15. Адсорбционные методы очистки сточных вод. Очистка сточных вод на ионитах.

Адсорбционные методы широко применяют для глубокой очистки СВ от растворенных органических веществ после биохимической очистки, а также в локальных установках, если концентрация этих веществ в воде невелика и они биологически не разлагаются или являются сильнотоксичными. Адсорбцию используют для обезвреживания СВ от фенолов, гербицидов, пестицидов, ароматических нитросоединений, ПАВ, красителей и др. Адсорбционная очистка вод может быть регенеративной, т.е. с извлечением вещества из адсорбента и его утилизацией, и деструктивной, при которой извлеченные из сточных вод вещества уничтожаются вместе с адсорбентом. Адсорбенты. В качестве сорбентов используют активные угли, синтетические сорбенты и некоторые отходы производства (золу, шлаки, опилки и др.). Минеральные сорбенты – глины, силикагели, алюмогели и гидроксиды металлов для адсорбции различных веществ из СВ используют мало, так как энергия взаимодействия их с молекулами воды велика — иногда превышает энергию адсорбции. Наиболее универсальными из адсорбентов являются активные угли, однако они должны обладать определенными свойствам: должны слабо взаимодействовать с молекулами воды и хорошо с органическими веществами, быть относительно крупнопористыми (с эффективным радиусом адсорбционных пор в пределах 0,8-5,0 нм ), чтобы их поверхность была доступна для больших и сложных органических молекул. В процессе очистки используют мелкозернистые адсорбенты с частицами размером 0,25-0,5 мм и высокодисперсные угли с частицами размером менее 40 мкм

О сновы процесса адсорбции. Скорость процесса адсорбции зависит от концентрации, природы и структуры растворенных веществ, температуры воды, вида и свойств адсорбента. В общем случае процесс адсорбции складывается из трех стадий: переноса вещества из СВ к поверхности зерен адсорбента (внешнедиффузионная область), собственно адсорбционный процесс, перенос вещества внутри зерен адсорбента (внутридиффузионная область). Адсорбционные установки. Процесс адсорбционной очистки сточной воды ведут при интенсивном перемешивании адсорбента с водой, при фильтровании воды через слой адсорбента или в псевдоожиженном слое на установках периодического и непрерывного действия. При смешивании адсорбента с водой используют активный уголь в виде частиц 0,1 мм и меньше. Процесс проводят в одну или несколько ступеней.схема абсорбционной установки непрерывного действия: 1 – усреднитель; 2 – насос; 3 — фильтр; 4-6 – колонны; 7 – емкость.Регенерация адсорбента. Адсорбированные вещества из угля извлекают десорбцией насыщенным или перегретым водяным паром либо нагретым инертным газом. экстракция (жидкофазная десорбция) органическими низкокипящими и легко перегоняющимися с водяным паром растворителями.

Ионообменная очистка применяется для извлечения из СВ металлов (цинка, меди, хрома, никеля, свинца, ртути, кадмия, ланадия, марганца и др.), а также соединений мышьяка, фосфора, цианистых соединений и радиоактивных веществ. Метод позволяет рекуперировать ценные вещества при высокой степени очистки воды. Сущность Ионный обмен представляет собой процесс взаимодействия раствора с твердой фазой, обладающей свойствами обменивать ионы, содержащиеся в ней, на другие ионы, присутствующие в растворе. Вещества, составляющие эту твердую фазу, носят название ионитов. Они практически не растворимы в воде

Природные и синтетические иониты. Иониты (катиониты и аниониты) бывают неорганические (минеральные) и органические. К неорганическим природным ионитам относятся цеолиты, глинистые минералы, полевые шпаты, различные слюды и др. Катионообменные свойства их обусловлены содержанием алюмосиликатов. Ионообменными свойствами обладает также фторапатит и гидроксидапатит. К неорганическим синтетическим ионитам относятся силикагели, пермутиты, труднорастворимые оксиды и гидроксиды некоторых металлов (алюминия, хрома, циркония и др.). Катионообменные свойства, например силикагеля, обусловлены обменом ионов водорода гидроксидных групп на катионы металлов, проявляющиеся в щелочной среде. Катионообменными свойствами обладают и пермутиты, получаемые сплавлением соединений, содержащих алюминий и кремний. Органические природные иониты — это гуминовые кислоты почв и углей. RSO₃H. Здесь R – матрица, Н – противоион, SO₃ – анкерный ион. Иониты получают методом сополимеризации или сополиконденсации с последующим сшиванием образующихся цепей. В зависимости от степени диссоциации Катионообменные смолы бывают сильно- и слабокислотные, а анионообменные – сильно- и слабоосновные. К сильнокислотным относят катиониты, содержащие сульфогруппы (SO₃H) или фосфорнокислые группы [РО(ОН)₂]. К слабокислотным – карбоксильные (СООН) и фенольные (С₀Н₅ОН) группы. Сильноосновные иониты содержат четвертичные аммониевые основания (R₃NOH), слабоосновные – аминогруппы различной степени замещения (—NH₂; =NH; =N).Основы процесса ионного обмена. Реакция ионного обмена протекает следующим образом: при контакте с катионитом: RSO₃H+NaCl → RSO₃Na+HCl,

при контакте с анионитом ROH + NaCl → RCl+NaOH.

Ионный обмен происходит в эквивалентных oтношениях и в большинстве случаев является обратимым. Реакции ионного обмена протекают вследствие разности химических потенциала обменивающихся ионов.

Регенерация ионитов. Катиониты регенерируют 2-8%-ми растворами кислот. При этом они переходят в Н-форму. Отработанные аниониты регенерируют 2-6%-ми растворами щелочи. Аниониты при этом переходят в ОН-форму. Схемы ионообменных установок. Процессы ионообменной очистки сточных вод проводят на установках периодического и непрерывного действия. Первые состоят из аппаратов (фильтров или колонн) периодического действия, насосов, емкостей и контрольно-измерительных приборов. Режим работы периодической установки сводится к следующему. Сточная вода поступает внутрь аппарата, проходит слой ионита и выходит через распределитель. Далее подают промывную воду, а затем регенерирующий раствор. Таким образом, цикл работы аппарата состоит из следующих стадий: 1) ионообмен; 2) отмывка ионита от механических примесей; 3) регенерация ионита; 4) отмывка ионита от регенерирующего раствора. Колонны непрерывного действия могут работать как с движущимся слоем смолы, так и с кипящим слоем. Установки непрерывного действия содержат несколько ионообменных аппаратов с катионитом и анионитом.