9. Ионный обмен.

— удаление из сточных вод токсичных неорганич. и органич. примесей посредством гетерогенной хим. реакции двойного обмена между ионами на твердом зерне ионообменного материала и раствора.

Ионный обмен — универсальный процесс, обеспечивающий удаление ионизированных токсичных примесей до любой заданной концентрации. Он осуществляется с помощью синтетич. ионообменных смол, представляющих собой практически нерастворимые в воде и растворах электролитов полимерные в-ва, имеющие подвижный ион (катион или анион), способный вступать в реакцию обмена с ионами того же заряда, находящегося в растворе. При положит, заряде подвижных ионов, фик-сиров. на матрице, ионит обменивает катионы. Такие иоииты наз. катионитами. При отрицат. заряде фиксиров. на матрице ионов иониты обменивают анионы и наз. анионитами. Иониты выпускают в виде гранул размером 0,2—2 мм.

По степени ионизации групп иониты делят на: сильнокислотные катиониты, содержащие, напр., сульфогруппы, остатки фосфорной или фосфориновой к-т (сульфокатиониты КУ-2, КУ-2-20, КУ-23); слабокислотные катиониты, содержащие карбоксильные, сульфогидрильные, оксифенильные группы (КБ-2, КБ-4); сильнооснбвные анио-ниты (АВ-16, АВ-17, АВ-29), имеющие группы аммониевых или сульфониевых оснований; слабоосновные аниониты (АН-2ФН, АН-18, АН-22, АА-31, АА-251), содержащие аминогруппы разл. степени замещения; аниониты промежуточной основности (ЭДЭ-10П). Одной из осн. хар-к ионитов является обменная емкость. Различают полную обменную емкость — емкость ионита до полного насыщения, статич. (или равновесную) обменную емкость, динамич. обменную емкость и рабочую обменную емкость — емкость ионита в динамич. условиях при определ. степени регенерации до проскока в фильтрат извлекаемых ионов в заданных концентрациях. Обменная емкость ионитов выражается в единицах массы сорбируемых в-в, отнес, к массовой или объемной единице ионита (г/кг, кг/м , мг-экв/г, г-экв/м), либо в процентах извлекаемого в-ва от массы воздушно-сухого ионита. 

Наиболее часто рабочая обменная емкость ионитов в технологич. расчетах ионообм. установок  выражается   в эквивалентах (г-экв/м*). Обменная емкость сильнокислотных анионитон и сильноосновных ани-онитов по отношению к разл. ионам остается пост, в широком диапазоне значений рН. Емкость слабокислотных катеонитов и слабоосновных анионитов в сильной степени зависит от величины рН обрабатываемого раствора, максимальна для слабокислотных катионитов в щелочных средах (рН > 7), а для слабоосновных анионитов — в кислых средах (рН < 7).

Иониты смет, типа в обменных реакциях проявляют свойства сильной и слабой к-т (катионит КУ-1) или сильного и слабого основания (анионит ЭДЭ-10П). При контакте с водой и растворами электролитов происходит набухание ионитов и увеличение их объема (обычно в 1,5—2 раза). Большинство ионитов выпускается и хранится во влажном состоянии или под слоем воды, в связи с чем в зимнее время они должны находиться в отапливаемых помещениях. Высохший ионитдля приведения в рабочее состояние рекомендуется выдерживать в течение 20—25 ч и 20%-м растворе хлорида натрия. Изменение объема большинства ионитов происходит и при переходе из рабочего (для катионитов в Н+- или Ма+-, для анионитов в ОН-фор-ме) состояния в солевое, Кт-рое составляет для ионитов гелевой структуры 10—15, а макропористой 7—10%. Характерной особенностью ионитов, важной для их практич. применения в технологии очистки и обессоливания сточных вод, является способность к обратным реакциям, что дает возможность регенерации отработ. (на-сыщ.) ионитов, десорбции из них сорби-ров. ионов.

При проектировании ионообменных установок предусматривают след. процессы — перед поступлением на ионообменную установку сточной коды удаление из нее взвеш. в-в, нефтепродуктов и др. орга-нич. примесей, сильных окислителей (напр., хроматов); ионирование сточной воды — извлечение из нее катионов и анионов при контакте с катионитом и аниони-том; взрыхление отработ. ионита перед регенерацией; регенерацию ионитов — десорбцию задерж. катионов и анионов, восстановление рабочего состояния ионита; послерегенерац. отмывку ионитов от компонентов регенерац. растворов; дополнит. обработку очищ. или обессол. воды в соответствии с требованиями потребителя; обезвреживание, переработку, ликвидацию элюатов, образующихся при регенерации ионитов.

Очистка или обессоливание сточных вод (ионирование) производится на ионо-обмен. установках последоват. контактированием с гранулиров. катионитом в натриевой или водородной форме и аниони-том в солевой (сульфатной или хлорид-ной)   или   гидроксильной  форме.  

Для извлечения анионов, обладающих сильными окислит, свойствами (напр., хромат-бихромат-ионы), должны использоваться слабо- или сильноосновные аниониты,стойкие к окислит, действию этих анионов (АН-8.АН-251, АВ-17). Содержание взвеш. в-в в воде, подаваемой на иониты, не должно превышать 8 мг/л, органич. примесей (по ХПК) — не более 8 мг/л. При превышении этих величин вода, поступающая на ионирование, должна подвергаться предочистке на механич. и сорбц. (активные угли) фильтрах. В процессе ионирования воды в фильтрах с плотным слоем после проскока извлекаемых ионов в фильтрат иониты подвергаются регенерации. При сорбции ионов в рабочем цикле иониты уплотняются. Поэтому перед регенерацией они должны подвергаться взрыхлению подачей техн. воды снизу вверх с интенсивностью 3— 5 л / (с-м ). В зависимости от состава исходной воды и требований потребителя ккачеству очищ. или обессол. воды применяются разл. схемы ионообм. установок,

Для неполного обессоливания при отсутствии в сточных водах анионов слабых к-т или воды, содержащей указ. анионы, рекомендуются схемы одноступенчатого Н-катионирования и одноступенчатого ОН-анионирования с использованием сильнокислотного катионита и слабоосновного анионита. Для более глубокой очистки или обессоливания сточной воды схема установки должна включать одно-двухступенчатое   Н-катионирование    и двухступенчатое ОН-анионирование с использованием как на I, так и на II ступенях катионирования сильнокислотного катионита, на I ступени анионирования — слабоосновного и на II ступени — сильноосновного анионитов. При наличии в сточных водах большого кол-ва углекислоты и ее солей для предотвращения быстрого истощения емкости сильноосновного анионита после Н-катионирования вода подвергается дегазации в спец. дегазаторах. Удаление углек-ты из Н-катиониров. воды производится в дегазаторах с загрузкой из колец Рашига, с дерев, хордовой насадкой или в др. аппаратах. В состав установки по ионообменной очистке сточных вод, как правило, включаются сооружения предочистки от механич. примесей на кварцевых фильтрах и от органич. загрязнений на сорбц. фильтрах, загружаемых активными углями. В ряде случаев для стабилизации величины рН и извлечения анионов слабых к-т в ионообменных установках вместо анионитовых фильтров II ступени используются фильтры смеш. действия, загружаемые сильнокислотным катионитом   (КУ-2)   и  сильноосновным анионитом (АВ-17-8).

Расчет ионообм. установок производ. на основании данных по расходу сточной воды, подвергаемой очистке, ее солесодер-жанию, рабочей обменной емкости иони-тов и частоты регенераций ионитовых фильтров. При расчете ионообм. установок для очистки или обследования многокомпонентных сточных вод обменную емкость ионита принимают по наименее сорбируемому иону, аза его концентрацию — суммарное содержание всех извлекаемых ионов (катионов или анионов).