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 Cr₂O₇^2- - 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