6. Адсорбционные методы очистки сточных вод. Очистка сточных вод на ионитах.

Адсорбционные методы применяют для глубокой очистки СВ от растворенных органических веществ после биохимической очистки, а также в локальных установках, если концентрация этих веществ в воде невелика и они биологически не разлагаются или являются сильнотоксичными. Обезвреживают СВ от фенолов, гербицидов, пестицидов, ароматических нитросоединений, ПАВ, красителей и др. Адсорбционная очистка вод может быть регенеративной, т.е. с извлечением вещества из адсорбента и его утилизацией, и деструктивной, при которой извлеченные из сточных вод вещества уничтожаются вместе с адсорбентом. Адсорбенты. используют активные угли, синтетические сорбенты и некоторые отходы производства (золу, шлаки, опилки и др.),силикагели, алюмогели и гидроксиды Наиболее универсальными из адсорбентов являются активные угли, однако они должны обладать определенными свойствам: должны слабо взаимодействовать с молекулами воды и хорошо с органическими веществами, быть относительно крупнопористыми (с эффективным радиусом адсорбционных пор в пределах 0,8-5,0 нм ), чтобы их поверхность была доступна для больших и сложных органических молекул. Основы процесса адсорбции. Скорость процесса адсорбции зависит от концентрации, природы и структуры растворенных веществ, температуры воды, вида и свойств адсорбента. В общем случае процесс адсорбции складывается из трех стадий: переноса вещества из СВ к поверхности зерен адсорбента, собственно адсорбционный процесс, перенос вещества внутри зерен адсорбента. Адсорбционные установки. Процесс адсорбционной очистки СВ ведут при интенсивном перемешивании с водой, при фильтровании воды через слой адсорбента или в псевдоожиженном слое на установках периодического и непрерывного действия. При смешивании адсорбента с водой используют активный уголь в виде частиц 0,1 мм и меньше. Процесс проводят в одну или несколько ступеней. схема абсорбционной установки непрерывного действия: 1 – усреднитель; 2 – насос; 3 — фильтр; 4-6 – колонны; 7 – емкость. Регенерация адсорбента. Адсорбированные вещества из угля извлекают десорбцией насыщенным или перегретым водяным паром либо нагретым инертным газом. экстракция (жидкофазная десорбция) органическими низкокипящими и легко перегоняющимися с водяным паром растворителями.

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

Природные и синтетические иониты. Иониты (катиониты и аниониты) бывают неорганические (минеральные) и органические. К неорганическим природным ионитам относятся цеолиты, глинистые минералы, полевые шпаты, различные слюды и др. Катионообменные свойства их обусловлены содержанием алюмосиликатов. Ионообменными свойствами обладает также фторапатит и гидроксидапатит. К неорганическим синтетическим ионитам относятся силикагели, пермутиты, труднорастворимые оксиды и гидроксиды некоторых металлов (алюминия, хрома, циркония и др.). Катионообменные свойства, например силикагеля, обусловлены обменом ионов водорода гидроксидных групп на катионы металлов, проявляющиеся в щелочной среде. Органические синтетические иониты — RSO₃H. Здесь R – матрица, Н – противоион, SO₃ – анкерный ион. Иониты получают методом сополимеризации или сополиконденсации с последующим сшиванием образующихся цепей. В зависимости от степени диссоциации. Катионообменные смолы бывают сильно- и слабокислотные, а анионообменные – сильно- и слабоосновные. К сильнокислотным относят катиониты, содержащие сульфогруппы (SO₃H) или фосфорнокислые группы [РО(ОН)₂]. К слабокислотным – карбоксильные (СООН) и фенольные (С₆Н₅ОН) группы. Сильноосновные иониты содержат четвертичные аммониевые основания (R₃NOH), слабоосновные – аминогруппы различной степени замещения (—NH₂; =NH; =N).Основы процесса ионного обмена. Реакция ионного обмена протекает следующим образом: при контакте с катионитом: RSO₃H+NaCl → RSO₃Na+HCl, при контакте с анионитом ROH + NaCl → RCl+NaOH.

Ионный обмен происходит в эквивалентных oтношениях и в большинстве случаев является обратимым. Реакции ионного обмена протекают вследствие разности химических потенциала обменивающихся ионов.

Поглотительная способность ионитов характеризуется обменной емкостью, которая определяется числом эквивалентов ионов, поглощаемых единицей массы или объема ионита. Различают: Полная обменная емкость – это количество поглощаемого вещества при полном насыщении единицы объема или массы ионита. Статическая обменная емкость – это обменная емкость ионита при равновесии в данных рабочих условиях. Статическая обменная емкость обычно меньше полной. Динамическая обменная емкость – это емкость ионита до «проскока» ионов в фильтрат, определяемая в условиях фильтрации. Динамическая емкость меньше статической.

Регенерация ионитов. Катиониты регенерируют 2-8%-ми растворами кислот. При этом они переходят в Н-форму. Отработанные аниониты регенерируют 2-6%-ми растворами щелочи. Аниониты при этом переходят в ОН-форму. Схемы ионообменных установок. Процессы ионообменной очистки сточных вод проводят на установках периодического и непрерывного действия. Первые состоят из аппаратов (фильтров или колонн) периодического действия, насосов, емкостей и контрольно-измерительных приборов. Режим работы периодической установки сводится к следующему. Рисунок 1 Сточная вода поступает внутрь аппарата, проходит слой ионита и выходит через распределитель. Далее подают промывную воду, а затем регенерирующий раствор. Таким образом, цикл работы аппарата состоит из следующих стадий: 1) ионообмен; 2) отмывка ионита от механических примесей; 3) регенерация ионита; 4) отмывка ионита от регенерирующего раствора. Колонны непрерывного действия могут работать как с движущимся слоем смолы, так и с кипящим слоем. Установки непрерывного действия содержат несколько ионообменных аппаратов с катионитом и анионитом. Рисунок 2 Работают по очереди