ПОЕ ) определяется числом функциональных групп, способных к ионному обмену, в единице массы воздушно-сухого или набухшего ионита и выражается в мг-экв/г или мг-экв/л. Она является постоянной величиной, которую указывают в паспорте ионита, и не зависит от концентрации или природы обменивающегося иона. ПОЕ может изменяться (уменьшаться) из-за термического, химического или радиационного воздействия. В реальных условиях эксплуатации ПОЕ уменьшается со временем вследствие старения матрицы ионита, необратимого поглощения ионов-отравителей (органики, железа и т. п.), которые блокируют функциональные группы.
Равновесная (статическая) обменная емкость зависит от концентрации ионов в воде, рН и отношения объемов ионита и раствора при измерениях. Необходима для проведения расчетов технологических процессов.
Динамическая обменная емкость ( ДОЕ) важнейший показатель в процессах водоподготовки. В реальных условиях многократного применения ионита в цикле сорбции-регенерации обменная емкость используется не полностью, а лишь частично. Степень использования определяется методом регенерации и расходом регенерирующего агента, временем контакта ионита с водой и с регенерирующим агентом, концентрацией солей, рН, конструкцией и гидродинамикой используемого аппарата. На рисунке 2 показано, что процесс очистки воды прекращают при определенной концентрации лимитирующего иона, как правило, задолго до полного насыщения ионита. Количество поглощенных при этом ионов, соответствующее площади прямоугольника А, отнесенное к объему ионита, и будет ДОЕ. Количество поглощенных ионов, соответствующее полному насыщению, когда проскок равен 1, соответствующее сумме ДОЕ и площади заштрихованной фигуры над S -образной кривой, называют полной динамической обменной емкостью (ПДОЕ). В типовых процессах водоподготовки ДОЕ обычно не превышает 0,4–0,7 ПОЕ.
|
Риснок 2 - Сравнение полной динамической ПДОЕ и динамической обменной емкости ДОЕ. Заштрихованная площадь Асоответствует ДОЕ, а вся площадь над кривой с учетом проскока солей – ПДОЕ |
Особенностью ионитов является их обратимость, т. е. возможность проведения реакции в обратном направлении, что и лежит в основе их регенерации. [2]
Различают ионообменные установки периодического и непрерывного действия. Установки периодического действия – это различные ионитные фильтры и колонны, а также устройства для перемещения жидкостей (насосы), емкости для хранения и контрольно-измерительная аппаратура.
По обмениваемому иону фильтры делят на катионитные, анионитные и фильтры смешанного действия, по технологическому применению – на фильтры различных ступеней. По способу проведения регенерации различают параллельно-точную, противоточную и ступенчатую регенерацию. Цикл работы периодических установок включает: ионный обмен, взрыхление слоя ионита, регенерацию ионита и его отмывку от регенерирующего раствора.
Установки непрерывного ионообмена обладают более высокой производительностью, они более компактны и экономичны как по расходам реагентов, так и по энергозатратам.
Существует два типа ионообменных аппаратов, как правило, колоночных:
Аппараты первого типа состоят из двух последовательно расположенных колонн, первая из которых по ходу обрабатываемой воды заполнена катионитом, а вторая – анионитом (рис.3). Аппараты второго типа состоят из одной колонны, заполненной смесью этих ионообменных смол.
Рисунок 2 - Принцип работы ионообменной установки
Примечание: катионит регенерируется хлористоводородной кислотой; анионит – гидроксидом натрия.
Преимуществами ионного обмена являются малые капитальные затраты, простота, отсутствие принципиальных ограничений для достижения больших производительностей.
Использование метода ионного обмена целесообразно в технологиях водоподготовки при слабой минерализации воды: ниже 100 200 мг/л солей, т.к. уже при умеренной (около 1 г/л содержании солей) для очистки 1 м3 воды будет необходимо затратить 5 л 30% раствора соляной кислоты и 4 л 50% раствора щелочи.
Смолы обладают рядом существенных недостатков, которые затрудняют их использование:
Регенерация ионообменных смол производится как правило растворами кислоты хлористоводородной (для Н+ формы) и натрия гидроксида (для ОН- формы). На качество регенерации влияет выбор регенерирующего раствора, тип ионообменной смолы, скорость, температура, чистота, тип и концентрация регенерирующего раствора, время его контакта с ионитами.
Для приготовления растворов кислоты хлористоводородной и натрия гидроксида, их хранения и защиты персонала от возможных утечек, необходимы специальные емкости.
В процессе регенерации образуется большое количество сильно кислых и сильно щелочных промывочных вод, которые должны подвергаться нейтрализации перед сбросом в систему сточных вод.
Системы ионного обмена требуют предварительной очистки от нерастворимых твердых частиц, химически активных реагентов (хлора в потоке воды во избежание загрязнения смолы и ухудшения ее качества).
Ионообменная технология обеспечивает классическое обессоливание воды и является экономичной системой при получении воды очищенной. Данная технология позволяет получать воду с очень низким показателем удельной электропроводности. Однако при длительном использовании ионообменников может спонтанно возникнуть проблема роста микроорганизмов. Для снижения микробной контаминации используются УФ-лампы, постоянная рециркуляция воды в петле распределения, сведение к минимуму или вообще исключение перерывов в работе оборудования. Поскольку данный метод не обеспечивает микробиологической чистоты из-за использования ионообменных смол, поэтому его использование для получения воды очищенной целесообразно в сочетании со стерилизующей (0,22 мкм) микрофильтрацией.