25 Основы процесса ионообменной очистки сточных вод и факторы, влияющие на ее эффективность

Ионообменная очистка применяется для извлечения из сточных вод тяж-х металлов (цинка, меди, хрома, никеля, свинца, ртути, кадмия, ванадия, марганца), а также соединений мышьяка, фосфора, цианистых соединений и радиоактивных в-в. Метод позволяет рекуперировать ценные в-ва при высокой степени очистки воды.

Ионный обмен представляет процесс взаимодействия раствора с твердой фазой, обладающей св-ми обменивать ионы, содержащиеся в ней, на другие ионы, присутствующие в растворе.

В-ва, составляющие эту твердую фазу, называются ионитами. Они практически не растворимы в воде. Те из них, которые способны поглощать из растворов лектролитов положительные ионы, являют сякатионитами, поглощать отрицательные ионы – анионитами. Иониты могут иметь кислотный, основный или амфоторный характер.

Иониты бывают неорганические и органические. К неорганическим природным относятся цеолиты, глинистые минералы, полевые шпаты, различные слюды. К неорганическим синтетическим отн-ся силикагели, труднорастворимые оксиды и гидроксиды некоторых металлов (алюминия, хрома, циркония). Органические природные иониты – это гуминовые кислоты почв и углей. К органическим искусственным ионитам относятся ионообменные смолы с развитой поверхностью.

Основы процесса ионного обмена

Ионный обмен происходит в эквивалентных отношениях и является чаще всего обратимым. Реакции ионного обмена протекают вследствие разности хим-х потенциалов обменивающихся ионов. В общем виде эти реакции можно представить как:

mA+RmB mRA+B

Реакция ионного обмена протекает следующим образом:

- при контакте с катионитом

RSO3H+NaCl RSO3Na+HCl

- при контакте с анионитом

ROH+NaCl RСl+NaOH

Реакция идет до установления ионообменного равновесия. Скорость установления равновесия зависит от внешних и внутренних факторов:

1)гидродинамического режима жидкости;

2)концентрации обменивающихся ионов;

3)структуры зерен ионита;

4)его проницаемости для ионов.

Применяя иониты можно умягчать жесткую воду или опреснять засоленную воду.

26 Механизмы и основные стадии коагуляционной и флокуляционной очистки сточных вод

Коагуляция представляет процесс укрупнения дисперсных ч-ц за счет их взаимодействия и объединения в агрегаты.

Коагуляция может происходить самопроизвольно или под влиянием хим-х и физ-х процессов. В процессе очистки сточных вод коагуляция происходит под влиянием добавляемых к ним спец-х в-в – коагулянтов.

Скорость осаждения ч-ц будет возрастать с увел-ем размера ч-ц. Для ускорения отстаивания испол-т коагуляцию ч-ц, т.е. укруп-е их с помощью вводимых в суспензию коагулянтов, в результате чего под действием молекулярных сил сцепления происходит слипание мелких ч-ц в крупные конгломераты.

В качестве коагулянтов часто испол-т полиакриламид (ПАА), бентонит, электролиты, соли металлов, таких как сульфат алюминия; алюминат натрия

Применяют также и железосодержащие коагулянты, такие как сульфаты двух- и трехвалентного железа.

Выбор коагулянта зависит от его состава, физико-химических свойств и стоимости, концентр-и примесей в воде, от рН и солевого состава воды.

Коагуляция наиболее эфф-на для удаления из воды коллоидно-дисперсных ч-ц, т.е. ч-ц размером 1-100 мкм.

Процесс коагуляции включ-т хим-е стадии - растворение и гидролиз, и стадии физико-химических взаимодей­ствий.

С позиций техно­логии очистки сточных вод, важно учитывать особенности молекулярно-кинетической, градиентной и гравитационной стадий.

Молекулярно-кинетическая стадия коагуляции практически совпа­дает с периодом распределения раствора коагулянта в объеме смесителя.

Стадия градиентной коагуляции происходит в процессе более медленного и продолжительного перемешивания, осуществляемого в каме­рах хлопьеобразования.

Гравитационная стадия коагуляция наблюдается в процессах отде­ления формирующихся хлопьев при отстаивании, флотации и др.

Т.о., в процессе коагулирования и последующего отде­ления осадков могут быть удалены не только взвеш-е в-ва, но и орган-е коллоидные загрязн-я, некоторые растворенные загрязн-я, в том числе обладающие поверхно­стно-активными св-ми, соединения фосфора, соли тяж-х металлов и т.д.

Скорость коагуляции зависит от : концен-и электролита. По мере роста концентр-и скорость коагуляции увелич-ся; от формы ч-ц.

Самыми распространенными приемами коагулирования явл-ся непрерывное, непрерывное с возвратом части осадка, раздельное, периодическое и дробное.

Флокуляция – это процесс агрегации взвеш-х ч-ц при добавлении в сточную воду высокомолекулярных соединений, называемых флокулянтами. В отличие от коагуляции при флокуляции агрегация происходит не только при непосредственном контакте ч-ц, но и в результате взаимодействия молекул адсорбированного на ч-х флокулянта. Флокуляцию проводят для интенсификации процесса образования хлопьев гидроксидов алюминия и железа с целью повышения скорости их осаждения. Использование флокулянтов позволяет снизить дозы коагулянтов, уменьшить продолж-ть процесса коагуляции и повысить скорость осаждения образующихся хлопьев.

Механизм действия флокулянтов закл-ся в образовании ими с дисперсными ч-цами структур, способных к более быстро­му формированию флокул, обладающих хорошими седиментационными свойствами

Флокулянты могут быть как неорганическими, так и органическими вещ-ми. Широко прим-ся высокомолекулярные соединения (ВМС).

Для очистки сточных вод используют природные и синтетические флокулянты. К природным флокулянтам относятся крахмал, декстрии, эфиры, целлюлозы и др. Активный диоксид кремния является распространенным неорганическим флокулянтом. Из синтетических органических флокулянтов наибольшее применение получил полиакриламид (ПАА). При выборе состава и дозы флокулянта учитывают св-ва его макромолекул и природу дисперсионных частиц.

Процесс очистки сточных вод коагуляцией и флокуляцией состоит из стадий:

1) дозирование;

2) смешение реагентов со сточной водой;

3) хлопьеобразование;

4) осаждение хлопьев.