6 7 Ионный обмен.ppt

поверхностью твердой фазы.
Реагент, применяемый при этом (твердая фаза), называют ионитом.
Методом

ионного обмена извлекают и утилизируют ценные примеси (соединения мышьяка, фосфора, а также хром, цинк, свинец, медь, ртуть, и другие металлы), ПАВ и радиоактивные вещества. Этот метод позволяет очищать природные и сточные воды до ПДК.

имеют неорганические природные и искусственные алюмосиликаты, гидроокиси и соли многовалентных

металлов. Также применяют иониты, полученные химической обработкой угля, целлюлозы и лигнина. Ведущая роль принадлежит синтетическим органическим ионитам - ионообменным смолам.

аниониты, содержащие четвертичные аммониевые основания (NH4OH);
слабокислотные катиониты, содержащие карбоксильные (СООН) и

фенольные (СбН5ОН) группы, диссоциирующие при рН > 7;
слабоосновные аниониты содержащие первичные (NH2) и вторичные (NH) аминогруппы, диссоциирующие при рН < 7;
иониты смешанного типа, проявляющие свойства смеси сильных и слабых кислот или оснований.

ионов, которое может поглотить 1 м3 ионита до полного насыщения;
рабочая

емкость ионита - количество находящихся в сточной воде грамм-эквивалентов ионов, которое может поглотить 1 м3 ионита до начала проскока в фильтрат поглощаемых ионов.

сточной воде; [К] - сложный комплекс катионита.
Условия осуществления ионного

обмена зависят от активности катионита. Сильнокислотные катиониты позволяют извлекать ионы при любых значениях рН, а слабокислотные - при рН > 7.

кислот, а для восстановления Nа-катионитов - растворы хлористого натрия. Регенерация

происходит в соответствии со следующими схемами:

Поэтому большое значение для очистки этих вод имеет селективность поглощения

ионов. Для каждого вида катионита существует ряд катионов по энергии вытеснения. Например, для катионита КУ-2 этот ряд представляет следующее:

кислот, на пример

[А] - сложный органический комплекс анионита
Для большинства

анионитов ряд поглощающей способности выглядит следующим образом:

÷ 6%-ных водных растворов NaOH, Na2CО3 или NH4OH. К примеру,

при использовании раствора гидроксида натрия восстановление ионита будет происходить по схеме

аппаратам периодического действия относятся фильтры. Они представляют собой закрытый цилиндрический

резервуар с расположенным у днища щелевым дренажным устройством, предназначенным для равномерного отведения воды по всему сечению фильтра. Высота слоя ионита в этих сооружениях составляет 1,5 ÷ 3,0 м.
Ионообменные фильтры могут работать:
- по параллельноточной схеме, т.е. вода и регенерирующий раствор подаются сверху;
- по противоточной схеме, т.е. вода подается снизу, а регенерирующий раствор - сверху.

веществ. Поэтому перед подачей обрабатываемой воды на ионообменную установку следует

обеспечить максимальное удаление этих веществ.
Природные и сточные воды, поступающие на ионообменные фильтры, должны удовлетворять следующим требованиям:
- содержание солей - не более 3000 мг/л;
- содержание взвешенных веществ - не более 8 мг/л;
величина ХПК - не более 8 мг/л.
Для воды, содержащей взвешенные вещества в количествах, превышающих 8 мг/л, применяют ионообменные колонны (фильтры) с псевдоожиженным слоем ионита.
При больших расходах воды применяют ионообменные аппараты непрерывного действия.

и 3 - устройства для транспортирования и отбора ионита; 4

- трубопровод подачи очищаемой воды; 5 - регулятор скорости потока воды в регенераторе; 6 - трубопровод подачи регенерирующего раствора; 7 - внутренний корпус для регенерации ионита; 8 - трубопровод выпуска послерегенерационного раствора; 9 - ионообменная колонна; 10 - воронка для приема отработанного ионита; 11 - трубопровод выпуска очищенной воды

- суммарная концентрация катионов в очищаемой

сточной воде, г-экв/м3;
- допустимая суммарная концентрация катионов в очищенной воде (глубина очистки), г-экв/м3; nрг - число
регенераций каждого фильтра в сутки, nрг ≤ 2; - рабочая обменная емкость катионита по наименее сорбируемому катиону, г-экв/м3.

- высота слоя катионита, м.
Количество фильтров и высота слоя ионита

определяются исходя из условий размещения их в помещении станции.
Потери напора в катионитовых фильтрах зависят от скорости фильтрования, высоты слоя загрузки и размера зерен ионита. Регенерация этих фильтров производится 7 ÷ 10%-ными растворами серной или соляной кислот. Последующая отмывка ионита осуществляется ионированной водой.

катионита - 2 ÷ 3 м;
Потери напора в катионитовых фильтрах

- 4 ÷ 10 м;
Скорость протока регенерационных растворов - не более 2 м/ч;
Скоростью протока ионированной воды при отмывке ионита после регенерации - 6 ÷ 8 м/ч;
Удельный расход ионированной воды - 2,5 ÷ 3,0 м3 на 1 м3 загрузки фильтра.

концентрация анионов в обрабатываемой воде, г-экв/м3;

- допустимая суммарная концентрация анионов в очищенной сточной воде, г-экв/м3; - рабочая обменная емкость анионита,г-экв/м3.

Площадь фильтров

t - продолжительность работы каждого фильтра между регенерациями, ч.

м3/ч; vопт - оптимальная скорость фильтрования через псевдоожиженный слой ионита,

м3/(м2⋅ч).

Требуемое количество воздушно-сухого ионита

Сн - исходная концентрация ионов одного знака в очищаемой сточной воде, кг-экв/м3; Ск - концентрация ионов одного знака в очищенной сточной воде, кг-экв/м3; Ед - динамическая обменная емкость ионита, кг-экв/т.

колонны между двумя регенерациями, ч.
Объем загрузки ионообменных колонн до образования

псевдоожиженного слоя ионита

ρн - насыпная плотность ионита, т/м3.

Высота набухшего слоя ионита до псевдоожижения составит

Высота псевдоожиженного слоя ионита

Число колонн

Dк - диаметр ионообменной

колонны, м.