Ионный обмен – это процесс обмена между ионами, находящимися в растворе, и ионами, присутствующими на поверхности твердой фазы – ионита.
Очистка сточных вод методом ионного обмена позволяет извлекать и утилизировать ценные примеси (хром, цинк, свинец, медь, ртуть и другие металлы и использовать очищенную воду в технологических процессах или системах оборотного водоснабжения.
Сточные воды, подаваемые на установку, не должны содержать: солей – свыше 3000 мг/л; взвешенных веществ – свыше 8 мг/л; ХПК не должна превышать 8 мг О2 /л.
Для загрузки Н -катионитовых фильтров преимущественно исользуются катиониты КУ-1, КУ-2-8, КУ-2-20, КУ-23, КБ-4.
В качестве слабоосновных анионитов могут применяться: АН-2-ФН, АН-18, АН-22, АН-32, АН-221, АН-251, аниониты промежуточной основности ЭДЭ-10П. Сильноосновные аниониты АВ-17-8, АВ-29-12П.
Важнейшим свойством ионитов является их обменная емкость. Полная емкость ионита – это количество грамм-эквивалентов ионов, находящихся в воде, которое может поглотить 1 м3 ионита до полного насыщения. Рабочая емкость ионита – это количество грамм-эквивалентов, находящихся в воде, которое может поглотить 1 м3 ионита в фильтре при обработке воды до начала проскока в фильтрат поглощаемых ионов.
|
|
Обмен ионов в ионитах проходит в эквивалентных количествах и обратимо. Обмен катионов записывается уравнением:
R к М 1 + ↔ R к М 2 + ,
где R к – катионит; – обмениваемый катион; – удаляемый из раствора катион.
Анионный обмен выражается уравнением:
RаА 1 + ↔ RаА 2 + ,
где Rа – анионит; – обмениваемый анион; – удаляемый из раствора анион.
Если катионит находится в Н-форме, т.е. насыщен обмениваемыми ионами водорода Н+, а анионит в ОН-форме, т.е. насыщен обмениваемыми гидроксид-ионами, то последовательная обработка на катионите, а затем на анионите приводит к полному удалению минеральных солей.
Для регенерации катионита используют соляную или серную кислоты. Протекает следующий обмен:
R к М + HCl ↔ R кН + M Cl или
R к М + H2SO4 ↔ R кН2 + M SO4.
Регенерацию анионита осуществляют раствором NaOH. Протекает следующий обмен:
RаА + NaOH ↔ Ra OН + Na A
Процессы ионообменной очистки сточных вод осуществляются в аппаратах периодического (фильтрах) или непрерывного действия.
Цикл работы аппарата периодической установки состоит из следующих стадий: 1) ионный обмен; 2) отмывка ионита от механических примесей; 3) регенерация ионита; 4) отмывка ионита от регенерирующего раствора.
Для увеличения эффективности процесса используют колонну с псевдоожиженным слоем или пульсацией. Колонна с тарелками провального типа (рис. 4.33, а) имеет удельную производительность 30-40 м3/(м2 ∙ ч). Тарелки с лопатками расположены под углом 30о.
|
|
Рис. 4.33. Колонны для ионообменной очистки: а – с тарелками провального типа: 1 – корпус; 2 – разделительная зона; 3 – тарелки; 4 – эрлифт; б – регенерационная пневмопульсационная: 1 – колонна; 2 – решетка; 3 – труба; 4 – распределитель раствора.
Для регенерации смолы используют колонны с движущимся слоем или пневмопульсационные (рис. 4.33, б). Сорбент подают через коническую трубу. При подаче воздуха смола в рабочем объеме аппарата движется навстречу раствору и удаляется сверху; столб смолы в трубе действует как обратный клапан.