5.5. Очищення стічних вод методом іонного обміну

Використовуються іонообмінні смоли, що складаються із просторово зшитих нерозчинних у воді вуглевородних ланцюгів з фіксованими на них активними іонообмінними групами, що мають заряд, що нейтралізується розташованими усередині полімеру іонами протилежного заряду.

Види катіонітів:

• важкокислотні катіоніти, що містять сульфогрупи - SО₃Н, іди фосфорнокислі групи РО(ВІН)₂ і сильно-основні аніоніти, що містять четвертинні амонієві підстави – N⁺ (R)₃ катіоніти – КУ - 2 - 8год і аніоніт АВ - 17;

• слабокислі катіоніти утримуючі карбоксильні - СООН і фенольні групи й слабоосновні аніоніти, що містять первинні – NН₂ і вторинні NH 3-₃- аминогрупи;

• іоніти змішаного типу, що мають властивості суміші сильної й слабкої кислот або підстав;

• іоніти, обмінна ємність яких поступово міняється в широкому діапазоні рН.

Катіонірування

Для очищення СВ застосовують штучні й природні, мінеральні й органічні катіоніти. Природні не одержали широкого поширення через малу обмінну ємність і недостатню стійкість, хоча деякі з них (вермикуліт, доломить) рекомендуються застосовувати для очищення СВ від радіоактивних елементів, частіше застосовують штучні органічні катіоніт, сульфовугілля, амберлайти, вофатіти.

Якщо катіоніти перебуває в Н⁺ формі, то обмін катіонів відбувається за реакцією:

Ме⁺ +Н [К] = Me [К] + Н⁺ (14)

Якщо у формі – Na⁺, то

Ме⁺ + Na [К] = Me [К] + Na⁺, (15)

де: [К] - катоніти,

Ме⁺ - катіон металу розчину СВ.

Регенерація насиченого катіоніта досягається обробкою його розчином мінеральної кислоти (5 - 15 % мас.) і протікає за рівнянням:

2Me [К] + H₂SO₄ 2H [K] + Me₂ SO₄, (16)

або розчином повареної солі (5 - 15 % мас):

Me[К] + NaCl = Na [K] + MeCl, (17)

Аніонірування

Аніоніти являють собою штучні смоли, одержувані полімеризацією органічних сполук - фенилендиамін, сечовина, меланін.

Слабоосновні аніони обмінюють аніони сильних кислот (SO 4-₄^{- -}, Cl^-, NO 3-₃^-, PO 4-₄ ^{- -}) і не здатні обмінювати аніони слабких мінеральних кислот (CO 3-₃ ^{- -}, Si 2-₂^{- -}).

Аніонірування протікає за рівнянням:

2[A]OH + H₂SO₄ [A]₂SO₄ + 2H₂O, (18)

де [A] - аніоніти.

Фільтри зі змішаним шаром іонітів

Повне знесолення води можливо при послідовному фільтруванні через три щаблі:

• перший щабель - Н - катіонірування, при цьому з води віддаляються іони металів, а вода збагачується кислотами;

• другий щабель - ВІН - аніонірування на слабоосновні аніоніті, при цьому з води віддаляються сильні кислоти й вода нейтралізується;

• третій щабель - ВІН - аніонірування на сильноосновном аніоніті для видалення іонів слабких кислот.

5.6. Очищення св методом електрохімічного окислювання

В електролізаторах протікають процеси: окислювання на аноді, електрокоагуляція, електрофорез колоїдних часток, електрофлотація (мал.5).

Електрохімічне окислювання ціанідів протікає по реакціях:

CN ^- + 2ОН ^{- 4-}2е → CNО ^- + Н₂О, (19)

CNO ^- +2Н₂0 → NH₄^- + СО₃ ^{- -}, (20)

Тривалість обробки розчину, що містить 200 мг/л ціанідів, при щільності струму 10 А/м² . використанні графітного анода становить - 3,5 години. Комплексні ціаніди руйнуються повністю. Витрата електроенергії 0,007 - 0,01 квт-ч /г ціанід.

Cl₂

O₂

B

CB

B

H₂+

+

H⁺

OH ^-

5

4

2

1

3

Na⁺

Cl ^-

Умовні позначення:

1 - корпус електродіалізатора;

2 - анод;

3 - анодна діафрагма;

4 - катодна діафрагма;

5 - катод.

Рисунок 5 - Схема електродіаліза

Ціанід - іони піддаються гідролізу. Присутні в стічних водах роданіди руйнуються:

СNS⁺ + 10 OH ^- - 8e CNO ^- + SO₄^{- -} + 5H₂O, (21)

Одночасно руйнуються втримуються у СВ феноли. Матеріал катода - нержавіюча сталь, анода - платина, графить, вуглецева сталь, нікель, магнезит.

Крім очищення стічних вод становлять інтерес наступні напрямки зниження споживання природної прісної води:

• розробка інноваційних технологічних процесів, що дозволяють знизити водоспоживання природної прісної води, і відповідно, скидання стічних вод;

• розробка замкнутих водооборотних циклів з комплексом очисних споруд, що дозволяють знизити до мінімуму водоспоживання;

• використання очищених стічних вод для зрошення сільськогосподарських культур;

• використання для охолодження матеріальних технологічних потоків холодильників-конденсаторів повітряного охолодження.

Якість річкової води надасться в додатку А.

Вимоги, пропоновані до якості господарсько-питної води, дані в додатку В.

Вихідні дані для розрахунків по варіантах дані в додатку С.