Тема: Использование сорбционных методов очистки природных и сточных вод. Ионный обмен

Содержание

Слайд 2

Регенеративной, т. е. с извлечением вещества из адсорбента и его утилизацией.

Регенеративной, т. е. с извлечением вещества из адсорбента и его утилизацией.


Деструктивной, при которой извлеченные из сточных вод вещества уничтожаются вместе с адсорбентом.
Эффективность адсорбционной очистки достигает 80-95%.

Адсорбцию используют для обезвреживания сточных вод от фенолов, гербицидов, пестицидов, ароматических нитросоединений, ПАВ красителей и др.

Слайд 3

В общем случае процесс адсорбции складывается из трех стадий: 1) переноса

В общем случае процесс адсорбции складывается из трех стадий:
1) переноса

вещества из сточной воды к поверхности зерен адсорбента (внешнедиффузионная область),
2) собственно адсорбционный процесс,
3) перенос вещества внутри зерен адсорбента (внутридиффузионная область).
Процесс адсорбционной очистки сточной воды ведут при интенсивном перемешивании адсорбента с водой. При смешивании адсорбента с водой используют активный уголь в виде частиц 0,1 мм и меньше. Процесс проводят в одну или несколько ступеней.
Слайд 4

Схема адсорбционной установки с последовательным введением адсорбента . 1 — смесители, 2 — отстойники

Схема адсорбционной установки с последовательным введением адсорбента

.

1 — смесители, 2

— отстойники
Слайд 5

Расход адсорбента для одноступенчатого процесса определяют из уравнения материального баланса: где

Расход адсорбента для одноступенчатого процесса определяют из уравнения материального баланса:

где m

— расход адсорбента; Q — объем сточных вод; Сн и Ск — начальная и конечная концентрации загрязненной сточной воды; а — коэффициент адсорбции

Конечная концентрация загрязнений в сточной воде после очистки в установке с п ступенями рассчитывается по формуле:

где Кm - коэффициент распределения, равный

Слайд 6

где - Ср равновесная концентрация вещества Регенерация адсорбента. Адсорбированные вещества из

где - Ср равновесная концентрация вещества

Регенерация адсорбента.
Адсорбированные вещества из

угля извлекают десорбцией насыщенным или перегретым водяным паром, либо нагретым инертным газом. Температура перегретого пара при этом (при избыточном давлении 0,3-0,6МПа равна 200-300°С, а инертных газов 120-140°С. Расход пара при отгонке легколетучих веществ равен 2,5-3 кг на 1 кг отгоняемого вещества, для высококипящих — в 5-10 раз больше. После десорбции пары конденсируют и вещество извлекают из конденсата.
Слайд 7

Ионный обмен. Ионообменная очистка применяется для извлечения из сточных вод металлов

Ионный обмен.
Ионообменная очистка применяется для извлечения из сточных вод металлов

(цинка, меди, хрома, никеля, свинца, ртути, кадмия, ванадия, марганца и др.), а также соединений мышьяка, фосфора, цианистых соединений и радиоактивных веществ. Метод позволяет рекуперировать ценные вещества при высокой степени очистки воды. Ионный обмен широко распространен при обессоливании в процессе водоподготовки.
Слайд 8

Сущность ионного обмена. Ионный обмен представляет собой процесс взаимодействия раствора с

Сущность ионного обмена.
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.
Те из них, которые способны поглощать из растворов электролитов положительные ионы, называются катионитами, отрицательные ионы — анионитами.
Первые обладают кислотными свойствами, вторые — основными. Если иониты обменивают и катионы, и анионы, их называют амфотерными.
Слайд 9

Поглотительная способность ионитов характеризуется обменной емкостью, которая определяется числом эквивалентов ионов,

Поглотительная способность ионитов характеризуется обменной емкостью, которая определяется числом эквивалентов ионов,

поглощаемых единицей массы или объема ионита.
Различают:
1) Полная емкость — это количество поглощаемого вещества при полном насыщении единицы объема или массы ионита
2) Статическая емкость — это обменная емкость ионита при равновесии в данных рабочих условиях.
3) Динамическая обменная емкость — это емкость ионита до "проскока" ионов в фильтрат, определяемая в условиях фильтрации.
Слайд 10

Классификация ионитов К неорганическим природным ионитам относятся цеолиты, глинистые минералы, полевые

Классификация ионитов

К неорганическим природным ионитам относятся цеолиты, глинистые минералы, полевые шпаты,

различные слюды и др. Катионообменные, свойства их обусловлены содержанием алюмосиликатов.
К неорганическим синтетическим ионитам относятся силикагели, пермутиты. Катионообменные свойства, например, силикагеля, обусловлены обменом ионов водорода гидроксидных групп на катионы металлов, проявляющиеся в щелочной среде.
Слайд 11

Органические природные иониты — это гуминовые кислоты почв и углей. Они

Органические природные иониты — это гуминовые кислоты почв и углей. Они

проявляют слабокислотные свойства.
К органическим искусственным ионитам относятся ионообменные смолы с развитой поверхностью. Синтетические ионообменные смолы представляют собой высокомолекулярные соединения, углеводородные радикалы которых образуют пространственную сетку с фиксированными на ней ионообменными функциональными группами.
Пространственная углеводородная сетка (каркас) называется матрицей, а обменивающиеся ионы — противоионами. Каждый противоион соединен с противоположно заряженными ионами, называемыми фиксированными или анкерными.
Слайд 12

При сокращенном написании ионита матрицу обозначают в общем виде (R), а

При сокращенном написании ионита матрицу обозначают в общем виде (R), а

активную группу указывают полностью. Например, сульфокатиониты записывают как:
RS03H.
где R — матрица,
Н — противоион,
S03 — анкерный ион.
Сильноосновные иониты содержат четвертичные аммониевые основания (R3NOH)
Катиониты в качестве противоионов могут содержать не ионы водорода, а ионы металлов, т. е. находиться в солевой форме. Точно также и аниониты могут находиться в солевой форме, если в качестве противоионов они содержат не ионы гидроксида, а ионы тех или иных кислот.
Слайд 13

Реакция ионного обмена протекает следующим образом: а) при контакте с катионитом

Реакция ионного обмена протекает следующим образом:
а) при контакте с катионитом
RS03H+NaСI=

RS03Na + HСI
б) при контакте с анионитом
ROH+ NaСI= R СI+ NaOH
В общем виде эти реакции можно представить следующим образом:
Реакция идет до установления ионообменного равновесия.
Слайд 14

Процесс переноса вещества может быть представлен в виде нескольких стадий: 1)

Процесс переноса вещества может быть представлен в виде нескольких стадий:
1)

перенос ионов А из ядра потока жидкости к внешней поверхности пограничной жидкой пленки, окружающей зерно ионита;
2) диффузия ионов через пограничный слой;
3) переход иона через границу раздела фаз в зерно смолы;
4) диффузия ионов А внутри зерна смолы к ионообменным функциональным группам;
5) собственно химическая реакция двойного обмена ионов А и В;
6) диффузия ионов В внутри зерна ионита к границе раздела фаз;
7) переход ионов В через границу раздела фаз на внутреннюю поверхность пленки жидкости;
8) диффузия ионов В через пленку;
9) диффузия ионов В в ядро потока жидкости.
Слайд 15

Регенерация ионитов. Катиониты регенерируют 2-8% растворами кислот. При этом они переходят

Регенерация ионитов.
Катиониты регенерируют 2-8% растворами кислот. При этом они переходят

в Н-форму.
Регенерационные растворы — элюаты содержат катионы.
Отработанные аниониты регенерируют 2-6% растворами щелочи. Аниониты при этом переходят в ОН-форму.
Элюаты содержат в сконцентрированном виде все извлеченные из сточных вод анионы.