Очистка воды от тяжелых металлов
(Ионный обмен)

 Раздел доступен гостю




Очистка сточных вод от тяжелых металлов

Ионный обмен представляет собой процесс взаимодействия раствора твердой фазой, обладающей свойством обменивать ионы, содержащиеся лей, на другие ионы, присутствующие в растворе. Вещества, составляющие твёрдую фазу, носят название - ионитов. Они практически не растворимы в воде. Те из них, которые способны поглощать из растворов электролитов положительные ионы, называются катионитами (проявляют кислотные свойства), отрицательные ионы - анионитами (проявляют основные свойства). Если иониты обменивают и катионы и анионы, их называют амфотерными (проявляют кислотные и основные свойства).
       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., а к неорганическим синтетическим ионитам - силикагели, пермутиты, труднорастворимые оксиды и гидроксиды некоторых металлов (алюминия, хрома, циркония и др.).
       Органические природные иониты - это гуминовые кислоты почв и углей. К органическим искусственным ионитам относятся ионообменные смолы с развитой поверхностью, которые представляют собой высокомолекулярные соединения, углеводородные радикалы которых образуют пространственную сетку с фиксированными на ней активными ионообменными функциональными группами. Пространственная углеводородная сетка (каркас) называется матрицей, а обменивающиеся ионы - противоионами. Каждый противоион соединён с противоположно заряженными и°нами, называемыми фиксированными или анкерными. Полимерные углеводородные цепи, являющиеся основой матрицы, связаны (сшиты) между собой поперечными связями, что придаёт прочность каркасу.
       В зависимости от степени диссоциации различают следующие виды:
ионитов:
- сильнокислотные катиониты, содержащие сульфогруппы SO3H или фосфорнокислые PO(OH)2 группы и сильноосновые аниониты, содержащие четвертичные аммониевые основания R3NOH;
- слабокислотные катиониты, содержащие карбоксильные СООН и фенольные C6H5OH группы, диссоциириующие при рН<7, а также слабоосновные первичные NH2 и вторичные NH аминогруппы, диссоциириующие при рН>7.
       В зависимости от противоиона, которым насыщена ионообменная смола, различают: Н-форму, Na-форму, Са-форму и т.д. для катионитов и соответственно ОН-форму, Сl-форму и т.д. для анионитов.
       Основные требования к ионитам, используемым для очистки сточных вод, следующие:
• высокая обменная ёмкость;
• хорошие кинетические свойства (высокая скорость ионного обмена);
• достаточная устойчивость по отношению к кислотам, щелочам, окислителям и восстановителям;
• нерастворимость в воде, органических растворителях и растворах электролитов;
• ограниченная набухаемость.
       Важнейшим свойством ионитов является их поглотительная способность, которая характеризуется обменной ёмкостью и определяется количеством грамм-эквивалентов ионов, поглощаемых единицей массы или объёма ионита. Различают полную, статическую и динамическую обменные ёмкости. Полная ёмкость - это количество поглощаемого вещества при полном насыщении единицы объёма или массы ионита. Статическая ёмкость - это обменная ёмкость ионита при равновесии в данных рабочих условиях. Статическая обменная ёмкость обычно меньше полной. Динамическая обменная ёмкость - это ёмкость ионита до "проскока" ионов в фильтрат, определяемая в условиях фильтрации. Динамическая ёмкость меньше статической.
       Если катиониты находятся в Н-форме или Na-форме, то обмен катионов будет проходить по реакциям:

Ме+ + Н[К] <-> Ме[К] + Н+

Ме+ + Na[K] <-> Ме[К] + Na+

где [К] - комплекс катионита; Ме+ - катион металла, находящийся в сточной воде.

       Слабоосновные аниониты обменивают анионы сильных кислот:

2А[ОН] + H2SO4 <-> [A]2SO4 + H2O

где [А] - комплекс анионита.

       Характерной особенностью ионитов является их обратимость, т.е. возможность восстановления обменной ёмкости после насыщения, что достигается проведением реакции ионного обмена в обратном направлении. Этот процесс носит название регенерации. Регенерационные растворы называют элюатами. В их состав входят катионы или анионы, извлеченные ионитами из сточных вод.
       Катиониты обычно регенерируют 2-8% растворами кислот (при переводе их в Н-форму) или раствором хлористого натрия (при переводе в Na-форму):

2Ме[К] + H2SO4 <-> 2Н[К] + Me2SO4

2Ме[К] + NaCl <-> Na[K] + MeCl

       Отработанные аниониты регенерируют 2-6% растворами щелочи (NaOH, NH4OH) или 2-4% раствором Na2CO3:

[A]2SO4 + NaOH <-> 2А[ОН] + Na2SO4

       Полученные элюаты нейтрализуют, обрабатывают специальными реагентами с целью выделения ценных продуктов, или непосредственно используют в производстве. Примером последнего может служить способ регенерации сильноосновных анионитов, насыщенных ионами шестивалентного хрома 0,2-5Н, растворами серной кислоты. В кислой среде хром сорбируется на анионите в виде аниона Cr2O72- - При десорбции хрома (VI) серной кислотой по указанному способу протекает следующая реакция:

(R3N2)Cr2O7 + H2SO4 <-> (R3N2)SO4 + H2Cr2O7

       Как известно, стандартный состав электролитов блестящего хромирования включает 250 г/л СгО3 и 2,5 г H2SO4. Исходя из этого полученный регенерационный раствор (элюат), содержащий двухромовую кислоту H2Cr2O7 (т.е. продукт растворения CrO3 в воде) и H2SO4, может быть непосредственно направлен на корректировку ванн хромирования (т.е. создаются условия для создания безотходных гальванических производств).

       На степень регенерации влияет тип ионита, состав насыщенного слоя, природа, концентрация и расход регенерирующего вещества, температура, время контакта и расход реагентов.
       Восстановление обменной ёмкости при регенерации обычно составляет 60-100%.

       Процессы ионообменной очистки сточных вод подразделяют по следующим признакам:
• по организации процесса - периодического, непрерывного и полунепрерывного действия;
• по гидродинамическому режиму - смешения, вытеснения и промежуточного типа;
• по состоянию слоя ионита - с неподвижным, движущимся, пульсирующим, перемешивающим и циркулирующим слоем;
• по организации контакта взаимодействующих фаз — с непрерывным и ступенчатым контактом фаз;
• по организации взаимного направления движения фаз - на прямоточные, противоточные и со смешанным током;
• по конструкции - на колонные и ёмкостные;
• по способу подвода энергии - без подвода энергии извне (с гравитационным движением твёрдой фазы) и с подводом энергии извне (принудительное движение твёрдой фазы).

       Ионный обмен рекомендуется применять:
• в процессах очистки воды из источников водоснабжения для улучшения качества воды, применяемой в гальваническом производстве;
• для очистки сточных вод от катионов тяжёлых металлов хрома и анионов Кислот;
• для доочистки сточных вод после реагентной очистки;
• для извлечения отдельных видов цветных металлов в линиях локальной очистки с целью дальнейшей регенерации электролитов.

Очистка промывных вод гальванического производства может осуществляться двумя путями:
- обработкой смешанных промывных вод на ионообменных фильтрах, что позволяет обессолить и повторно использовать в производстве очищенную воду;
- обработкой промывных вод одного технологического процесса (меднения, никелирования и т.д.), что создаёт реальную возможность утилизации металлов.

Консультацию специалистов Вы можете получить по телефону: (495) 768-06-46.

Для того, чтобы сотрудники РХТУ им. Д.И. Менделеева подготовили для Вас технико-коммерческое предложение, просим Вас заполнить следующий опросный лист:

Скачать опросный лист - Очистка сточных вод

Заполненный опросный лист просим направить по адресу электронной почты info#enviropark.ru