6.5.2.Понятие о регенерации ионитов.

Характерной особенностью ионитов является их обратимость, т.е. возможность восстановления их обменной емкости после насыщения, что достигается проведением реакции точного обмена в обратном направлении. Этот процесс носит название регенерации. Регенерационные растворы называют элюитами. 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 Nа - форму).

Отработанные аниониты регенерируют 2-6% растворами щелочи (NaOH, NH₄OH) или 2-4% раствором Na₂CO₃ . Полученные элюаты нейтрализуют, обрабатывают с целью выделения ценных продуктов, или непосредственно используют в производстве. Примером последнего может служить разработанный в «МАТИ» - РГТУ им. К.Э.Циолковского на кафедре «Промышленная экология и безопасность производства» способ регенерации сильноосновных анионитов (типа АВ-17х8), насыщенных ионами шестивалентного хрома 0,2-5 н. 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:

(RN₃)₂Cr₂O₇ + Н₂SO₄  (RN₃)₂ SO₄ + H₂Cr₂O₇ ( 6.0)

Как известно, стандартный состав ванн блестящего хромирования включает 250-350 г/л CrО₃ и 2,5 г. H₂SO₄ . Исходя из этого, полученный регенерационный раствор (элюат), содержащий Н₂Cr₂О₇ (т.е. продукты растворения CrO₃ в воде) и Н₂SO₄ может быть непосредственно направлен на корректировку ванн хромирования (т.е. создаются условия для создания безотходных гальванических производств).

Количественно степень регенерации (в %) может быть определена по формуле:

( 6.0)

где

_B - восстановленная обменная емкость,

_n - полная обменная емкость.

На степень регенерации влияет тип ионита, состав насыщенного слоя, природа, конценгтрация и расход регенерирующего вещества, температура, время контакта и расход реагентов.

Восстановление обменной емкости при регенерации обычно составляет 60-100%.

6.5.3. Технологические схемы ионообменной очистки сточных вод и установки для их реализации.

Различают ионообменные установки периодического и непрерывного действия. Установки периодического действия - это различные ионитные фильтры и колонны, а также устройства для перемещения жидкостей (насосы), емкости для их хранения и контрольно-измерительная аппаратура. На рис.6.19-6.21 представлены схемы различных ионитных фильтров типа ФИП.

Рис. 6.48. Фильтр ионитный параллельноточный первой ступени ФИПа-1, диаметр 1м; 1,2 - вход и выход обрабатываемой воды, 3,4 - вход и выход взрыхляющей воды, 5 - подвод регенерационного раствора, 6 - сброс воды и отработанного регенерационного раствора в канализацию, 7 - воздушник, 8 - штуцер для гидровыгрузки фильтрующего материала, А - корпус фильтра, Б - ионит,

В - нижнее отъемное днище, Г - ложное дно с дренажными колпачками,

ВРП - верхнее распредустройство, Д - лаз.

Рис. 6.49. Фильтр ионитный параллельноточный 1 и 2 ФИПа, диаметр 2-3,4 м, высота слоя ФИПа 1 2,5 м,ФИПа 2 1,5 м; 1-6 - задвижки, 7 - штуцер для гидрозагрузки фильтрующего материала, 8 - штуцер для гидровыгрузки материала, 9 - воздушник. А - корпус, Б - ионит, В - нижнее днище,

Г - нижний дренаж (копирующий), Д - верхнее распредустройство, Е - лаз.

Рис. 6.50.Фильтр ионитный противоточный ФИПр:

1 - подвод обрабатываемой воды, 2 - отвод обработанной воды, 3 - подвод регенерационного раствора, 4 - сброс отработанного регенерационного раствора, 5 - подвод воды для предварительной отмывки, 6 - сброс отмывочной воды после предварительной отмывки, 7 - подвод воды для окончательной отмывки, 8 - сброс воды после окончательной отмывки, 9 - подвод воды для взрыхления верхнего слоя, 10 - сброс воды после взрыхления верхнего слоя, 11 - подвод воды для взрыхления всего фильтрующего материала, 12 - сброс воды после взрыхления всего фильтрующего материала, 13 - сброс первого фильтрата, 14,15 - штуцера для гидрозагрузки и гидровыгрузки фильтрующего материала, А - корпус, Б - ионит, В - нижнее днище, Г - нижнее (копирующее) дренажное распредустройство, ВРП - верхнее распредустройство, Е - лаз, Ж - промежуточное (поверхностное) дренажно-распределительное устройство.

По обмениваемому иону фильтры делят на катионитные, анионитные и фильтры смешанного действия, по технологическому применению - на фильтры различных ступеней - первая, вторая и т.д. Кроме того, по способу проведения регенерации различают параллельно-точную, противоточную и ступенчатую регенерацию, схемы которых представлены на рис.6.22 - 6.24.

Рис. 6.51. Схема параллельно-точной регенерации. а - работа, б - регенерация,

1 - вход обрабатываемой воды, 2 - фильтрат, 3 - вход регенерационного раствора,

4 - выход регенерационного раствора.

Рис. 6.52. Схема противоточной регенерации а - работа, б - регенерация

1 - вход обрабатываемой воды, 2 - фильтрат, 3 - вход регенерационного раствора,

4 - выход регенерационного раствора.

Рис. 6.53. Схема ступенчатой регенерации а - работа, б - регенерация 1,2 - фильтры 1-ой и 2 - ой ступеней, 3 - вход обрабатываемой воды, 4 - фильтрат, 5 - вход регенерационного раствора,

6 - выход регенерационного раствора.

Цикл работы периодических установок включает: ионный обмен, взрыхление слоя ионита, регенерацию ионита и его отмывки от регенерирующего раствора.

Установки для непрерывного ионообмена обладают более высокой производительностью, м рассмотренные выше, они более компактны и экономичны как по расходам реагентов, так и по энергозатратам.

Методика расчета требуемого количества ионнообменных установок для очистки сточных вод представлена в монографии С.В.Яковлева с соавт. «Очистка производственных сточных вод». М. «Стройиздат»,1985.

Достаточно часто ионообменная очистка применяется для выделения из сточных вод гальванических цехов и участков, а также травильных отделений соединений тяжелых металлов, хрома и других токсичных веществ.

Используют три основных варианта технологической схемы:

1. Очистка сточных вод, образующихся в отдельных технологических процессах (цинкование, хромирование, меднение и т.п.).

2. Очистка общего стока цеха или участка химической и электрохимической обработки металлов.

3. Очистка сточных вод после их предварительного обезвреживания с целью удаления из них минеральных солей.

Наиболее перспективен с технико-экономической точки зрения первый вариант очистки, который позволяет возвратить в производство концентрированные растворы, образующиеся при регенерации ионитов и содержащихся различные химические соединения. Следует указать, что ионообменный метод применим, в основном, для очистки сточных вод с общим солесодержанием до 2-3 г/л.

В качестве примера рассмотрим схему очистки сточных вод гальванического цеха ВАЗа, которая представлена на рис.6.25.

Производительность установки составляет 500 м³/ч. На указанной установке очищаются промывные сточные воды с возвратом их в производство, а также нейтрализуются и очищаются элюаты от ионообменных фильтров и отработанные электролиты.

Вначале промывные сточные воды попадают в отстойник 1, в котором отделяются растворители, плотность которых, меньше плотности воды. Проходя через гривийно-песчаный фильтр 4, вода очищается от механических (нерастворимых) примесей. После этого вода пропускается через катионитный 5 и анионитные 6,7 фильтры, в которых освобождается от ионов тяжелых металлов, а также синильной, серной, соляной и хромовых кислот. Доочистка воды проводится на селективных ионообменниках 12, после чего очищенная вода возвращается в гальванический цех.

Рис. 6.54. Схема очистки сточных вод гальванического цеха ВАЗа.

Потоки: 1 - промывная вода на очистку, II - 10%-ный раствор НСL на регенерацию катионитного фильтра, III - раствор гидроксида натрия, IV - очищенные сточные воды в гальванический цех на повторное использование, V - электролиты и элюаты, VI - бисульфит натрия, VII - жидкий хлор,