Очистка оборотных вод гальваники методом ионного обмена с применением Na — катионового фильтра с загрузкой КБ-4

Ионы жескости воды Ca2+ и Mg2+ задерживаются катионитом в обмен на эквивалентное количество ионов Na+:

2RNa + Ca2+ = R2Ca + 2Na+;

2RNa + Mg2+ = R2Mg + 2Na+.

Остаточная жесткость фильтрата при Na — катионировании = 5 — 10 мкг-экв/дм3.

Процесс умягчения при Na — катионировании заканчивается по наступлению проскока жесткости, после чего истощенный катионит в фильтре регенерируют.

Регенерацию проводят 6 — 10% раствором NaCl. Из-за относительно большой концентрации ионов Na+ в регенерационном растворе происходит замена ими поглощаемых ранее катионов Ca2+ и Mg2+:

R2Ca + nNa+ = 2RNa + Ca2+ + (n-2)Na+;

R2Mg + nNa+ = 2RNa + Mg2+ + (n-2)Na+.

n — избыток NaCl против его стехиометрического количества.

Н — катионирование.

Н — катионирование применяют для удаления всех катионов из воды при водоподготовке путем фильтрации через слой катионита в водородной форме. Применяется совместно с процессами Na — катионирования и анионированием. Обмен катионов при Н — катионировании протекает согласно реакциям:

2RН + Ca2+ = R2Ca + 2Н+;

2RН + Mg2+ = R2Mg + 2Н+;

RН + Na+ = RNa + Н+.

Выделяющиеся ионы Н+ реагируют в воде с гидрокарбонатными ионами:

Н+ + НСО3- = CO2 + H2O.

Процесс умягчения при H — катионировании заканчивается по наступлению проскока жесткости, после чего истощенный катионит в фильтре регенерируют.

Регенерацию проводят 1,0 — 1,5% раствором Н2SO4. Матрицу катионита получают путем сополимеризации стирола и дивинилбензола, добавляемого в количестве около 8% для поперечной сшивки линейного полистирола. Таким образом получается пространственная сетка углеводородных цепей (матрица).

При помещении в водный раствор матрица способна увеличивать свой объем в 1,2 — 2 раза. Это происходит за счет взаимодействия с полярными молекулами воды, что в свою очередь делает возможным взаимную диффузию ионов после превращения матрицы в катионит.

Далее матрицу катионита обрабатывают химическими реагентами, прививая к функциональные группы, которые замещают в бензольных кольцах ионы водорода.

Некоторые виды катионитов получают путем поликонденсации. В этом процессе катионит получают сначала в форме монолитной плиты, затем ее дробят и измельчают механическим путем. Получаемый таким образом катионит внешне выглядит в виде гранул неправильной формы и пронизан микротрещинами. Механическая прочность такого катионита меньше.

3. Расчет установки для локальной очистки оборотной воды методом ионного обмена и цикл ее регенерации, если концентрация меди составляет 21 г-экв/м3. Требования, предъявляемые к качеству технологической оборотной воды согласно ТУ по меди, составляют 0,1 мг/л. Расход воды на производственные нужды составляет 12 м3/сут Ионообменные установки следует применять для глубокой очистки сточных вод от минеральных и органических ионизированных соединений и их обессоливания с целью повторного использования очищенной воды в производстве и утилизации ценных компонентов.

Заданная производительность установки Qсут=12 м3/сут, или Qсут=500 л/ч.

Концентрация меди в исходной воде составляет 21 г-экв/м3.

Основной характеристикой катионитовых материалов является полная обменная емкость.

Для катионита при крупности зерен 0.315 — 1,6 мм Еполн=2500 г-экв/м3.

1. Объем катионита Wкат, м3 можно определить по формуле

Wкат=(24q (Co-Cd))/n Еоб

q — расход обрабатываемой воды, м3/ч

Co — суммарная концентрация катионов в обрабатываемой воде, г-экв/м3

Cd — допустимая суммарная концентрация катионов в очищенной воде, г-экв/м3

n — число регенераций каждого фильтра в сутки.

Еоб — рабочая обменная емкость катионита, г-экв/м3

Еоб = 1983,1 г-экв/м3 для нашего случая

Wкат=(24q (Co-Cd))/n Еоб=(24*0,5(21−0,1))/2*1983,1= 60 л.

2. Принимаем рабочие фильтры диаметром 2 м, площадью 3,14 м², высотой фильтрующего слоя 2,5 м.

3. Скорость фильтрования определяется по формуле

Uрасч=Еоб

Н/(ТС+0,02Еобd2(lnC-lnCd)) = 1983,1*2,5/(10,5*20,9+0,02*1983,1*0,82(ln20,9-ln0,1))=13,33

4. Необходимая суммарная рабочая площадь фильтров:

F=Q/U (T-n (tвзр+tрег+tотм))=0,5/13,3*(24−2(0,25+0,42+0,83))=0,04 м²

5. Необходимое количество фильтров

n=1

6. Суммарная рабочая площадь фильтров составит: 3.14 м2;

7. Определение продолжительности межрегенерационного периода фильтрации:

T=n*W*E/Q*(Co-Cd)=11.

Удельный расход соли для регенерации составляет 200 г/г-экв.

8. Расход технической поваренной соли на одну регенерацию фильтра.

G=E*H*D*t/1000=3100 кг.

4. Описать технологическую схему адсорбционно-ионообменной установки очистки воды для химической промышленности

Рис. 1. Установка получения воды высокой чистоты состоит из двух последовательно расположенных функциональных блоков: блока опреснения и блока ионообменной очистки.

Рис. 2. Блок ионообменной очистки Блок ионообменной очистки, состоящий из двух последовательно расположенных фильтров, заполненных, соответственно, катионитом и анионитом, и расположенным за ними фильтром смешанного действия для финишной очистки воды, обеспечивает получение обессоленной воды. Расчеты показывают, что фильтр с загрузкой 200 л смолы позволяет получить примерно 1000 м³ обессоленной воды при эффективности опреснения на уровне 98−99%, т. е. дополнительные затраты на ионообменную доочистку опресненной воды и получение воды высокой чистоты, соответствующей требованиям ОСТ В.

95.823−95, составят менее 20% от затрат на опреснение воды. Предусмотрена возможность регенерации катионитного и анионитного фильтров очистки без перегрузки смолы, для чего предусмотрены баки приготовления регенерирующих растворов и насосы-дозаторы.

Для технико-экономического обоснования на базе собранных эксплуатационных данных проведены необходимые расчеты, разработана технологическая схема узла противоточного ионирования.

Рис. 3. Узел противоточного ионирования Внедрение противоточной технологии при обеспечении той же нагрузки установки позволит:

существенно сократить количество фильтров (с 22 до 6), освободив тем самым производственные площади и снизив трудозатраты на обслуживание установки;

вследствии этого уменьшатся объемы загруженных ионитов с 277 до 106,8 м³;

переход на одну ступень ионирования позволит отказаться от использования слабоосновного ионита;

при противоточном ионировании обессоленная вода имеет электропроводность 2мк

См/см;

1 — фильтр механической очистки; 2 — ионообменная установка; 3-система обратного осмоса.

Рис. 4 Принципиальная схема подготовки питьевой воды. На ионообменной установки происходит удаление солей жесткости.

Заключение

В работе — рассмотрены теоретические аспекты ионообменной очистки: виды смол, свойства ионообменных смол, способы получения и регенерации ионообменных смол;

— показаны технологические узлы ионообменной очистки;

— произведен расчет ионообменной установки.

Список литературы

Аширов А. Ионообменная очистка сточных вод, растворов и газов. Л.: Химия, 1983 г. 295 с.

Зубарева Г. И., Попова А. А. Технологическая схема водоподготовки для ТЭЦОАО «Камкабель» // Химическая промышленность, 2002. № 2. С. 1−2.

Проскуряков С. А., Шмидт Л. М. Очистка сточных вод в химической промышленности. Л.: Химия, 1977. 464 с.

Смирнов Д. Н., Генкин В. Е. Очистка сточных вод в процессе обработки металлов. М.: Металлургия. 1980. 224 с.

Выражена числом миллиграмм-эквивалентов ионов, поглощаемых 1 г сухой смолы при контакте со стандартным раствором гидроокиси натрия (для катионообменных смол) или соляной кислоты (для анионообменных смол). 2 Объём, занимаемый 1 г набухшей в воде смолы.