Примеры ионообменной очистки

Извлечение ионов металлов зависит от концентрации их в воде, pH, общей минерализации, воды, а также от наличия и концентрации ионов кальция и железа. Для рекуперации металлов используют катиониты как сильнокислотные (в водородной форме), так и слабокислотные (в натриевой форме).

Ионы цинка извлекают на сильнокислотном сульфокатионите КУ-2Х8 в Н-форме или на карбоксильном катионите КБ-4 в Na-форме. Динамическая обменная емкость по Zn²" катионита КУ-2 равна 2−3, а КБ-4 — 5 мг-экв/г. Сильнокислотные катиониты извлекают ионы цинка в широком диапазоне значений pH. Карбоксильные катиониты применяют при очистке нейтральных или слабощелочных сточных вод.

Регенерацию сульфокатионитов производят 10%-м раствором серной кислоты; карбоксильные катиониты регенерируют 5%-м раствором Na₂S0₄. Концентрация цинка в элюатах составляет 6−9 г/л.

Рис. Н-ЗЗ. Колонны для ионообменной очистки: а— старелками провального типа: 1 — корпус, 2 — разделительная зона, 3 — тарелки, 4 — эрлифт; б — регенерационная пневмопульсационная: 1 — колонна, 2 — решетка, 3 — труба, 4 — распределитель раствора.

Ионы меди извлекают из сточных вод катионитом КУ-1 при рН= 12−12,4. Сорбционная емкость их равна 37−50 г на 1 л набухшей смолы. Регенерацию проводят 5%-м раствором НС1. Концентрация меди в элюатах достигает 15−17 г/л. Из кислых сточных вод медь извлекают сильнокислотными катионитами. Их регенерируют 10- 20%-м раствором серной кислоты.

Ионы никеля извлекают из воды на катионите КЧ-2Х8, динамическая обменная емкость которого равна 63−70 г/кг катионита. Скорость фильтрования сточных вод 12−15 м/ч. Регенерацию проводят 20%-м раствором серной кислоты со скоростью 0,5 м/ч. Полученные при регенерации элюаты содержат 95 г/л никеля и их можно использовать при никелировании.

Для удаления из сточных вод катионов трех валентного хрома Сг³* применяют Н-катиониты, а хромат-ионы CrQ₄²~ и бихромат-ионы Cr, Q₇^2_ извлекают на анионитах АВ-17, АН-18П, АН-25. Емкость анионитов по хрому не зависит от величины pH в пределах от 1 до 6 и значительно снижается с увеличением рН>6. При концентрации Сг⁶⁺ в сточной воде от 800 до 1400 моль экв/л обменная емкость анионита АВ-17−8 составляет 270- 376 моль экв/м³. Скорость фильтрования принимают равной 10−15 м/ч.

Регенерацию сильноосновных анионитов проводят 8−10% раствором едкого натра. Элюаты, содержащие 40−50 г/л шестивалентного хрома, могут быть рекуперированы. Скорость регенерации составляет 1−1,5 м/ч.

Схема установки для очистки хромсодержащих промывных вод и хромового электролита представлена на рис. 11−34. Производительность установки по очищенной воде 2−3 м³/ч, по электролиту 0,2−0,3 м³/ч. Очищенный электролит возвращают в производство. Элюат после фильтра нейтрализуют известковым раствором.

При наличии в сточной воде нескольких катионов объем катионита рассчитывают по наименее сорбируемому иону. Расчетную концентрацию принимают равной сумме концентраций всех удаляемых катионов. Регенерируют катионит раствором серной кислоты или сульфата натрия. При высоком содержании в сточной воде ионов кальция во избежание загипсовывания слоя катионита для регенерации применяют соляную кислоту или хлорид натрия.

Элюаты от регенерации катионитов представляют собой кислые растворы смеси солей различных металлов. Переработка таких элюатов для выделения металлов трудоемка.

Простые и комплексные цианиды извлекаются на анионитах. Цианиды — это соли цианистоводородной кислоты. В сточных водах присутствуют в виде простых (CN-) и комплексных Me (CN)_n^n>" анионов (Me — катион меди, цинка, кадмия, золота, серебра и др; п — число цианид-ионов, равное 2,3,4…; m — валентность комплексного аниона, равная —1, 2, 3…).

Сточные воды с щелочной реакцией обрабатывают анионитами в солевой форме, нейтральные и кислые сточные воды — ионитами в гидроксидной и солевой форме. Поглощение цианидов из щелочных сточных вод анионитами в солевой форме (например, в хлорформе) происходит по следующим реакциям обмена:

Сорбция цианидов из нейтральных и кислых сред анионитами в.

Рис. II-34. Схема установки для очистки хромосодержащих промывных вод и хромового электролита: 1 — усреднитель; 2 — фильтр; 3 — катионитовые фильтры; 4 — анионитовые фильтры; 5 — катионитовый фильтр для превращения регенерата анионита в оксид хрома (III); 6 — катионитовый фильтр для очистки электролита от ионов Fe^j4 и Cr^J*; 7 — емкость для кислоты; 8 — емкость для щелочи; 9 — емкость для отработанного электролита; 10 — нейтрализатор; 11 — сборник очищенной воды; 12 — сборник оксида хрома (III); 13 — сборник очищенного электролита солевой форме происходит в соответствии с уравнениями (11.90) и (11.91).

Поглощение цианидов анионитами в гидроксильной форме происходит по уравнениям:

При сорбции цианидов смолами в солевой форме из нейтральных или слабокислых стоков одним из продуктов реакции обмена является синильная кислота: RC1+HCN5=±RCN+HC1, которая полностью сдвигает равновесие обмена влево, и взаимодействия между анионитом и синильной кислотой не происходит. В то же время сорбция цианидов из нейтральных или слабокислых сред анионитами в гидроксиднои форме идет с образованием воды, поэтому емкость анионитов в гидроксильной форме выше, чем в солевой. При высоком значении pH исходную сточную воду перед подачей на анионит подвергают Н-катионированию.

Сильноосновный анионит регенерируют 5−10% раствором едкого натра или хлоридом натрия. Регенерация происходит не полностью (простые цианиды десорбируются на 80−90%, комплексные на 42−78%). Для более полной регенерации требуется значительный расход регенерирующих растворов.

Из сточных вод фенолы можно извлекать анионитами (в ОН-форме) или катионитами. Катиониты применяют для обработки минерализованных кислых и нейтральных сточных вод, аниониты — для обесфеноливания слабоминерализованных сточных вод. Рекомендованные для очистки марки ионитов указаны в табл. 11.11.

Скорость фильтрования сточных вод принимают 8−10 м/ч при концентрации фенола до 1 г/л и 2−3 м/ч — при 3−15 г/л.

Регенерацию анионитов производят 4— 10%-м водным или водно-спиртовым (метанольным) растворами едкого натра при скорости фильтрования 0,5−0,8 м/ч. Концентрация фенола в элюате достигает 5% (об.). Элюаты используют в производстве сырого фенола. Для извлечения фенола на 60% при регенерации анионита ЭДЭ-10П требуется 10-кратный расход, а АВ-17 — 2,5-кратный расход NaOH по сравнению с теоретическим.

Катиониты регенерируют метанолом при скорости фильтрования 0,3- 0,5 м/ч. Расход метанола зависит от исходной концентрации фенола и составляет 15−20 л на 1 кг извлеченного фенола. Расход воды.

Таблица II. II. Марки ионитов

на отмывку после регенерации равен 0,4−0,6 объема на 1 объем катионита. После ректификации метанол используют повторно для регенерации катионитов, а фенолят натрия — для получения фенола.