— удаление из сточных вод токсичных неорганич. и органич. примесей
посредством гетерогенной хим. реакции двойного обмена между ионами на
твердом зерне ионообменного материала и раствора.
Ионный обмен — универсальный процесс, обеспечивающий удаление
ионизированных токсичных примесей до любой заданной концентрации. Он
осуществляется с помощью синтетич. ионообменных смол, представляющих
собой практически нерастворимые в воде и растворах электролитов
полимерные в-ва, имеющие подвижный ион (катион или анион), способный
вступать в реакцию обмена с ионами того же заряда, находящегося в
растворе. При положит, заряде подвижных ионов, фик-сиров. на матрице,
ионит обменивает катионы. Такие иоииты наз. катионитами. При отрицат.
заряде фиксиров. на матрице ионов иониты обменивают анионы и наз.
анионитами. Иониты выпускают в виде гранул размером 0,2—2 мм.
По степени ионизации групп иониты делят на: сильнокислотные катиониты,
содержащие, напр., сульфогруппы, остатки фосфорной или фосфориновой к-т
(сульфокатиониты КУ-2, КУ-2-20, КУ-23); слабокислотные катиониты,
содержащие карбоксильные, сульфогидрильные, оксифенильные группы (КБ-2,
КБ-4); сильнооснбвные анио-ниты (АВ-16, АВ-17, АВ-29), имеющие группы
аммониевых или сульфониевых оснований; слабоосновные аниониты (АН-2ФН,
АН-18, АН-22, АА-31, АА-251), содержащие аминогруппы разл. степени
замещения; аниониты промежуточной основности (ЭДЭ-10П). Одной из осн.
хар-к ионитов является обменная емкость. Различают полную обменную
емкость — емкость ионита до полного насыщения, статич. (или равновесную)
обменную емкость, динамич. обменную емкость и рабочую обменную емкость —
емкость ионита в динамич. условиях при определ. степени регенерации до
проскока в фильтрат извлекаемых ионов в заданных концентрациях. Обменная
емкость ионитов выражается в единицах массы сорбируемых в-в, отнес, к
массовой или объемной единице ионита (г/кг, кг/м , мг-экв/г, г-экв/м),
либо в процентах извлекаемого в-ва от массы воздушно-сухого ионита.
Наиболее часто рабочая обменная емкость ионитов в технологич. расчетах
ионообм. установок выражается в эквивалентах (г-экв/м*). Обменная
емкость сильнокислотных анионитон и сильноосновных ани-онитов по
отношению к разл. ионам остается пост, в широком диапазоне значений рН.
Емкость слабокислотных катеонитов и слабоосновных анионитов в сильной
степени зависит от величины рН обрабатываемого раствора, максимальна для
слабокислотных катионитов в щелочных средах (рН > 7), а для
слабоосновных анионитов — в кислых средах (рН < 7).
Иониты смет, типа в обменных реакциях проявляют свойства сильной и
слабой к-т (катионит КУ-1) или сильного и слабого основания (анионит
ЭДЭ-10П). При контакте с водой и растворами электролитов происходит
набухание ионитов и увеличение их объема (обычно в 1,5—2 раза).
Большинство ионитов выпускается и хранится во влажном состоянии или под
слоем воды, в связи с чем в зимнее время они должны находиться в
отапливаемых помещениях. Высохший ионитдля приведения в рабочее
состояние рекомендуется выдерживать в течение 20—25 ч и 20%-м растворе
хлорида натрия. Изменение объема большинства ионитов происходит и при
переходе из рабочего (для катионитов в Н+- или Ма+-, для анионитов в
ОН-фор-ме) состояния в солевое, Кт-рое составляет для ионитов гелевой
структуры 10—15, а макропористой 7—10%. Характерной особенностью
ионитов, важной для их практич. применения в технологии очистки и
обессоливания сточных вод, является способность к обратным реакциям, что
дает возможность регенерации отработ. (на-сыщ.) ионитов, десорбции из
них сорби-ров. ионов.
При проектировании ионообменных установок предусматривают след. процессы
— перед поступлением на ионообменную установку сточной коды удаление из
нее взвеш. в-в, нефтепродуктов и др. орга-нич. примесей, сильных
окислителей (напр., хроматов); ионирование сточной воды — извлечение из
нее катионов и анионов при контакте с катионитом и аниони-том;
взрыхление отработ. ионита перед регенерацией; регенерацию ионитов —
десорбцию задерж. катионов и анионов, восстановление рабочего состояния
ионита; послерегенерац. отмывку ионитов от компонентов регенерац.
растворов; дополнит. обработку очищ. или обессол. воды в соответствии с
требованиями потребителя; обезвреживание, переработку, ликвидацию
элюатов, образующихся при регенерации ионитов.
Очистка или обессоливание сточных вод (ионирование) производится на
ионо-обмен. установках последоват. контактированием с гранулиров.
катионитом в натриевой или водородной форме и аниони-том в солевой
(сульфатной или хлорид-ной) или гидроксильной форме.
Для извлечения анионов, обладающих сильными окислит, свойствами (напр.,
хромат-бихромат-ионы), должны использоваться слабо- или сильноосновные
аниониты,стойкие к окислит, действию этих анионов (АН-8.АН-251, АВ-17).
Содержание взвеш. в-в в воде, подаваемой на иониты, не должно превышать
8 мг/л, органич. примесей (по ХПК) — не более 8 мг/л. При превышении
этих величин вода, поступающая на ионирование, должна подвергаться
предочистке на механич. и сорбц. (активные угли) фильтрах. В процессе
ионирования воды в фильтрах с плотным слоем после проскока извлекаемых
ионов в фильтрат иониты подвергаются регенерации. При сорбции ионов в
рабочем цикле иониты уплотняются. Поэтому перед регенерацией они должны
подвергаться взрыхлению подачей техн. воды снизу вверх с интенсивностью
3— 5 л/ (с-м ). В зависимости от состава исходной воды и требований
потребителя ккачеству очищ. или обессол. воды применяются разл. схемы
ионообм. установок,
Для неполного обессоливания при отсутствии в сточных водах анионов
слабых к-т или воды, содержащей указ. анионы, рекомендуются схемы
одноступенчатого Н-катионирования и одноступенчатого ОН-анионирования с
использованием сильнокислотного катионита и слабоосновного анионита. Для
более глубокой очистки или обессоливания сточной воды схема установки
должна включать одно-двухступенчатое Н-катионирование и
двухступенчатое ОН-анионирование с использованием как на I, так и на II
ступенях катионирования сильнокислотного катионита, на I ступени
анионирования — слабоосновного и на II ступени — сильноосновного
анионитов. При наличии в сточных водах большого кол-ва углекислоты и ее
солей для предотвращения быстрого истощения емкости сильноосновного
анионита после Н-катионирования вода подвергается дегазации в спец.
дегазаторах. Удаление углек-ты из Н-катиониров. воды производится в
дегазаторах с загрузкой из колец Рашига, с дерев, хордовой насадкой или
в др. аппаратах. В состав установки по ионообменной очистке сточных вод,
как правило, включаются сооружения предочистки от механич. примесей на
кварцевых фильтрах и от органич. загрязнений на сорбц. фильтрах,
загружаемых активными углями. В ряде случаев для стабилизации величины
рН и извлечения анионов слабых к-т в ионообменных установках вместо
анионитовых фильтров II ступени используются фильтры смеш. действия,
загружаемые сильнокислотным катионитом (КУ-2) и сильноосновным
анионитом (АВ-17-8).
Расчет ионообм. установок производ. на основании данных по расходу
сточной воды, подвергаемой очистке, ее солесодер-жанию, рабочей обменной
емкости иони-тов и частоты регенераций ионитовых фильтров. При расчете
ионообм. установок для очистки или обследования многокомпонентных
сточных вод обменную емкость ионита принимают по наименее сорбируемому
иону, аза его концентрацию — суммарное содержание всех извлекаемых ионов
(катионов или анионов).