ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Ионообменное равновесие, кингтика и динамика ионного обмена из "Очистка и использование сточных вод в промышленном водоснабжении" Обессоливание и умягчение очищенных сточных вод позволяет многократно использовать нх в качестве технической воды в большинстве технологических и теплообменных процессов н энергетике. Наряду с сокращением потребления свежей пресной воды предприятием при этом создается реальная возможность организации замкнутого цикла промышленного водоснабжения, исключающего сброс сточных вод в водоемы и полностью отвечающего требованиям экологической безопасности. Применение ионного обмена для этих целей требует, однако, изменения технологии регенерации ионообменных смол, так как на обычных ионообменных установках количество солей (а также кнслот и щелочей), сбрасываемых в отходы с отработанными реагентами и промывными водами, по крайней мере, в три раза превышает количество солей, извлеченных при ее обессоливании. [c.214] Очевидно, что ионообменная технология деминерализации воды может стать безотходной лишь при условии экономически целесообразной утилизации всех отработанных растворов и загрязненных промывных вод. Решение этой задачи треб ет, прежде всего, применения таких реагентов для регенерации ионитов, которые в итоге вытеснения из смолы поглощенных ею ионов превращаются в ценные для народного хозяйства продукты. Такими продуктами могут быть нитрат кальция, сульфат аммония, фосфаты, т. е. минеральные удобрения, сульфат натрия, находящий довольно широкое применение в стекольной, целлюлозно-бумажной, химической промышленности, чистый хлорид натрия, пригодный для производства хлора и щелочи, и ряд других солей. Непременным условием при этом, однако, является достаточная чистота продукта и возможность получения его в товарной форме (гранулы для удобрений, сухие соли либо насыщенные растворы, например хлорида натрия, направляемого на электролиз). [c.214] Все это заставляет рекомендовать в установках для умягчения и обессоливания сточных вод сз льфокатионит КУ-2 (или его макропористый вариант). [c.215] Выбор анионитов для систем безотходной деминерализации сточных вод более ограничен. Анионообменные смолы должны регенерироваться как сильными щелочами, так и растворами слабых оснований, в частности, водным раствором аммиака или карбоната аммония. В последнем случае возможна утилизация вытесненных из анионита анионов в виде аммонийных солей — азотных удобрений. К тому же применение слабоосновных анионитов позволяет значительно сократить расход обессоленной воды на собственные нужды установки (т. е. на приготовление регенерационных растворов и отмывку ионита после регенерации). [c.215] При обессоливании сточных вод, предварительно очищенных от органических загрязнений, часто необходимая степень такой очистки диктуется не столько требованиями к качеству технической воды (например, в целлюлозно-бумажной промышленности), сколько необходимостью предохранить ионообменные смолы от отравления. Применение в системах обессоливания сточных вод слабоосновных смол, относительно мало чувствительных к присутствию небольших количеств органических веществ в воде, позволяет ограничиваться в- ряде случаев менее глубокой очисткой сточных вод перед обессоливанием, чем при использовании крайне чувствительных к отравлению смол АВ-17 и ЭДЭ-ЮП. [c.215] Наиболее эффективно в ОН-фильтрах установок для безотходного обессоливания сточных вод использование поликонден-сационной смолы АН-31 и полимеризационной смолы АН-22, поскольку эти аниониты обладают наряду с химической и термической устойчивостью и достаточно высокой обменной емкостью. [c.215] Химическая устойчивость анионитов позволяет применять для регенерации этих смол концентрированные растворы аммиака и щелочей, а, следовательно, уменьшить затраты на выпаривание воды при получении из отработанных растворов твердых продуктов. Термическая устойчивость ионитов делает возможным резкое сокращение расхода промывных вод, поскольку повышается их температура. В отдельных случаях при получении технической воды из сточных вод необходимо помимо обессоливания ее обескремнивание. Процесс этот требует применения сильноосновного анионита на заключительной стадии ионообменной подготовки воды. Однако, поскольку содержание кремнекислоты в сточных водах обычно невелико, регенерация фильтра со смолой АВ-17 производится относительно редко. Поэтому существенных затруднений сброс отработанных растворов в систему общезаводской канализации не вызывает и не препятствует организации замкнутого цикла водоснабжения в масштабе всего предприятия. [c.215] Случаи обмена одновалентных ионов на трехвалентные в практике ионообменной очистки сточных вод встречаются редко, так как регенерация ионообменных смол, насыщенных трех-валентпымн нонами, требует очень большого избытка регенерирующего реагента. [c.217] Легко видеть, что ири Кц= изотерма ионного обмена лн-неина [ и =У. При / ,/ 1 изотерма ионного обмена выпуклая, прп /С 1 изотерма ионообменного равновесия вогнута при Кц— -оо выпуклая изотерма превращается практически в прямоугольную. [c.217] Велнчнны безразмерных концентрационных констант обмена катионов На+ и К на иоаы Н+ прн декатионировании воды на Н -фильтрах, загруженных смолой КУ-2, равны 1,2 и 1,5 соответственно безразмерная константа обмена анионов С1 на ОН -смоле АВ-17 равна 2,0, т. е. значения констант обмена равновалентных ионов на сильно диссоциированных ионообменных смолах невелики. Поэтому избирательность обмена на сильнокислотном катионите также невелика и существенно проявляется лишь при обмене ионов различной валентности. [c.217] Следует отметить, что хотя переход от разбавленных растворов к концентрированным при ионном обмене должен привести к внутридиффузионному процессу и при регенерации ионитов следовало бы ожидать независимости скорости процесса от скорости фильтрования раствора. Однако опыт показывает, что некоторое влияние скорости фильтрования на регенерацию катионита остается даже при применении 4—6 и растворов кислот и щелочей. [c.218] Приближенное уравнение внешнедиффузионной кинетики ионного обмена задается уравнением ( -31). При формулировке теоретической модели внутридиффузионной кинетики ионного обмена необходимо задаваться соотношениями для плотностей диффузионных потоков ионов. С учетом условий электронейтральности и отсутствия электрического тока такое соотношение может быть задано в виде первого закона Фика [14]. При этом коэффициент пропорциональности, являющийся коэффициентом взаимодиффузии ионов, зависит от коэффициентов диффузии ионов, концентраций ионов и их зарядов. Это существенно усложняет моделирование внутридиффузионных процессов ионного обмена. Поэтому обычно при исследовании таких процессов используют приближенное уравнение Глюкауфа (У-32). [c.218] Динамика ионного обмена. При формулировке теоретической модели динамики ионного обмена, как и в случае динамики адсорбции растворенных веществ, необходимо задаваться уравнениями материального баланса, кинетики и изотермы ионногО обмена. [c.218] Уравнения динамики ионного обмена на основных стадиях ионообменного цикла рассмотрены в монографии [15], где показано, что для кинетики обмена при деионизации воды на раздельных слоях катионита и анионита характерен внешнедиффу-зионный механизм массообмена, а для кинетики при регенерации колонны — внутридиффузионный. [c.219] В общем случае для решения системы уравнений (УП1-7) — (Vni-11) необходимо привлекать численные методы расчета с использованием ЭВМ. В частном случае линейной изотермы ионного обмена стадию сорбции можно рассчитывать по соотношению (V-35), а также по рис. V-7. При выпуклой изотерме обмена, эквивалентной изотерме Лэнгмюра (Vni-5), образуется стационарный фронт сорбции, и процесс обмена можно рассчитывать по соотношению типа (V-36). [c.219] Следует признать, что в настоящее время отсутствует надежное обобщение данных в виде критериальных уравнений по коэффициенту массоотдачи при обмене нонов. [c.219] Методы расчета динамики обмена смесей в плотном слое с использованием ЭВМ рассмотрены в монографиях [12, 13]. В практических расчетах процесс обмена смесей часто сводят к задаче о проскоке наименее сорбируемого иона в фильтрат. Смесь ионов, извлекаемых из воды, распределяется вдоль колонны таким образом, что первым движется фронт сорбции наименее слабо сорбирующегося иона и этот ион проходит в фильтрат до того, как начнут проходить в фильтрат остальные компоненты смеси. При обессоливании сточных вод ионообменный фильтр отключают на регенерацию уже после проскока первого иона (Na+ через Н+-катионитовый фильтр или С1 через ОН -анионитовый фильтр). Динамика обмена при этом приближенно может быть рассчитана как динамика обмена противоионов смолы на ионы Na+ (или С1 ). [c.219] Вернуться к основной статье