Розробка вторинного відстійника стічних вод на стадії фізико-хімічної очистки другої черги цеху

У разі жидкофазной десорбції  використовують різні органічні  розчинники,  які потім відганяють гострою водяною парою або  інертними розчинниками.  При  хімічній  регенерації  органічні сполуки видаляють промиванням адсорьату розчинами кислот або лугів.

У будь-якому випадку  вибір варіанту регенерації має  бути обгрунтований і з економічної  точки зору, з обліком по можливості більшого терміну служби адсорбенту (Василенко, Никифоров., 2009).

Іоніти - це високомолекулярні  органічні речовини тривимірної  структури, практично нерозчинні у  воді і органічних розчинниках і  оборотно обмінюючі іони, які входять  до їх складу, на еквівалентну кількість  інших іонів з розчину однакового заряду.

Різноманіття властивостей цих полімерів,  їх  сприятливі  експлуатаційні характеристики забезпечують успішне застосування різних сорбентів для широкого діапазону наукових і практичних завдань -  від аналітичних розподілів і препаративных синтезів органічних речовин до витягування металів з руд і очищення природних і стічних вод. Іонний обмін ефективно може доповнювати,  а іноді і замінювати такі процеси, як дистиляція, адсорбція, фільтрація та ін.

До достоїнств іонітів  слід віднести також:

- селективність іонітів;

- можливість цілеспрямованого  синтезу;

- механічна, хімічна,  термічна і радіаційна  стійкість;

- висока обмінна здатність  і хороші регенераційні якості.

На сьогодні можна  виділити наступні основні сфери  застосування іонітів :

-  процеси опріснення,  знесолювання  води  і підготовки  її для технічних цілей;

-  очищення промислових  стічних вод з метою витягування  і концентрації цінних або  шкідливих (токсичних) компонентів,  а також знешкодження цих вод;

-  гідрометалургія  кольорових,  рідкісних,  розсіяних  і  радіоактивних елементів (очищення, розподіл, концентрація);

- хімічний аналіз, препаративная  хімія;

- радіохімія, органічний  синтез, хімія комплексних з'єднань, медицина, харчова промисловість;

- і інші сфери застосування.

Іонний обмін є одним  з широко використовуваних і перспективних фізико- хімічних методів рекуперацій. Здатність до іонного обміну визначається будовою іоніту, основу якої складає високомолекулярний каркас або так звана матриця, пов'язана валентними силами або силами грат.

Матриця несе на собі позитивний (аниониты) або негативний (катіоніти)  заряд,  який компенсується протилежним зарядом противоионов, що знаходяться у фазі іоніту.  Заряд матриці надають фіксовані (нерухомі)  іони,  які вводяться при синтезі. Противоионы же рухливі в каркасі іоніту і через це можуть замінюватися іншими іонами з розчину.

Кількість здатних до обміну противоионов визначає повну  обмінну місткість іоніту (ПОЕ). Остання  не залежить від типу противоиона,  є постійною характеристикою,  яка  обумовлена тільки умовами синтезу або щільністю заряду фіксованих груп з розрахунку на одиницю маси або об'єму іоніту.

Разом з ПОЕ до найважливіших  характеристик іонітів відноситься  статична обмінна місткість (СОЇ),  динамічна  обмінна місткість  або місткість іоніту до проскакування іонів у фільтрат (ДОЕ).

Окрім сорбційних показників іоніти характеризуються наступними властивостями:

- тип іоногенних груп  і структура елементарного осередку;

- інфрачервоні спектри;

- пористість, щільність  і набрякає;

- кислотно-основні властивості;

- гранулометричний склад;

-  стійкість в агресивних  умовах;

- кінетичні властивості.

Будь-яку систему,  що виникають при обробці розчинів іонітами, розглядають як гетерогенну  і, як правило, двофазну.

Одним з експериментальних  методів здійснення іонообмінного процесу є статичний метод. Основним принципом статичної методики дослідження є контакт іоніту з розчином електроліту до рівноважного стану системи. Відмінність від динамічного методу полягає в тому, що в  статиці немає спрямованого руху розчину через шар іоніту. Рівноважний  стан підкоряється тим же принциповим законам, що і рівновага в звичайних гетерогенних системах,  які включають  розчини  електролітів.

Обмін іонів в гетерогенній системі "іоніт-розчин"  включає  декілька що розділяються в часі і просторі послідовних стадій :

а) перенесення витісняючого іона із зовнішнього розчину до поверхні зерна іоніту;

б) подолання цим іоном  міжфазної межі розчин-іоніт;

в) дифузія іона у фазі іоніту від поверхні до функціональної групи;

г) власне акт обміну іонів - акт хімічної взаємодії;

д) зворотний процес по тих же стадіях для витисненого  іона.

Одночасно розглянути усі  стадії іонного обміну досить складно, тому зазвичай використовують кінетичний принцип лімітуючої стадії. Згідно з цим принципом швидкість багатостадійного процесу визначається найбільш повільною з послідовно протікаючих стадій.

В більшості випадків обміну малих іонів мінеральних  солей іонообмінний процес визначається стадією масопереносу в об'ємі  різних фаз. Відповідно до цього згідно Бойду можливі три типи дифузійних механізмів,  які визначають  швидкість обміну,:  внешнедиффузионный і внутрішньодифузійний,  коли  процес лімітується перенесенням іонів в розчині або у фазі іоніту, відповідно, а також смешаннодиффузионный, коли на швидкість обміну чинять вплив обидві стадії. [15]

Загальне число вітчизняних і зарубіжних марок іонітів дуже велике, вони розрізняються за технологією виготовлення, типом іоногенних груп, будовою полімерної основи і рядом інших показників.

Значну частину синтетичних іонітів випускають у вигляді гранул правильної сферичної форми, для чого процес полімеризації проводиться в крапельках емульсії мономера.  Сферичні частини іоніту менше піддаються стиранню, створюють менший гідравлічний опір в шарі завантаження, яке фільтрує, і забезпечують розподіл катіоніту і анионита у висхідному потоці води, що важливо при експлуатації іонітних фільтрів змішаної дії (ФСД).

Окрім синтетичних застосовують також природні іоніти (глауконитовый  пісок,  різні  глини  та ін.)  і  сульфоване вугілля (сульфоугли).  Особливе  положення  займають  электроноионообменники і редокс- іоніти - полімери, придатні для здійснення не лише іонообмінних, але і окислювально-відновних процесів, пов'язаних з віддачею або приєднанням електронів.

У нашій країні і за кордоном є величезна кількість іонітних установок, які виконують різноманітні функції,: уловлювання іонів металів, розподіл рідкоземельних елементів, очищення лікарських препаратів і харчових продуктів, каталіз хімічних реакцій, очищення газових викидів та ін.

Велика частина іонітів (приблизно 80%), які виробляються, використовується у водопідготовці для пом'якшення  і знесолювання води.

Незважаючи на широкий  спектр можливих напрямів використання іонітів, в основному в практиці переважають два. Перше - це іонообмінне пом'якшення і знесолювання води для технічних потреб виробництва, у тому числі для живлення парових котлів ТЕЦ.

Другий напрям -  це  обробка  стічних  вод  із застосуванням  іонітів. При цьому мається на увазі не очищення стічних вод  у прямому розумінні слова, а в більшості випадків - іонообмінне витягування, розподіл і концентрація як цінних,  так і шкідливих компонентів.

Існують свої особливості  технологічного застосування катіонітів і анионитов.

Промислові стічні води різних галузей завжди в тій чи іншій мірі забруднені солями важких і кольорових металів, з яких частіше є присутньої солі міді, цинку, кобальту, свинцю, ванадію,  кадмію,  молібдену, марганцю, залоза  і  інших. Витягування їх із стічних вод переслідує дві основних мети:  понизити  втрати цінних металів,  а також виключити токсичний вплив стоків на людей, тваринних, водних організмів і планктон.

Традиційне осадження  гідратів оксидів цих металів  не завжди дає необхідний захід очищення і має ряд недоліків :

- велика витрата осадительных реагентів;

- великі об'єми опадів, які обводнюють, які погано фільтруються  і відстоюються;

- розчинність багатьох  гідратів оксидів часто перевищує  ГДК їх у воді водоймища.

Таким чином,  використанням  іонітів  досягається  не лише глибоке  очищення стоків, але і повернення цінних металів у виробництво.

Остаточний вибір катіоніту  і технологічне оформлення процесу  визначається такими якостями сорбенту, як його місткість, термічна і механічна  стійкість, динамічні якості,  здатність  до регенерації,  вартість. Важливе  значення має селективність іоніту, тобто підвищену спорідненість по відношенню до конкретних іонів.

Очищенню від органічних електролітів піддаються в основному  маломінералізовані води. Дуже  важливо, наприклад, при витягуванні органічних катіонів відсутність або незначний зміст іонів кальцію,  магнію, заліза,  оскільки  вони  мають  високу спорідненість і навіть можуть витісняти сорбовані органічні іони.

При очищенні розчинів від  ПАВ можуть спостерігатися помилкові  рівноваги із-за великих розмірів іонів, може  йти  одночасно  дегідратація іоніту, змінюватися  багато  його фізико-хімічних  властивостей.

Досить широке застосування аниониты знаходять і при витягуванні  металів з водних розчинів, пульп, стічних вод і т. п.

Це пов'язано з тим, що залежно від середовища метали можуть знаходитися у складі комплексних аніонів або інших полиионов.

Завдання опріснення води, її пом'якшення і знесолювання можуть вирішуватися чотирма способами:  реагентный,  термохімічний,  дистиляція і іонний обмін. Переваги іонітного методу  досить очевидні. Це простота апаратурного оформлення, низькі енерговитрати, досить висока якість води. Триступінчатий іонітний метод дає залишковий загальний солевміст " 0,05-0,1 міліграм.

Якщо процес багатоступінчастий, то на першому ступені зазвичай використовують слабокислотний катіоніт і слабоосновный анионит для того, щоб "розвантажити" іоніти на другій стадії. Третя міра є контрольною і служить для доочистки від іонів, які залишилися в смолі при неякісному промиванні і регенерації. Зазвичай на  цій стадії замість двох  апаратів  ставлять ФСД, в якому пошарово знаходяться і катіоніт, і анионит.

У воді,  яка поступає  на іонітне  знесолювання, бажано максимально  понизити зміст зважених речовин, заліза, органічних речовин.

Одне з достоїнств іонообмінного методу полягає в тому,  що найрізноманітніші іонообмінні операції можуть бути виконані за допомогою типової, відносно нескладної апаратури. Основними апаратами для роботи з іонітами являються напірні іонітні фільтри. Іноді  використовуються  і  безнапірні  іонітні фільтри, які є відкритою залізобетонною місткістю. Напірні фільтри розраховані на подачу і відведення води під підвищеним тиском.

Незалежно від виду іонообмінного  процесу, розрахунок включає наступні основні етапи:  вибір швидкості фільтрації,  оптимальної для цього процесу; обчислення орієнтовної величини необхідної сумарної площі поперечного перерізу іонітних фільтрів; вибір габариту фільтрів і визначення їх числа; уточнення швидкості фільтрації по фактичній площі поперечного перерізу фільтрів;  визначення  тривалості  робочого періоду фильтроцикла і, при необхідності, коригування розрахунку; визначення числа фільтрів, які відключаються на регенерацію. Витрата реагентів для регенерації визначається за даними відповідних довідників або лабораторних випробувань. [15]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.1.6 Екстракція

Використовується для  очищення стічних вод від шкідливих  і токсичних речовин органічної природи (наприклад, феноли, масла, органічні  кислоти) або для селективного витягування  цінних неорганічних домішок (наприклад,  металів)  з технологічних розчинів і рідких відходів.

Екстракція заснована  на розподілі витягуваного компонента в суміші двох взаємно нерозчинних  рідин відповідно до його розчинності  в них.

При вдалому виборі екстрагента  концентрація в нім витягуваного компонента може значно перевищувати його початкову концентрацію у воді. Сконцентрований компонент  потім відділяють від екстрагента, і він може утилізувати або бути використаний в якості товарний продукт. Екстрагент після відповідного очищення також може бути повторно використаний.

Екстракційний метод  доцільний для застосування, коли вартість витягнутого компонента перевищує  витрати на екстрагування, або якщо усі інші методи непридатні. Тобто, рентабельність екстракції в порівнянні,  наприклад,  з  конкуруючим методом іонного обміну, визначатиметься різними техноло-гическими міркуваннями,  вартістю і  доступністю  екстрагента, величиной його втрат і цінністю виділених речовин.

Але,  є інша основна  межа рентабельності методу екстракції -  концентраційна.  Досвід і розрахунки показують,  що більшість продуктів,  концентрація  яких  перевищує 4  г/л, рациональнее витягати екстракцією.  При  початковій  концентрації компонента у воді менше 1 г/л  екстракція практично  непридатна.

Коефіцієнт розподілу залежить від наступних чинників:

-  температура (з  її зміною змінюються розчинність  компонента і взаємна розчинність  водною і органічною фаз);

- концентрація компонента  і його складу;