Навігація
Головна
ХІМІЧНІ МЕТОДИ ОЧИЩЕННЯ СТІЧНИХ ВОДФІЗИКО-ХІМІЧНІ СПОСОБИ ОЧИЩЕННЯ СТІЧНИХ ВОДТЕРМІЧНІ метод очищення і знешкодження СТІЧНИХ ВОДгідромеханічним способом очищення стічних водОчищення стічних водВиконання рішень про примусовий обмінСпорудження для біологічного очищення стічних водПерекачування стічних водРозчиниСПІЛКУВАННЯ ЯК ОБМІН ІНФОРМАЦІЄЮ (КОМУНІКАЦІЯ)
 
Головна arrow Екологія arrow Теоретичні основи захисту навколишнього середовища
< Попередня   ЗМІСТ   Наступна >

Іонний обмін в розчинах стічних вод

Ионообменная очищення застосовується для вилучення та утилізації із стічних вод важких металів (цинку, міді, хрому, нікелю, свинцю, ртуті, кадмію, ванадію, марганцю), а також сполук миш'яку, фосфору, ціаністих з'єднань і радіоактивних речовин. Метод дозволяє очищати стічну воду до гранично допустимих концентрацій з подальшим її використанням у технологічних процесах або в системах оборотного водопостачання.

Гетерогенний іонний обмін, або іонообмінна сорбція, - процес обміну між іонами, які у розчині, і іонами, присутніми на поверхні твердої фази - іоніту.

Іоніти практично не розчинні у воді. Ті з них, які здатні поглинати з розчинів електролітів позитивні іони, є катионитами, поглинати негативні іони - аніонітами. Катіоніти мають кислотними властивостями, а аніоніти - основними властивостями. Якщо іоніти обмінюють і катіони, і аніони, їх називають амфотерними.

Іоніти. Іоніти підрозділяються на природні і штучні, або синтетичні. За своєю природою вони бувають неорганічні (мінеральні) і органічні.

Розрізняють такі види іонітів:

сильнокислотную катіоніти, що містять сульфогрупи SO 3 H і сильноосновні аніони, що містять четвертинні амонієві підстави;

слабо кислотні катіоніти, що містять карбоксильні СООН і фенольні групи, диссоциирующие при pH> 7, а також слабоосновние аніоніти, що містять первинні NH 2 і вторинні NH аміногрупи, диссоциирующие при pH <7;

іоніти змішаного типу, що проявляють властивості суміші сильних і слабких кислот або підстав.

До неорганічних природним Іонітів відносяться цеоліти, глинисті мінерали, польові шпати, різні слюди. Їх катіонообмінні властивості обумовлені вмістом алюмосилікатів типу Na 2 O Аl 2 O 3 nSiO 2 · Н2O. Іонообмінними властивостями володіють також фторапатит [Са 5 (РO 4) 3] F і гідроксиду-патит. До неорганічних синтетичним Іонітів відносяться силикагели, пермутіти, важкорозчинні оксиди та гідроксиди деяких металів (алюмінію, хрому, цирконію). Катіонообмінні властивості, наприклад силікагелю, обумовлені обміном іонів водню гідроксідних груп на катіони металів, які проявляються в лужному середовищі. Катіонообменная властивостями володіють і пермутіти, одержувані сплавленням сполук, що містять алюміній і кремній.

Органічні природні іоніти - це гумінові кислоти грунтів і вугілля. Вони виявляють слабокислотні властивості. Для посилення кислотних властивостей і обмінної ємності вугілля подрібнюють і сульфируют в надлишку олеуму. Сульфоуглі є дешевими поліелектролітами, що містять сильно- і слабокислотні групи. До недоліків таких іонітів відносяться їх мала хімічна стійкість і низька механічна міцність зерен, а також невелика обмінна ємність, особливо в нейтральних середовищах.

Провідна роль належить синтетичним органічним Іонітів - іонообмінні смоли з розвиненою поверхнею, що представляє собою високомолекулярні сполуки, вуглеводневі радикали яких утворюють просторову сітку з фіксованими на ній іонообмінними функціональними групами. Просторова вуглеводнева сітка (каркас) називається матрицею, а обменивающиеся іони - противоионами. Кожен противоион з'єднаний з протилежно зарядженими іонами, званими фіксованими, або анкерними іонами. При скороченому написанні іоніту матрицю позначають у загальному вигляді, а активну групу вказують повністю. Наприклад, сульфокатіоніти записують як RSO 3 H. Тут R - матриця, Н - противоион, SO 3 - анкерний іон.

data-override-format="true" data-page-url = "http://stud.com.ua">

Іоніти, що містять однакові активні групи, називаються монофункціональними, а іоніти, які містять функціональні групи різної хімічної природи, - поліфункціональними.

Вони можуть мати змішаними сильно- і слабоосновнимі властивостями.

Катіоніти в якості противоионов можуть містити не іони водню, а іони металів, тобто перебувати в сольовій формі. Точно так само і аніоніти можуть бути в сольовій формі, якщо в якості противоионов вони містять не іони гідроксиду, а іони кислот.

Властивості іонітів. Найважливішою властивістю іонітів є їх поглинальна здатність, так звана обмінна ємність, яка визначається числом еквівалентів іонів, що поглинаються одиницею маси або об'єму іоніту. Розрізняють повну, статичну і робочу (динамічну) обмінні ємності.

Повна ємність іоніту - кількість що знаходяться в стічній воді грам-еквівалентів іонів, яке може поглинути 1 м 3 іоніту до повного насичення.

Статична ємність - це обмінна ємність іоніту при рівновазі в даних робочих умовах. Статична обмінна ємність зазвичай менше повної ємності.

Робоча (динамічна) ємність іоніту - кількість що знаходяться у воді грам-еквівалентів іонів, яке може поглинути 1 м 3 іоніту до початку проскока в фільтрат поглинаються іонів. Динамічна ємність соответствен але менше статичної ємності.

data-override-format="true" data-page-url = "http://stud.com.ua">

При нагріванні іонітів у воді і на повітрі можливе руйнування їх зерен, відщеплення активних груп, що призводить до зменшення їх ємності. Для кожної смоли мається температурний межа, вище якої її використовувати не можна. Термічна стійкість анионитов нижче, ніж катионитов.

Величина pH стічної води, при якій відбувається обмін іонами, залежить від константи дисоціації іонообмінних груп смоли. Сильнокислотную катіоніти дозволяють проводити процес в будь-яких середовищах, а слабо кислотні - в лужних і нейтральних середовищах.

Іоніти в контакті з водою не розчиняються, але поглинають деяку кількість води, при цьому відбувається їх набухання внаслідок осмотичних явищ; обсяг іонітів зазвичай збільшується в 1,2 ... 2 рази. Ступінь набухання залежить від будови смоли, природи противоионов, складу розчину. Набухання іонітів впливає на швидкість і повноту обміну іонів, а також на селективність іоніту. Воно припиняється після того, як різниця осмотичних тисків до і після обміну урівноважиться силами розтягування і стиснення іоніту.

Селективність іонного обміну залежить від величини тиску набухання в порах смоли і від розміру пір іоніту. При малому розмірі пір великі іони не можуть досягти внутрішніх активних груп. З метою підвищення селективності іонітів до певних металам до складу смоли вводять речовини, здатні утворювати з іонами цих металів внутрішньокомплексні сполуки (хелати).

Основи процесу іонного обміну. Характерною особливістю іонітів є їх оборотність, тобто можливість проведення реакції у зворотному напрямку, що і лежить в основі їх регенерації. Іонний обмін відбувається в еквівалентних відносинах, реакції протікають внаслідок різниці хімічних потенціалів обмінюються іонів до встановлення іонообмінної рівноваги. Реакція іонного обміну протікає в такий спосіб:

при контакті з катионитом

при контакті з анионитом

Якщо катіоніти знаходяться в Н- або Na-формі, обмін катіонів буде проходити по реакціях:

де Ме + - катіон, що знаходиться в стічній воді; [К] - складний комплекс катіоніту.

Сильнокислотную катіоніти дозволяють здійснювати процес іонного обміну при будь-яких значеннях pH, а слабокислотні - при pH> 7.

Оскільки у стічних водах, як правило, міститься кілька катіонів, велике значення має селективність їх поглинання. Для кожного виду катіоніту встановлені ряди катіонів по енергії їх витіснення.

Функціональну залежність Протівоіони складу іоніту від Протівоіони складу зовнішнього розчину при постійних температурі і тиску називають ізотермою іонного обміну.

Процес перенесення речовини може бути представлений у вигляді декількох стадій:

перенесення іонів A з ядра потоку рідини до зовнішньої поверхні прикордонної рідкої плівки, навколишнього зерно іоніту; дифузія іонів через прикордонний шар; перехід іона через межу розділу фаз в зерно смоли; дифузія іонів A всередині зерна смоли до іонообмінним функціональних групах;

хімічна реакція подвійного обміну іонів A і В;

дифузія іонів B всередині зерна іоніту до кордону розділу фаз;

перехід іонів В через межу розділу фаз на внутрішню поверхню плівки рідини;

дифузія іонів В через плівку;

дифузія іонів В в ядро потоку рідини.

Швидкість іонного обміну визначається самою повільною з цих стадій - дифузією в плівці рідини або дифузією в зерні іоніту. Хімічна реакція іонного обміну відбувається швидко і не визначає сумарну швидкість процесу.

Коефіцієнти дифузії різних іонів в смолі мають порядок 10 -6 ... 10 -9 з м 2 / с, а у воді 10 -4 ... 10 -5 з м 2 / с. Коефіцієнт дифузії знижується при збільшенні розміру гідратованих іонів в розчині і зростанні заряду обмінюються противоионов смоли.

Регенерація іонітів. Катіоніти регенерують 2 ... 8% -ми розчинами кислот. Регенераційні розчини - Елюат містять катіони. Потім після розпушування і промивки катіоніти заряджають, пропускаючи через них розчин кухонної солі.

Відпрацьовані аніоніти регенерують 2 ... 6% -ми розчинами лугу. Аніоніти при цьому переходять в ОН-форму.

Елюат містять у сконцентрованому вигляді всі витягнуті з стічних вод аніони. Елюат, що представляють собою розчини кислот і лугів, нейтралізують або обробляють з метою рекуперації цінних продуктів. Нейтралізацію проводять змішанням кислих і лужних елюатів, а також додатковим введенням кислоти або лугу.

Ступінь регенерації іонітів α (%) визначають за формулою

(11.25)

де θ в - відновлена обмінна ємність; θ n - повна обмінна ємність.

Процес регенерації іонітів складається з трьох стадій: розпушування іоніту, власне регенерації і відмивання іоніту від продуктів регенерації і надлишку регенеруючого речовини. Обсяг промивних вод зазвичай становить 75 ... 100% обсягу регенераційних розчинів.

 
Якщо Ви помітили помилку в тексті позначте слово та натисніть Shift + Enter
< Попередня   ЗМІСТ   Наступна >

Cхожі теми

ХІМІЧНІ МЕТОДИ ОЧИЩЕННЯ СТІЧНИХ ВОД
ФІЗИКО-ХІМІЧНІ СПОСОБИ ОЧИЩЕННЯ СТІЧНИХ ВОД
ТЕРМІЧНІ метод очищення і знешкодження СТІЧНИХ ВОД
гідромеханічним способом очищення стічних вод
Очищення стічних вод
Виконання рішень про примусовий обмін
Спорудження для біологічного очищення стічних вод
Перекачування стічних вод
Розчини
СПІЛКУВАННЯ ЯК ОБМІН ІНФОРМАЦІЄЮ (КОМУНІКАЦІЯ)
 
Дисципліни
Аудит та Бухоблік
Банківська справа
БЖД
Географія
Документознавство
Екологія
Економіка
Етика та Естетика
Журналістика
Інвестування
Інформатика
Історія
Культурологія
Література
Логіка
Логістика
Маркетинг
Медицина
Менеджмент
Педагогіка
Політологія
Політекономія
Право
Психологія
Релігієзнавство
Риторика
Соціологія
Статистика
Страхова справа
Товарознавство
Туризм
Філософія
Фінанси
Пошук