Ионообменная очистка

Ионообменная очистка применяется для извлечения из сточных вод металлов (цинка, меди, хрома, никеля, свинца, ртути, кадмия, марганца и др), а также соединений мышьяка, фосфора, цианистых соединений и радиоактивных веществ. Метод позволяет рекуперировать ценные вещества при высокой степени очистки.

Сущность ионного обмена.

Ионный обмен представляет собой процесс взаимодействия раствора с твердой фазой, обладающей свойствами обменивать ионы, содержащиеся в ней на другие ионы, присутствующие в растворе. Вещества, составляющие эту твердую фазу носят название ионитов. Они практически не растворимы в воде. Те из них, которые способны поглощать из растворов электролитов положительные ионы, называются катионитами (Н⁺ и Na⁺ формы) и обладают кислотными свойствами, отрицательные ионы - анионитами (Cl^- и ОН^- формы) и обладают основными свойствами.

Иониты бывают неорганические (минеральные) и органические. Это могут быть природные вещества или вещества, полученные искусственно.

К неорганическим природным ионитам относятся цеолиты, глинистые минералы, полевые шпаты, различные слюды и др. К неорганическим синтетическим ионитам относятся силикагели, трудно растворимые окиси и гидроокиси некоторых металлов (алюминия, хрома, циркония). Органические природные иониты - это гуминовые кислоты почв и углей. Они проявляют слабо кислотные свойства. К органическим искусственным ионитам относятся ионообменные смолы с развитой поверхностью (имеют наибольшее практическое значения для очистки сточных вод).

Важнейшим свойством ионитов является их поглотительная способность (обменная емкость). Полная емкость ионита – это количество находящихся в воде грамм-эквивалентов ионов, которое может поглотить 1 м³ ионита до полного насыщения. Рабочая емкость - это количество находящихся в воде грамм-эквивалентов ионов, которое может поглотить 1 м³ ионита до начала проскока в фильтрат поглощаемых ионов.

После полного насыщения смол в процессе ионообмена их регенерируют. Регенерация катионитов заключается в пропускании через отработанную смолу 10-15%-ного раствора серной кислоты (соляной кислоты). Водород кислоты обменивается в смоле на катионы тяжелых металлов. Для анионитов регенерацию можно проводить 10-15%-ным раствором хлористого натрия (щелочи). Возможны и другие способы.

Схемы ионообменных установок.

Процессы ионообменной очистки сточных вод проводят на установках периодического и непрерывного действия.

Схема ионообменной установки периодического действия.

1 - колонна; 2 - решетка; 3 - слой ионита; 4 - 6 - распределители; 7 - бак с регенерирующим раствором; 8 – насос

Сточная вода поступает внутрь аппарата (фильтра), представляющего собой закрытый цилиндрический резервуар с расположенным у днища щелевым дренажным устройством, проходит слой ионита и выходит через распределитель 6. Затем подается промывная вода и после этого регенерирующий раствор. Таким образом, цикл работы аппарата состоит из следующих стадий: ионообмен, отмывка ионита от механических примесей, регенерация ионита, отмывка ионита от регенерирующего раствора.

Недостатки установок периодического действия: большие объемы аппаратов, значительный расход реагентов, большая единовременная загрузка сорбента, сложность автоматизации процесса.

Непрерывный ионообмен дает возможность уменьшить затраты смолы, реагентов для регенерации, промывной воды, а также применять более компактное оборудование.

В аппаратах непрерывного действия ионит движется по замкнутому контуру, последовательно проходя стадии сорбции, регенерации и промывки.

Колонны непрерывного действия могут работать как с движущимся слоем смолы, так и с псевдоожиженным слоем (при очистке сточных вод, загрязненных взвешенными веществами).

1– подача сточной воды; 2-устройство для транспортирования ионита; 3-устройство для отбора ионита; 4-подача необработанной сточной воды; 5-регулятор скорости движения потока воды в регенераторе; 6-подача регенерационного раствора; 7- внутренний корпус для регенерации ионита; 8-отвод послерегенерационного раствора; 9- ионообменная колонна; 10- воронка для приема отработанного ионита; 11- выпуск отработанной сточной воды.

Ионообменный аппарат непрерывного действия

Аппарат состоит из ионообменной емкости, выполненной в виде усеченного конуса. Внутри этого конуса находится второй усеченный конус, где происходят процессы регенерации и отмывки. Необработанная сточная вода подается в колонну через трубу с коническими насадками. Пройдя через псевдоожиженный слой ионита, обработанная вода выходит из верхней части колонны, откуда через трубчатое устройство с помощью эрлифта или эжектора подается в верхнюю часть колонны. Во внутреннем полом усеченном конусе скорость движения потока воды уменьшают с помощью регулятора, что способствует вовлечению отработанного ионита в этот конус и последующему осаждению его в нижней части ионообменной установки. Регенерационный раствор подается в нижнюю часть внутреннего усеченного конуса, а отводится из верхней части. Регенерированный ионит, продолжая опускаться навстречу восходящему потоку воды, промывается и переходит в рабочую зону колонны.

Колонна с движущимся слоем смолы.

1 - корпус; 2 - разделительная зона; 3 - смола; 4 - эрлифт.

Сточная вода подается снизу, а смола сверху. Колонна малоэффективна из-за сильного перемешивания фаз и неравномерного распределения смолы по сечению колонны.

Дата добавления: 2014-01-05