Промислове очищення стічної води машинобудівного підприємства

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

Введення. 8
Глава 1. Літературний огляд. 10
1.1. Методи видалення розчинних домішок стічних вод. 10
1.3. Іонообмінна сорбція, механізм іонного обміну. 20
1.5. Регенерація іонітів. 33
Глава 2. Методика експерименту. 39
2.1. Підготовка іонітів та модельної стічних води .. 39
2.1.2. Підготовка модельного розчину стічних води 39
2.2. Визначення вмісту хрому (VI) фотоколориметричним методом 40
2.3. Очищення стічної води на аніонів. 42
2.4. Регенерація СrО 2 - квітень 1942
2.5. Нейтралізація стоків, що містять ціаніди .. 42
2.6. Визначення вмісту ціанідів у стічних водах. 43
Глава 3. Результати та їх обговорення. 45
3.1. Очищення стічних вод від хромат-іонів. 45
3.1.2. Визначення концентрацій хромат - іонів в промивних розчинах. 50
3.1.3. Визначення величини адсорбції. 50
3.2. Очищення стічних вод від ціанід - іонів. 55
Глава 4. Економічна частина. 56
Висновки .. 62
Бібліографічний список. 63

Введення

Зростання міст, розвиток промисловості та сільського господарства призвели до того, що маючи гігантськими водними ресурсами, Росія вже відчуває в ряді регіонів дефіцит води, а там де його ще немає, якість води вкрай низька.
Гальванотехніка - одне з виробництв, що серйозно впливають на забруднення навколишнього середовища, зокрема іонами важких металів, найбільш небезпечних для біосфери. Головним постачальником токсикантів у гальваніки (в той же час і основним споживачем води і головним джерелом стічних вод) є промивні води. Обсяг стічних вод дуже великий через недосконалого способу промивання деталей, який вимагає великої витрати води (до 2 м 3 і більше на 1 м 2 поверхні деталей).
Стічні води багатьох гальванічних цехів містять у своєму складі токсичні речовини такі, як ціан, хром, мідь, свинець, кислоту, луги та ін
Перевищення ГДК може викликати пряме або непряме шкідливий вплив на людину, тварин, риб. Дія хрому (VI), наприклад, виявляється у токсичному і канцерогенний прояві.
Тому необхідно максимально зменшити концентрацію токсикантів в промивних водах.
На машинобудівному підприємстві знешкодження стічних вод у тому числі і від хромат-та ціанід-іонів виробляють реагентним методом. Так, Сr (VI) відновлюють до Cr (III), який менш токсичний, потім проводять осадження. Однак у цього методу є недоліки. Основним недоліком цього методу є велика кількість шламів, що містять токсичні сполуки важких металів. Утилізація та переробка утворюються шламів - дуже складне і дороге виробництво, а в деяких випадках шлами не піддаються переробці. Основним методом знешкодження таких відходів є захоронення їх на спеціальних майданчиках, якщо такі передбачаються. Таким чином, повернення хімреактивів і металів у цикл виробництва практично виключений.
З урахуванням цього метою даної роботи була оцінка можливості знешкодження ціанідів реагентним способом і хром містять стічних вод методом іонообмінної сорбції з подальшою регенерацією хромат - іонів.

Глава 1. Літературний огляд

1.1. Методи видалення розчинних домішок стічних вод

Видалення розчинних домішок здійснюється екстракцією, сорбцією, нейтралізацією, електорокоагуляціей, евапораціей, іонним обміном, озонуванням і т.п.
Екстракція - процес перерозподіл домішок стічних вод у суміші двох взаємно нерозчинних рідин (стічної води і екстрагенту) відповідно до коефіцієнта екстракції. На машинобудівних підприємствах екстракцію застосовують для очищення стічних вод від фенолу. Для інтенсифікації процесу екстракції перемішування суміші стічних вод з екстрагентом здійснюють в екстракційних колонах, заповнених насадками типу кілець Рашига.
Сорбція поряд з використанням у процесах очищення газу широко застосовується для очищення стічних вод від розчинних домішок. В якості сорбенту використовують практично будь-які дрібнодисперсні речовини (зола, торф, тирса, шлаки, глина), найбільш ефективним сорбентом є активоване вугілля.
Електрокоагуляцію застосовують для очищення стічних вод гальванічних і травильних відділень від хрому та інших важких металів, а також від ціан.
Іонообмінні методи очищення стічних вод знаходять застосування практично в будь-яких галузях промисловості для очищення від багатьох домішок, в тому числі і шестивалентного хрому. Ці методи дозволяють забезпечити високу ефективність очищення, а також отримати виділені зі стічної води метали у вигляді відносно чистих і концентрованих солей. Шкідливість хрому в стічній воді знищується перекладом хрому шестивалентного в тривалентний солями сульфатом заліза (II) в кислому середовищі: [19]
Сr +6 +3 Fе +2-2Сr +3 +3+3
Наприклад для хромового ангідриду і хромпика:
2СrО 3 +6 FеSО 4 +6 Н 24 Сr 2 (SО 4) 3 +3 Fе 2 (SО 4) 3 +6 Н 2 О
До 2 Cr 2 О 7 +6 FеSО 4 +7 Н 24 → До 24 + Сr 2 (SО 4) 3 +3 Fе 2 (SО 4) 3 +7 Н 2 О
Утворилися тривалентні сполуки хрому переводяться в осад (підстав).
Сr +3 +3 ОН → Сr (ОН) 3
Сr 2 (SО 4) 3 +3 Са (ОН) 2 → 2Сr (ОН) 3 +3 СаSО 4
Рекомендується брати надлишок залізного купоросу в 1,5 рази і вапна в 2,5 рази більше.
Для спуску в каналізацію хромові розчини розбавити водопровідною водою до концентрації хрому близько 60 мг / л і додати вапняне молоко 0,3-0,4 г / л і залізний купорос 1 г / л.
3. Кількість кислоти, необхідної для утворення осаду, визначається в залежності від початкової кислотності розчину (рН = 4,2-6,3). Час відстоювання осаду 1 годину. Основними реагентами є 10% розчини вапна і сірчанокислого заліза.
4. При зміні розчинів в травильних і знежирювальних ваннах необхідно перед спуском в каналізацію нейтралізувати відповідно лугом або кислотою безпосередньо в самих ваннах.
5. При зміні електролітів у гальванічних ваннах знешкодження повинно проводитися в самих ваннах або запасних ємностях.
6. Розчини промивних ванн один раз на тиждень направляти в Ц.З.Л. для визначення рН; При рН, що виходять з норми (6,5-8,5), необхідно вжити заходів до доведення рН до норми шляхом збільшення кількості промивних ванн для даного (певного) кількості промиваються деталей [9].
7. У каналізацію дозволяється спускати тільки води з рН = 6,5-8,5.
8. Виробляти спуск у каналізацію не знешкоджених травильних, знежирювальних розчинів і розчинів гальванічних ванн цехах заводу категорично забороняється.
9. Спуск у каналізацію нейтралізованих розчинів гальванічних ванн цехах дозволяється проводити тільки при одержанні свідоцтва ЦЗЛ про зміст отруйних речовин в нейтралізований розчин не вище гранично-допустимих норм.
10. Цехах, які застосовують у роботі масла, розчинники, нафтопродукти та змащувально-охолоджувальні рідини, категорично забороняється скидати у каналізацію, їх слід збирати в окремі ємності і здавати для утилізації.
11. Для організації цих робіт на підприємстві існує відділ охорони навколишнього середовища, який займається контролем якості стоків. Проведення вищезазначених заходів здійснюється на заводських очисних спорудах. [9]
До складу реагентної установки знешкодження хромосодержащіх і нейтралізації кисло-лужних стічних вод входить устаткування [10]
Таблиця 1

п / п
Найменування устаткування
Кількість
Технічні дані
1.
Приймальний резервуар
1

У = 190м3
У = 70м3
У = 300м3
2.
Хром-реактор
3
У = 60м3
3.
Об'єм зберігання вапна
1
У = 60м3
4.
Видаткова ємність відновника
1
У = 700л
5.
Ємність приготування розчину відновника
1
У = 6м3
6.
Ємність приготування розчину коагулянту
1
У = 6м3
7.
Видаткова ємність коагулянту
1
У = 600л
8.
Мірник розчину коагулянту
1
У = 6л
9.
Ц / Б насос подачі стоків в реактори
2
АХ 160/29
Q = 160м3/час
Н = 29м
N = 37кВт
10.
Ц / Б насос подачі розчину вапняного молока в мішалки
2
ГРК-50
Q = 50м3/час
Н = 16м
N = 10 кВт
11.
Ц / Б насос перемішування і подачі розчину відновника в ємності
2
АХ 20/31
Q = 20м3/час
Н = 31м
N = 7,5 кВт
Продовження таблиці 1
12.
Ц / Б насос для відкачування стічних вод
2
АХ 20/31
Q = 20м3/час
Н = 31м
N = 7,5 кВт
13.
Ц / Б насос для циркуляції нейтралізуючого розчину насадок пастки витяжної системи реакторів
2
До 20/31
Q = 20м3/час
Н = 31м
N = 4 кВт
14.
Ц / Б насос подачі стічної води з реакторів на хім. Аналіз
3
ХМ 8 / 40
Q = 8м3/час
Н = 40м
N = 2,7 кВт
15.
Ц / Б насос для перемішування стоків в реакторі і подачі стічної води на хім. аналіз
3
АХ 30/18
Q = 20м3/час
Н = 18м
N = 4 кВт
16.
Ц / Б насоси подачі поліакриламіду в видаткову ємність
1
17.
Ел. вентилі дозування в реактори поліакриламіду
4
d 50
18.
Ел. засувка наповнення реакторів
3
d 200
19.
Ел. вентилі подачі розчину відновника в реактори
3
d 50
20.
Ел. вентилі подачі розчину вапняного молока в реактори
3
d 50
Ціанисті сполуки.
Знешкодження синильної кислоти та її солей (ціанідів) грунтується на реакції перекладу ціан-солей сірчанокислим залізом в ферроцианид (жовта кров'яна сіль).
6NаСN + FеSО 4 → Nа 24 + Nа 4 Fе (СN) 6
Утворилися ферроцианида не отруйні.
Для нейтралізації ціанистих розчинів необхідно у ванну додати суміш, що складається з 6 вагових частин залізного купоросу і 3-х вагових частин гашеного вапна на 1 вагову частину ціаністих сполук. З даної суміші приготувати 10% розчин, ретельно перемішати і додати його у ванну.
Суміш приготувати безпосередньо перед нейтралізацією. Вміст ванни після додавання суміші ретельно перемішати протягом 30 хв., Дати відстоятися для повноти знешкодження 24 години, після чого розчин здати в лабораторію промсанітарії для аналізу. У разі змісту ціану в розчині більше 1 г / л вищевказану суміш знову додати у ванну, перемішати, дати відстоятися і здати розчин на аналіз. При вмісті в розчині ціану не більше 1 г / л довести рН до 11 10-20% розчином лугу, додати 10% розчин хлорного вапна з розрахунку на 1 літр розчину 1 літр 10% розчину хлорного вапна. Під час нейтралізації протягом 3-4-х годин розчин повинен ретельно перемішуватися. Потім розчин здати на аналіз. У разі відсутності ціану в розчині чи змісту його до 0,1 мг / л довести рН до 6,5-8,5 фосфорною кислотою, після чого рідку фазу розчину злити в каналізацію, а тверду-вивезти.
Температура в приміщенні при нейтралізації ціанистих розчинів не повинна перевищувати 20 о С. У випадку, якщо температура вище 20 о С розчин охолодити додаванням у ванну льоду або холодної води [11].
До складу установки знешкодження ціансодержащего стічних вод входить устаткування. Таблиця 2

п / п
Найменування устаткування
Кількість
шт.
Технічна характеристика
1.
Приймальня ємність
1
V = 16м 3
2.
Ц / б насос Х 20/18
2
Q = 20м 3 / год Н = 18м
3.
Реактор з механічною мішалкою
2
V = 4м 3
4.
Насос 1х2Р дренажний
1
Q = 20м 3 / год Н = 5атм.
Ціансодержащіе стічні води містять розчинні солі лужних металів NаСN, Ксn, солі важких металів СuСN, Zn (CN) 2 і комплексні сполуки Сu (СN) 3, Сd (СN) 4. Гранично допустима концентрація ціанідів (СN) для водойм 0,1 м 2 / л.
Ціансодержащіе стічні води повинні завжди мати лужне середовище. Зі зменшенням значення рН зменшується стійкість з'єднання ціану і зростає отруйність стічних вод. Зміна рН від 7,8 до 7,5 отруйність стічних вод збільшується в 10 разів.
Реагентний хлорний метод знешкодження стічних вод полягає в окисленні токсичних ціанідів (СN -) до (СNО -) (токсичність при цьому зменшується в декілька тисяч разів) або до азоту N 2 і вуглекислого газу СО 2.
В якості реагентів можуть бути застосовані:
- Хлорне вапно СаОСL 2 ГОСТ 1692-58
- Гіпохлорит кальцію Са (ОСl) 2 ГОСТ 13392-73
- Гіпохлорит натрію NаОСL ГОСТ 11086-64
- Залізний купорос FеSО 2 *2 О ГОСТ 6981-75
При взаємодії реагентів з водою (крім залізного купоросу) утворюється сильний окислювач-гіпохлорит-іона (СNL -)
2CаОСL 2 +2 Н 2 О = СаСl 2 + Са (ОН) 2 +2 НСlО СаОСL 2 → Са 2 + + ОСl - + СL -
При взаємодії гіпохлорит-іонів з ціанідами в залежності від рН стічної води реакції можуть відбуватися у двох напрямках:
а) з утворенням ціанати
СN - + ОСl - → СNО - + СL -
б) з утворенням сильно-токсичного газу летючого газу хлорціан
СN - + ОСl - + Н 2 О → СLСN +2 ВІН -
Комплексні сполуки (крім комплексу заліза) при обробки хлорним методом реагують відповідно до рівняння:
[Сu (CN) 3] 2 - +7 ОСl - +2 ВІН - + Н 2 О → 6СNО - +7 СL - +2 Сu (ОН) 2
При зниженні рН до нейтральної відбувається гідроліз ціонатов [11]
СNО - +2 Н 2 О → СО 2 - + NН 4
При зниженні рН і невеликому надлишку активного хлору ціанати окислюються до азоту та вуглекислого газу:
2СNО - +2 ОСl - → 2CО2 + N 2 +2 CL -
Хлорціан при рН = 10-11 швидко і повністю переходить в ціанати:
2СNСL +2 ВІН - → СNО - + СL - + Н 2 О
Витрата активного хлору становить 3 вагові частини на 1 вагову частину СN - для окислення до ціанати і 7-8 вагу. Частин до N 2 і СО 2
При обробці ціансодержащіх стічних вод залізним купоросом токсичні ціаніди переводяться на нетоксичні комплексні сполуки, такі як
До 4 [Fе (СN) 6]-жовта кров'яна сіль,
4 [Fе (СN 6)] 3-берлінська лазур
Реакції протікають повільно і не повністю. Залишкові ціаніди знаходяться в межах 0,2-0,5 м 2 / л
Обробка залізним купоросом застосовується для знешкодження відпрацьованих розчинів, коли концентрація ціанідів більше 1,0 г / л, при аварійних викидах, нейтралізації стоків, що потрапили на підлогу [11].
Купорос застосовувати в суміші з вапном 2:1 з 10% процентного розчину залізного купоросу і 10% процентного розчину гашеного вапна.
1.2. Токсичні властивості хромат - і ціанід - іонів
Хром. Більшість сполук хрому має яскраве забарвлення самих різних кольорів. Назва походить від грец. хромосом-колір, забарвлення.
Хром виявляється в рослинних і тваринних організмах. В організмі дорослої людини міститься приблизно 6г Сr (0,1%). На відміну від більшості мікроелементів рівень хрому в тканинах з віком знижується. Легені - єдиний орган, в якому вміст хрому в міру старіння зростає. У різних географічних місцевостях відзначалися суттєві коливання, що пов'язано з регіональними відмінностями надходження хрому в організм з їжею. Зміст хрому в харчових продуктах істотно коливається від 0,57 мг / кг у щавлі до 0,01 мг / кг у рисі [3].
Металевий хром нетоксичний, а з'єднання Сr (III) і Сr (VI) небезпечні для здоров'я. Вони викликають роздратування шкіри, що призводить до дерматитів.
Сполуки хрому широко використовуються в різних галузях народного господарства. Вони застосовуються у шкіряній і текстильній промисловості, використовуються для хромування металевих виробів, для виробництва сірників, фарб, кіно і фотоплівок. У хімічній промисловості сполуки хрому застосовуються як окислювачі. Ряд сполук хрому застосовується в хімічних лабораторіях як реактивів. Зважаючи токсичності сполук хрому вони не застосовуються в медицині [4].
З сполук хрому, що застосовуються в різних галузях народного господарства, найбільш отруйними є хромати і Біхромати. Причому Біхромати більш отруйні, ніж хромати. Хромати і Біхромати надають дратівливу і пропалює дію на шкіру та слизові оболонки, викликаючи виявлення. При отруєнні сполуками хрому можуть наступити пронос і кривава блювота. Іноді блювотні маси мають жовту або зелене забарвлення. При надходженні в організм великих кількостей пилу, що містить сполуки хрому, розвивається пневмонія.
При гострих отруєннях сполуками хрому вони накопичуються в печінці, нирках і ендокринних залозах. Сполуки хрому виводяться з організму в основному через нирки. У зв'язку з цим при отруєнні зазначеними сполуками уражаються нирки і слизові оболонки сечовивідних шляхів.
При ураженні слизової носа - промивання водою з милом і змазування носових ходів вазеліновій маззю. При наполегливому кашлі - кодеїн з содою, діонін. Для купірування нападів астми - атропін, платифілін, адреналін, ефедрин підшкірно, еуфілін в / венно (0,24-0,48 г на 20мл 10-20% розчину глюкози) або всередину (0,1-0,15 г).
При попаданні хрому на пошкоджену шкіру - негайне промивання водою (15хв) і накладення пов'язки з нейтральною маззю; в очі - промити водою не менше 15 хвилин, закапати 30% розчин альбуциду, при різких болях - 0,5% розчин дикаина [5].
Ціаніди
  Ціан і його вплив на здоров'я
Ціановодород викликає швидке удушення через блокування дихальних ферментів і розлади тканинного дихання. Так само дійства-ють всі ціанисті сполуки, здатні відщеплювати НСN і утворювати нон СN-. При гострому отруєнні НСN в першу чергу страждають дихальний і судиноруховий центри (спочатку поглиблення дихання і підвищення кров'яного тиску, потім параліч дихання і різке падіння кров'яного давши-лення). Ціаніди інгібують окисне фосфорилювання та енергетичні процеси в нервових клітинах, а також пригнічують ферменти, що каталізують біотрансформацію ряду амінокислот-гістидину, триптофану, тирозину. Про різке зниження здатності тканин споживати кисень свідчить червона забарвлення крові у венах. У перший момент отруєння вирішальним є кисневе голодування тканин, в далекій-шем ж можуть відбуватися дегенеративні зміни, що розвиваються в ЦНС. При хронічному впливі НСN в картині отруєння важливу роль відіграє пригнічення продукції гормону щитовидної залози, викликає не НСN, а що утворюються з нього тіоціанат. Чутливість організму до гострого дії ціанідів пов'язана з рівнем споживання киць-лорода: при низькому його рівні (наприклад, при зимовій сплячці) різко підвищується стійкість до інтоксикації, що пов'язано зі зниженням температури тіла і підвищенням резистентності до гіпоксії взагалі.
При високих концентраціях майже миттєва втрата свідомості; настає параліч дихання, а незабаром і параліч серця. При менших концентраціях можна розрізнити кілька стадій [4].
Початкова стадія: відчуття дряпання в горлі, пекучо-гіркий смак у роті, слинотеча, оніміння рота і зіва, почервоніння кон'юнктиви, м'язова слабкість, похитування, утруднення мови, запаморочення, гострий головний біль, нудота, блювання, позиви до дефекації; дихання кілька прискорене , потім робиться більш глибоким. Приплив крові до голови, серцебиття. При виході на свіже повітря в цій стадії всі симптоми швидко зникають. Стадія задишки: поступово посилюється загальна слабкість, біль і відчуття сорому у області серця, рідкісне і глибоке дихання, уповільнення пульсу; сильна задишка, іноді окремі короткі вдихи, що супроводжуються тривалими видихами, нудота, блювота, розширення зіниць, екзофтальм. Стадія судом: почуття туги, посилюється задишка, втрата свідомості, сильні судоми (частіше титанічні). Судорожне зведення жувальної мускулатури з прикусом мови. Стадія паралічу або асфіксії: повна втрата чутливості і рефлексів, мимовільні сечовипускання і дефекація, дихання уряжается, робиться поверхневим, настає смерть Гігієнічні вимоги:
У повітрі робочої зони ПДКр.з. = 0,3 мг/м3
В атмосферному повітрі ПДКс.с = 0,01 мг/м3
У воді вододжерел ПДКв = 0,1 мг/м3
Вміст вільних ціанідів у стічних водах не більше 0,1 мг/м3; зміст загальних ціанідів при вступі на повну біологічну очистку - не більше 1,0 мг/м3; при скидання у водойми - 0,5 мг / л. Допустимий вміст у стічних водах, використовуваних для зрошення сільськогосподарських земель, що не порушує грунтових процесів і не надає токсичної дії на рослини, які виросли на зрошуваних землях, при споживанні цих рослин - на тварин і людини, рекомендується на рівні 10 мг / л.
Способи знешкодження
Знешкодження тари
Тара, відходи або предмети, забруднені ціанистими солями занурюють з знешкоджуючою складом (суміш з 100% - них розчинів залізного купоросу і гашеної вапна, розчин залізного купоросу береться в подвійній кількості порівняно з розчином вапна) і ретельно перемішують протягом 30 хвилин, потім залишають стояти ще 3 - 4 години для повного знешкодження тари. Знешкоджуючих розчин, після отримання аналізу на відсутність ціану, влити в ціанові стоки.
Знешкодження одягу
Спецодяг необхідно прати в механічній пральні з хлорним вапном або хлораміном, або в малому розчині з марганцівкою. При цьому знешкоджується ціан. Воду вилити в господарсько - побутової каналізації.
Ціаніди (калію, міді, натрію).
Основні симптоми отруєння. Роздратування в носі, горлі і трахеї. Утруднене дихання, утруднення в грудях. Загальна слабкість. Солодкий смак у роті, особливо помічається при курінні.
Перша допомога при отруєннях. У разі отруєння потерпілому в першій же хвилині дати вдихати 8 крапель анілнітріта на ватці, вдихання повторити через кожні 2 - 3 хвилини протягом 15 - 30 секунд. Терміново винести на свіже повітря. При ослабленому диханні необхідно зробити штучне дихання з одночасним вдиханням кисню [4].

1.3. Іонообмінна сорбція, механізм іонного обміну

Іонообмінна очищення. При іонообмінної обробці стічних вод, що містять органічні домішки, поряд з іонним обміном протікають процеси хемосорбції і фізичної адсорбції органічних речовин іонітами. Дифузійні труднощі при обміні великих органічних іонів обумовлюють доцільність застосування "малосшітих" іонообмінних смол. Значне збільшення в обсязі при набуханні "малосшітих" смол дає можливість дифундувати в них великим органічним іонів.
При іонообмінному поглинанні органічних іонів швидкість досягнення рівноваги звичайно значно менше, ніж при обміні неорганічних іонів.
Присутність багатовалентних катіонів при поглинанні органічних підстав чи багатовалентних аніонів при поглинанні органічних кислот призводить до витіснення органічних речовин у розчин і різкого зниження ємності іонітів. [6]
На сорбційну ємність іонітів по органічним сполукам негативний вплив можуть надавати інші домішки, розчинені в стічній воді і здатні блокувати іоногені групи смол.
Регенерація іонітів від органічних сполук більш скрутна, ніж від мінеральних солей. Регенеруючий агент вибирається з урахуванням властивостей виділяється органічної речовини і можливості подальшого використання регенераційних розчинів. Наприклад, для вилучення фенолів і аніліну з іонітів використовують водні розчини лугів та кислот, в той час як ПАР не витісняються зі смол навіть концентрованими розчинами неорганічних лугів, кислот або солей. Для видалення ПАР запропоновано використовувати органічні розчинники або їх суміші з невеликими кількостями водних розчинів електролітів. [6]
Приклади застосування методу іонного обміну.
Метод іонного обміну може використовуватися для очищення стічних вод багатьох хімічних виробництв: електрохімічних (від іонів важких металів, ціанідів тощо), синтетичних волокон (від іонів цинку та інших), азотних добрив (від аміаку, міді та ін), коксохімічних (від тіосульфатів, роданидов та ін), штучних і природних ізотопів (від радіоактивних речовин) і т.д.
Очищення стічних вод, що містять солі хромової кислоти, можлива на сильноосновними аніонів. Аніоніт не змінює своїх властивостей (не окислюється) протягом тривалого часу при концентрації СrО 3 до 1200мг / л. Для аніоніта, що містить 6% дівінілбензола, при рН = 1,8-6 динамічна обмінна ємність становить 11,5-12% від маси сухої смоли.
Регенерують аніоніт 10-15% розчинами NаОН. Проте десорбція хроматів протікає ефективніше, якщо аніоніт попередньо переводиться в хлоридну форму. При регенерації аніоніта розчином, що містить 2% NаОН і 6% NаСI, десорбується 89-99% хроматів (від кількості сорбованих). При дворазовому використанні регенеруючих розчинів концентрація Сr 6 + в елюате становить 48-54г / л, при триразовому використанні - 73-79г / л [8].
Отриманий при регенерації розчин, що містить Nа 2 СrО 4, NаОН і NaCI, придатний для отримання пасивуючих розчинів. Методом Н - катіонування хромат натрію може бути переведений в хромову кислоту.
Іонообмінне вилучення металів із стічних вод дозволяє рекуперировать цінні речовини з високим ступенем вилучення. Іонний обмін - це процес взаємодії розчину з твердою фазою, що володіє властивостями обмінювати іони, що містяться в ній, на іони, присутні в розчині. Речовини, що становлять цю тверду фазу, називаються іонітами. Метод іонного обміну заснований на застосуванні катіоніти та аніонітів, сорбирующих з оброблюваних стічних вод катіони і аніони розчинених солей. У процесі фільтрування обмінні катіони і аніони замінюються катіонами і аніонами, вилучаються з стічних вод. Це призводить до виснаження обмінної здатності матеріалів і необхідності їх регенерації [8].
Найбільше практичне значення для очищення стічних вод придбали синтетичні іонообмінні смоли - високомолекулярні з'єднання, вуглеводневі радикали яких утворять просторову сітку з фіксованими на ній іонообмінними функціональними групами. Просторова вуглеводнева сітка називається матрицею, а обмінюються іони - протиіонами. Кожен протийон з'єднаний з протилежно зарядженими іонами, званими анкерними. Реакція іонного обміну протікає в такий спосіб:
RSO 3 H + NaCL = RSO 3 Na + HCL,
при контакті з катионитом, де R - матриця, Н - протийон, SO 3 - анкерний іон;
ROH + NaCL = RCL + NaOH,
при контакті з аніоніти.
Для вилучення із стічних вод гальвановиробництва катіонів тривалентного хрому застосовують Н-катіоніти, хромат-іони CrO 3 2 - і біхромат-іони Cr 2 O 7 2 - витягають на аніонітах АВ-17, АН-18П, АН-25, АМ-п. Ємність аніонітів по хрому не залежить від величини рН в межах від 1 до 6 і значно знижується зі збільшенням рН більше 6. При концентрації шестивалентного хрому в розчині від 800 до 1400 екв / л обмінна ємність аніоніта АВ-17 становить 270 - 376 міль * екв / м 3.
Регенерацію сильноосновними аніонітів проводять 8 - 10%-ним розчином їдкого натру. Елюати, що містять 40 - 50 г / л шестивалентного хрому, можуть бути спрямовані на виробництво монохромата натрію, а очищена вода - використовуватися повторно.
Фірмою Inovan Umwelttechnik GmbH & Co KG розроблено блочно-модульна установка системи REMA, призначена для очищення виробничих стічних вод від важких металів. Одинарний блок представляє собою іонообмінну колонку, в якій вертикально один під одним встановлені 4 змінні касети. У процесі очищення стічні води послідовно пропускають через ці касети знизу вгору. Ступінь забрудненості іонообмінної смоли визначають за допомогою індикаторів.
На заводі "Почвомаш" (Кіров) впроваджено процес очищення промстоків гальванічних виробництв від іонів хрому волокнистими матеріалами. Для сорбції аніонів хрому використовують матеріал ВИОН АС-1, що має в своєму складі сильноосновними вінілпірідініевие групи з ШОЕ 1.1 - 1.2 мг * екв / м. Виготовлено дві сорбційних колони з корозійно-стійкої сталі об'ємом 50 л кожна. Сорбція хрому залежить від його концентрації у вихідному розчині. Так, якщо концентрація становить до 10 мг / л, то в фільтраті їх виявляють. Однак при концентрації аніону хрому 75 мг / л і вище вміст його в фільтраті 0.04 - 0.01 мг / л, що цілком припустимо при замкнутому циклі. Вплив вихідної концентрації розчину хрому на його утримання в фільтраті обумовлено високим іонним радіусом Cr 2 O 7 2 -, викликає стеричні утруднення при сорбції на волокнистому хемосорбенте. При високому вмісті хрому слід зменшити швидкість подачі розчину на сорбційну колону. У цьому випадку зростає ступінь очищення. При досягненні насичення сорбційних колон їх знімають зі стенда і транспортують у відділення гальванохімічних переробки для регенерації хемосорбціонного матеріалу та утилізації елюата. Регенерацію ВИОН АС-1 проводять розчином Na 2 CO 3. При цьому в кожну колону заливають по 50 л розчину і залишають його на 3 години. Подальша операція полягає в промиванні фільтру водою [20].
Було проведено дослідження 8 волокнистих сорбентів, що застосовуються для очищення стічних вод від іонів важких металів (Ag, Hg, Cr, Cd, Fe). Встановлено, що волокнисті сорбенти ПАН-ПРЕ, ПАН-ТТО-МКХК і вугільне волокно ефективно очищають стічну воду від іонів важких металів. Вони легко регенеруються шляхом обробки кислотами і може багаторазово використовуватися для очищення. З розчину, отриманого після регенерації волокон, можна виділяти метали і використовувати їх повторно.
Синтезовано іонообмінні матеріали на основі відходів швейного та трикотажного виробництва, що містять поліефірне, поліакрилонітрильні волокно. Встановлено, що синтезовані іонообмінні волокна виявляють селективні іонообмінні властивості.
У лабораторних умовах досліджено виділення хрому з промивних стічних вод гальванічних цехів з допомогою іонообмінних смол (іонообмінні смоли в ОН-формі типу "Wolfatit" (НДР) марок SWB, SZ, SL, SBK, АД-41 і активованого вугілля марки AS) і вуглецевих сорбентів. Показано, що іонообмінні смоли можна використовувати для очищення стічних вод у промисловому масштабі [20]
Переваги методу
1) Можливість очищення до вимог ГДК.
2) Повернення очищеної води до 95% в оборот.
3) Можливість утилізації важких металів.
4) Можливість очищення в присутності ефективних лігандів.
Недоліки методу
1) Необхідність попереднього очищення стічних вод від олій, ПАР, розчинників, органіки, завислих речовин.
2) Велика витрата реагентів для регенерації іонітів та обробки смол.
3) Необхідність попереднього поділу промивних вод від концентратів.
4) Громіздкість обладнання, висока вартість смол
5) Освіта вторинних відходів-елюатов, що вимагають додаткової переробки
Іонний обмін - фізико-хімічний процес розподілу ионогенной речовини між рідкою фазою (розчином електроліту) і твердою фазою (іонітом). Цей процес подібний до адсорбції, при якій розподіл речовини відбувається під дією поверхневих сил на межі розділу фаз, тільки у випадку іонного обміну такими силами є сили кулонівського взаємодії. Не випадково тверді фази обох процесів мають спільну назву - сорбенти. З появою полімерних іонітів (вони також називаються іонообмінними смолами), зерна яких представляють собою поперечно зшиті клубки полімерних ниток з нанизаними на них йоногенних функціональними групами, "макро - кордон" іонітів перестала бути єдиним носієм сорбційних центрів, і процес перейшов у глиб полімеру, став об'ємним. У зв'язку з цим найважливіша характеристика іоніти - обмінна ємність - виражається кількістю функціональних груп в одиниці об'єму смоли.
Відповідно до закону Кулона, поблизу функціональних груп у іоніте концентруються іони протилежного заряду, тобто функціональними групами аніонообмінником (або аніоніта) служать позитивно заряджені іони (катіони), ковалентно пов'язані з полімером (зазвичай амонієві підстави), і навпаки, в катіонних функціональними групами є ковалентно пов'язані з полімером аніони (карбоксильні, фосфорнокислиє, сульфогрупи та ін.) У залежності від заряду, розмірів, конфігурації іони з різною силою притягуються до відповідних функціональних групах. На кількість зайнятих іонами функціональних груп прямо впливає також їх концентрація в розчині [20].
Під сорбентами розуміють тверді зернисті або волокнисті механічно міцні, нерозчинні і хімічно стійкі речовини, використовувані для розділення або накопичення входять в систему компонентів. Іонообмінні сорбенти (іоніти) повинні мати здатність до гетерогенним іонообмінним реакцій, тобто по - перше, мати іонообмінну місткість, по - друге, їх кінетичні властивості повинні забезпечувати порівняно повне використання їх обмінної ємності. Важливою властивістю іонітів є селективність, що залежить від природи обмінюваних іонів [20].
Обмінна ємність. Здатність до іонного обміну забезпечується наявністю в сорбентах хімічно активних груп з рухомими обмінюваними іонами. Їх концентрацію в мекв / г (або мекв / мл) сорбенту називають повною обмінною ємністю (Поїдьте) іоніту. У відповідності зі знаками зарядів матриці розрізняють сорбенти, здатні до обміну катіонів (катіоніти), і сорбенти, здатні до обміну аніонів (аніоніти). У хімічному аспекті за природою функціональних йоногенних груп катіоніти відповідають кислот (рухливий іон водню) або їх похідних (солей); аніоніти відповідають підставах (рухливий іон гідроксилу) або їх похідних (сольові форми аніонітів).
Катіоніти і аніоніти поділяють на дві групи за ступенем іонізації функціональних груп, обумовленої їх хімічною природою, що аналогічно звичайним поняттям сильні і слабкі електроліти. Високоіонізованние сильнокислотного катіоніти, так звані універсальні (КУ), наприклад сульфокатионитами, мають здатність до обміну іонів водню в розчинах із широким інтервалом зміни рН; слабоіонізованние катіоніти КБ (буферні), наприклад карбоксильні, фосфорнокислиє, здатні до обміну іонів водню на метал тільки в лужних і лише частково в нейтральних розчинах.
Аналогічно розрізняють високоіонізованние, високоосновні (наприклад, з четвертинними амонієвими підставами) аніоніти АВ універсальної дії і аніоніти низькоосновних АН, здатні до обміну іонів гідроксилу лише в кислих і почасти в нейтральних розчинах.
В умовах експерименту іоніти легко розрізнити по основності, проводячи визначення обмінної ємності в розчинах різного рН: для катіонітів - у лужних і нейтральних сольових розчинах, для аніонітів - в кислих і нейтральних сольових розчинах.
Експерименти проводять у скляних колонках строго заданих розмірів: 25х600 і 16х850мм при повній або частковій регенерації відповідно. У випадку повної регенерації використовують 0,1 М розчини кислоти (лугу), а для сільноіонізованних іонітів - додатково 0,01 М розчини хлоридів кальцію (натрію). У дослідах із заданим витратою регенеруючого речовини через колонки катіоніту в Н + і Nа + - формах пропускають 1,75 мМ розчин СаCI 2, для Н + - форми визначають додатково ДОЕ по 3,5 мМ розчину NаНСО 3. Через низькоосновних аніоніт в ОН - формі пропускає 3,5 мМ розчин НCI (Н 24), через високоосновні аніоніт - 0,01 М розчин NaCI. У всіх випадках строго витримують питомі навантаження (об'ємні швидкості потоку). У разі слобоіонізованних іонітів розчини в колонку подають знизу вгору. Динамічну обмінну ємність виражають у мекв / л іоніту.
Пористість. Обмінна ємність іонітів будь-якої структури не залежить від розміру їх зерен, тому що весь обсяг зерна більш-менш доступний для іонообмінної реакції. Однак у багатьох випадках пористі іоніти мають суттєві переваги перед масивними, гелів. Пористість іонітів є важливим чинником, який сприяє прискоренню процесу іонного обміну під внутрідіффузіонной області та знижує отруєння аніонітів органічними домішками [7].
Структура пористих кополімерів зумовлена ​​природою порообразователя і у випадку застосування спиртів має глобулярний характер, що призводить до утворення межглобулярних пір великого розміру. Так, при використанні як порообразователя ізооктілового спирту середній радіус глобул дорівнює 30-60Нм, проте присутні пори і суттєво менших розмірів. При збільшенні числа атомів в ізомерному спирті сополімери виходять з більш однорідними за розмірами порами, а сумарний об'єм пор зменшується. Найкращими порообразователя вважаються первинні одноатомні аліфатичні спирти.
Селективність. У зв'язку з проблемами прямого виборчого визначення елементів у складній суміші та вилучення металів при комплексній переробці руд і з технологічних розчинів у гідрометалургії виник інтерес до селективним сорбентам.
Селективність іонообмінних сорбентів визначається двома факторами. З одного боку, при звичайному типі обміну (наприклад, катіони на катіони) селективність може бути обумовлена ​​точною відповідністю розмірів пор сорбенту розміром гідратованого радіуса іона елементи: іони з великими радіусами не входять в обсяг зерна іоніти (ситовій ефект), а іони занадто малих розмірів характеризуються меншою енергією сорбції. Такий ефект проявляється тим більш чітко, чим менше набухає сорбенту [7].
З іншого боку, селективність іонообмінних сорбентів може бути обумовлена ​​і хімічною взаємодією компонентів з функціональними групами іоніту, наприклад комплексоутворення металів, появою крім іонної додаткової координаційної зв'язку з атомами функціональних груп. Для металів типу заліза, урану, рідкоземельних елементів характерне утворення комплексних сполук з киснем в якості адденда; невипадково селективними по залізу є іоніти з великим числом фенольних груп, а по урану і рідкоземельних металів - карбоксильні і фосфорнокислиє катіоніти. Кобальт, нікель, мідь, цинк, що утворюють у розчинах стійкі аміакати, селективно сорбуються аніонітами, особливо містять первинні аміногрупи.
При синтезі катіонітів в якості кислотних функціональних груп, що визначають катіонообмінні властивості, в матриці іонітів зазвичай вводять сульфогрупи, карбоксильні, фосфорнокислиє, мишьяковокіслие, сульфогідрільние та інші групи. Як сульфірующіх агентів для сополімеру стиролу і ДВБ зазвичай використовують сірчану кислоту, олеум, хлорсульфонова кислоту, в останньому випадку іоніти обмилюють гарячої (50 0 С) водою. Щоб уникнути розтріскування зерна сополимера в процесі сульфірованія залишають набухати в розчинниках (толуол, тетрахлоретилен, трихлоретилен, дихлоретан).
При синтезі аніонітів в якості основних груп, що визначають аніонообмінні властивості, в матриці іонітів зазвичай вводять первинні, вторинні, третинні аміногрупи, четвертинні амонієві підстави, гетероциклічні азотовмісні сполуки. Це багато в чому визначає силу аніонітів як підстав та їх селективність. Різноманіття конденсаційних аніонітів, в тому числі і за їх основності, визначається складом вихідних мономерів і конденсуються агентів [7].
1.4. Характеристики іонітів, вимоги до них
Практичне застосування для очищення стічних вод отримали синтетичні іонообмінні смоли. З'єднання ці складаються з просторово зшитих нерозчинних у воді вуглеводневих ланцюгів (матриці) з фіксованими на них активними йоногенних групами, що мають заряд, який нейтралізується розташованими усередині полімеру іонами протилежного знака - протиіонами, здатними вступати в реакції обміну з іонами того ж знака, що знаходяться в розчині . При негативному заряді фіксованих груп іоніти обмінює катіони (катионит), при позитивному - аніони (аніоніт).
Розрізняють такі види іонітів:
1. Сильнокислотного катіоніти, що містять сульфогрупи - SО 3 Н або фосфорнокислиє групи - РО (ОН) 2, і сильноосновними аніоніти, що містять четвертинні амонієві підстави - ​​N + (R) 3. До даного виду іонітів відносяться, наприклад, катіонів та аніонів.
Рівноважна (статична) обмінна ємність цих іонітів по відношенню до різних іонів залишається постійною (максимальної) в широкому інтервалі рН.
2. Слабокислотні катіоніти, що містять карбоксильні - СООН і фенольні ОН групи, диссоциирующие при рН> 7, а також слабоосновние аніоніти, що містять первинні - NН 2 і вторинні - NН - аміногрупи (наприклад аніоніти), диссоциирующие при рН <7.
3. Іоніти змішаного типу, що проявляють властивості суміші сильної і слабкої кислот або підстав. Так, катіоніт містить сульфогрупп і фенольних групу.
4. Іоніти, обмінна ємність яких поступово змінюється в широкому інтервалі рН. Вони ведуть себе подібно суміші кислот і основ різної сили [6].
Особливу групу представляють окислювально-відновні полімери або редоксіти, що володіють здатністю до окисно-відновних реакцій.
При зіткненні іонітів з водою відбувається їх набухання. Зазвичай застосовуються промислові зразки іонітів збільшують свій об'єм при набуханні в 1,5-2 рази.
Однією з основних характеристик іонітів є обмінна ємність, гранична величина якої визначається числом йоногенних груп. Повна ємність іоніту - кількість грам - еквівалентів іонів, що знаходяться у воді, яке може поглинути 1м 3 іоніти до повного насичення. Робоча ємність іоніту - кількість грам - еквівалентів іонів, яке може поглинути 1м 3 іоніту в фільтрі при обробці води до початку проскакування у фільтрат поглинаються іонів.
Характерною особливістю іонітів, важливою для практичного використання, є їх оборотність, тобто можливість проведення реакцій у зворотному напрямку. Це дає можливість виробляти регенерацію іонітів [6].
Катіоніти "включає сильнокислотного катіоніти КУ-2-8, КУ-2-8чС, КУ-2-20, КУ-1, КУ-23 (в модифікаціях 10/60, 12/18, 15/100, 30/100) і слабокислотні катіоніти КБ-2, КБ-2-4, КБ-4, КБ-4П-2, КБ-4-10П, КБ-2-7П, КБ-2-10П. ГОСТ 20301-74 "Смоли іонообмінні. Аніоніти "включає високоосновні аніоніти АВ-17-8, АВ-17-8чС, АВ-17П (в модифікаціях 10П / 0,6; 10П / 0,8; 12П / 1,0), АВ-29-12П, АВ- 16ГС і низькоосновних АН-21 (в модифікаціях 6 і 14), АН-18-8, АН-22-8, АН-221, АН-18П (в модифікаціях 10П і 12П), АН-31, АН-1, АН -2ФН, ЕДЕ-10П. В обох ГОСТах містяться вимоги і норми по гранулометричному складу іонітів (розмір зерен, вміст робочої фракції, ефективний розмір зерен, коефіцієнт однорідності), вмісту вологи, питомій обсягом катіонітів в Н + і Nа + - формах і аніонітів в ОН - формі, питомої поверхні, повної і рівноважної статичної обмінної ємності (для низькоосновних аніонітів тільки ПСОЕ), динамічної обмінної ємності (для катіонітів - при повній і часткової регенерації), перманганатная окислюваності та рН фільтрату, осмотичної стабільності, вмісту заліза і хлору; для аніонітів додатково нормуються змістом лугу, карбонатів і знебарвлююча їх здатність.
Сильнокислотного катионит КУ-2-8 (ГОСТ 20298-74) має структуру гелю, містить тільки один вид іонообмінних груп - сульфогрупп. Катіоніт отримують сульфування гранульного сополімеру стиролу з 8% дівінілбензола. Насипна щільність товарного катіоніту 0,8 т / м 3. Обмінна ємність в динамічних умовах при повній регенерації 1360 екв / м 3. В Н + - формі катионит може працювати у водних розчинах при 110-120 0 С. При температурі до 170 0 С відносні втрати обмінної ємності внаслідок десульфірування помітно зростають і через 24 год досягають 19,5%. Катіоніт відрізняється високою хімічною стійкістю в розбавлених розчинах лугів і кислот, органічних розчинниках і деяких окислювачах. Кип'ятіння катіоніту в 5М розчині Н 2 SO 4 або NаОН, в 1 М НNO 3 і 10% - ному розчині Н 2 О 2 не знижує повну обмінну ємність в статичних умовах [6].
Сильнокислотного катионит КУ-2-8чС (ГОСТ 20298-74) являє собою модифікацію катіоніту КУ-2-8 і відрізняється від нього особливою чистотою. Застосовується для глибокого знесолення води і розділення сумішей різних елементів.
Сильнокислотного катионит КУ-2-20 (ГОСТ 20298-74) має гелеву структуру і відрізняється від КУ-2-8 високим (20%) вмістом дівінілбензола. Випускається в Н + - формі, застосовується для очищення розчинів гальванічних виробництв.
Сильнокислотного катионит КУ-23 (ГОСТ 20298-74) (хімічний аналог катіоніту КУ-2-8) має макропористий структуру, містить лише сульфогруп. Його отримують сульфування гранульного макропористого сополімеру стиролу з дівінілбензолом. Відрізняється від катіоніту КУ-2-8 дещо меншою обмінної ємністю. Макропористий структура катіоніту забезпечує його поліпшені кінетичні властивості і підвищену осмотичну стабільність.
Високоосновні аніоніт АВ-17-8 (ГОСТ 20301-74) має гелеву структуру, містить тільки один вид йоногенних груп четвертинні амонієві підстави. Отримують хлорметілірованіем сополімеру стиролу з 8% дівінілбензола з наступним взаємодією з тріметіламін. При кімнатній температурі аніоніт порівняно стійкий до дії розбавлених кислот, лугів і окисників. При кип'ятінні протягом 30 хв. в 5М розчинах лугів і сірчаної кислоти обмінна ємність в статичних умовах знижується відповідно на 14 і 7%, при взаємодії з 10% - ним розчином Н 2 О 2 при кімнатній температурі протягом 48г - на 16,4%. Температурні межі його використання залежать від вимог, що пред'являються до знесоленої воді, і складають 40-45 0 С при обескремніюваний води (вміст кремнієвої кислоти в фільтраті 10-15мкг/кг) і 85-90 0 С при сорбції аніонів мінеральних кислот.
Аніоніт АВ-17-8чС (ГОСТ 20301-74) є модифікацією аніоніта АВ-17-8 і відрізняється особливою чистотою.
Високоосновні аніоніт АВ-29-12П (ГОСТ 20301-74) має макропористий структуру. Отримують суспензійний сополимеризацией стиролу і ДВБ у присутності порообразователя з наступним хлорметілірованіем, а потім амінування сополимера діметілетаноламіном. За хімічної і термічної стабільності дещо поступається аніоніти АВ-17-8, але має більш легкої регенерованої. Призначається для процесів водопідготовки при невисоких вимогах до залишковим змістом аніонів кремнієвої та вугільної кислот і для очищення стічних вод [7].

1.5. Регенерація іонітів

У 1978р. компанія Degremont запантентовали і запропонувала споживачам противоточную технологію регенерації іонітів під назвою UFD. За цією технологією робочий цикл здійснюється зверху вниз, а регенерація - знизу вгору. Весь внутрішній об'єм фільтра заповнюється активної смолою. Наявність інертного матеріалу не є обов'язковим, і якщо він застосовується, то виключно для захисту верхнього розподільного пристрою від іонітні дрібниці (аналогічно технології SCHWEBEBETT). Завдяки такому завантаженні фільтра шар іоніту завжди знаходиться в затиснутому стані (як при проведенні робочого циклу, так і при регенерації); забезпечуються варіювання робочих швидкостей потоків в дуже широкому діапазоні і можливість чергування технологічних зупинок з відновленням робочого циклу. Конструкція фільтра відрізняється простотою. Є верхнє і нижнє розподільні пристрої, а у верхній частині фільтру встановлено штуцер для гідроперегрузкі іоніту, який забезпечує можливість видалення 30 ... 50% іоніту в зовнішню ємність для промивання розпушування. Залишився в фільтрі іоніти також подтвергается розпушування.
Технологія UFD дозволяє ефективно видаляти накопичилися за час проведення робочого циклу завислі речовини та іонітні дріб'язок і запобігати цим поява однією з проблем, властивих протиточним технологіям. Однак виникає інше, більш істотний, недолік (необхідність проведення подвійної регенерації після кожного розпушування), який зводить до нуля переваги протитоку, засновані на економії реагентів.
Технологія UPCORE є зареєстрованою торговою маркою компанії Dow Chemical [13].
На перший погляд, UPCORE ідентична SCHWEBEBETT: також практично весь обсяг фільтра заповнений активної смолою, над якою знаходиться шар плаваючого інертного матеріалу. Але за позірним зовнішньою схожістю ховаються принципові відмінності. По - перше, робочий цикл проводиться зверху вниз, а регенерація - знизу вгору. По - друге, застосовуваний для UPCORE інертний матеріал корінним чином відрізняється за своїми характеристиками від використовуваного для SCHWEBEBETT. У UPCORE він повинен затримувати у фільтрі тільки цілі, незруйнована зерна смоли, забезпечуючи можливість вільного переміщення високодисперсних суспензій і фрагментів зерен, а в SCHWEBEBETT - перешкодити потраплянню в технологічний тракт будь-яких дисперсій. Простота і зручність експлуатації, властиві прямоточною технології (відносно невисока вартість конструкції фільтра, можливість зміни робочого навантаження в широкому діапазоні, необмежена ступінь свободи в чергуванні технологічних зупинок з відновленням робочого циклу), також є незаперечними перевагами і для UPCORE, завдяки абсолютній ідентичності робочого циклу в обох технологіях.
Зважені речовини, що надходять у фільтр з оброблюваної водою, акумулюються головним чином на поверхні шару завантаження (і частково у верхніх шарах), звідки вони ефективно віддаляються при проведенні операції "затиснення" шару на стадії регенерації. Важливим достоїнством розглянутої технології є можливість видалення з шару смоли накопичених суспензій безпосередньо в робочому фільтрі (тобто без гідроперегрузкі іоніти).
Ефективність очищення шару іоніту від суспензій може бути істотно підвищена барботажем повітря [13].
Необхідно відзначити, що концентраційна характеристика, використовувана в Росії для оцінки кількості зважених речовин, не є об'єктивною, якщо потрібно визначити ступінь застосовності тієї чи іншої технології протиточного іонірованія в конкретних умовах експлуатації. Справді, при тривалому фільтроциклу кількість суспензій, що надходять у іонітні фільтр з оброблюваної водою (навіть якщо їх концентрація і незначна), може виявитися істотно великим в абсолютному вираженні, ніж в умовах короткого фільтроциклу (нехай навіть і при більш високій вихідної концентрації дисперсій) .
За UPCORE в даний час у світі працює близько 700 установок демінералізації і пом'якшення. При цьому вихідна вода, що надходить на іонірованіе має робочі параметри надзвичайно широкого діапазону:
Солевміст, мг-екв / л 1 .. 15
Зміст, мг / л:
Органічних домішок
(За перманганатная окислюваності) до 120
кремнієві кислоти
(По діоксиду кремнію) до 130
суспензій 0,1 ... 15
Експлуатовані протиточні фільтри, оснащені розподільними пристроями у вигляді як променевих систем, так і хибних днищ (діаметри 0,5 .. 4м, висота шару завантаження 1 ... 4м) забезпечують продуктивність одиничного фільтра в робочому режимі 5 ... 600м 3 / ч. Для регенерації іонітів по UPCORE в залежності від конкретної області застосування з успіхом використовуються розчини солі, луги, сірчаної, соляної та азотної кислот.
Дана технологія вільна від недоліків, притаманних більшості інших протиточних технологій, виключно проста і надійна в експлуатації. Її застосування дозволяє мінімізувати обсяг капітальних витрат при створенні (а особливо при реконструкції діючих) ВПУ та експлуатаційні витрати. Технологія UPCORE в останню чверть минулого століття стала найбільш широко застосовується противоточной регенерацією у світі [13].
Методи протиточного іонірованія звичайно застосовуються на ВПУ для зм'якшування і демінералізації. Вибір технології SCHWEBEBETT для пом'якшення води може виявитися кращим у порівнянні з UPCORE в тих випадках, коли:
· Вода, що подається на пом'якшення, практично вільна від зважених речовин;
· Продуктивність установки постійна;
· Відсутня необхідність в технологічних зупину.
Завдяки тому що регенерація по SCHWEBEBETT проводиться зверху вниз і немає необхідності в затиску шару, ущільненого під власною вагою, можна знизити лінійну швидкість подачі концентрованого (8-12%) сольового розчину (наприклад, до 5 м / год). Це, у свою чергу, дозволяє мінімізувати споживання солі (доводячи його до рівня 120% від стехіометричного співвідношення), забезпечуючи при цьому необхідну тривалість контакту реагенту з катионитом, одночасно скорочуючи споживання води на відмивання і зменшуючи обсяг утворюються сольових стоків. При проведенні регенерації по UPCORE (знизу вгору) можливість для подібного зниження витрати потоку реагенту відсутня, так як при низькій лінійної швидкості несучого потоку шар іоніту разуплотнітся і буде перемішуватися. Тому, якщо потрібно мінімізувати питома витрата солі на регенерацію при реконструкції існуючої прямоточною схеми використовуючи UPCORE для пом'якшення, часто доводиться нарощувати циліндричну частину обичайки фільтру і збільшувати висоту шару завантаження катіоніту (а це призводить до додаткових витрат і зростанням споживання води на відмивання).
Необхідно також відзначити випадки, коли застосовувати SCHWEBEBETT виявляється доцільно і для демінералізації води. Перш за все це установки малої продуктивності (до 10 ... 15 м 3 / год) з постійної робочої навантаженням по знесоленої воді [13].
У сучасних комплексних технологіях водопідготовки поєднують мембранні методи очищення з іонним обміном та (або) електродеіонізаціей. Використання мембранних технологій (ультра-, нанофільтрації та зворотного осмосу) перед іонним обміном гарантує практично повну відсутність суспензій у воді, що надходить на іонітні фільтри. Тому коли не потрібно отримувати знесоленої воду із залишковою електропровідністю менше 0,1 мкСм / см, застосування роздільного Н - ОН - іонірованія по SCHWEBEBETT (якщо продуктивність установки постійна і відсутня необхідність в технологічних зупину) є технологічно і економічно виправданим навіть у порівнянні з фільтрами змішаного дії.
Розглядаючи проблеми застосування протитоку, нелязя не обговорювати питання вибору використовуваних технологічних схем, обладнання та іонітів, так як саме це визначає можливість досягнення максимального позитивного ефекту від впровадження протитоку. Конструкції фільтрів повинні бути оптимізовані або, принаймні, адаптовані до особливостей конкретної противоточной технології. Якщо працездатність противоточной технології прямо не залежить від вибору іоніту, то показники її ефективності (якість результатів, що досягаються, капітальні витрати і витрати при експлуатації) - залежать безпосередньо.
На закінчення необхідно відзначити, що домогтися максимальної ефективності при використанні будь-якої противоточной технології можна тільки шляхом комплексного підходу, в якому оптимальність вибору технології повинна обов'язково поєднуватися з оптимальними режимними параметрами роботи установки, з конструктивними характеристиками основного і допоміжного обладнання, з грамотним вибором типу та якісних показників застосовуваних іонітів і, нарешті, при скрупульозному дотриманні положень технологічного регламенту. Нехтування навіть одним з перерахованих критеріїв може знизити ефективність (економічність) експлуатації ВПУ, що буде служити додатковим фактором, що підштовхує споживачів до вибору електродеіонізаціі в якості альтернативи іонного обміну в процесах демінералізації води [13].

Глава 2. Методика експерименту

2.1. Підготовка іонітів та модельної стічних води

Колонка для проведення іонного обміну представляла собою скляну бюретку на 50мл, закріплену в штативі. У вузьку її частина помістили скловолокна, а потім заповнювали бюретку суспензією аніоніта АВ-17-8, в ОН - формі, який попередньо замочували в невеликій кількості дистильованої води для набухання. Легким постукуванням ущільнювали аніоніт в колонці.

2.1.2. Підготовка модельного розчину стічних води

Модельний розчин промстоки з вмістом Сr (VI) 100 мг / л і рН = 2 (кисле середовище)
Приготування: 58 мл 0,1 н розчину До 2 Cr 2 О 7 і 100 мл 0,1 н розчину Н 2 SO 4 розбавили у мірній колбі до 1 літра дистильованою водою (вихідний 0,1 н розчин К 2 Сr 2 О 7 готували фіксанала) .
Модельний розчин промстоки з вмістом Сr (VI) 200 мг / л і рН = 2 (кисле середовище)
Приготування: 116 мл 0,1 н розчину К 2 Сr 2 О 7 і 200 мл 0,1 н розчину Н 2 SO 4 розбавили у мірній колбі до 1 літра дистильованою водою.
Модельний розчин промстоки з вмістом Сr (VI) 300 мг / л і рН = 2 (кисле середовище)
Приготування: 174 мл 0,1 н розчину К 2 Сr 2 О 7 і 300 мл 0,1 н розчину Н 2 SO 4 розбавили у мірній колбі до 1 літра дистильованою водою.
Модельний розчин промстоки з вмістом Сr (VI) 100 мг / л і рН = 7 (нейтральне середовище)
Приготування: 58 мл 0,1 н розчину К 2 Сr 2 О 7 розбавили до 1 літра дистильованою водою у мірній колбі.
Модельний розчин промстоки з вмістом Сr (VI) 200 мг / л і рН = 7 (нейтральне середовище)
Приготування: 116 мг / л 0,1 н розчину К 2 Сr 2 О 7 розбавили до 1 літра дистильованою водою у мірній колбі [15].
Модельний розчин промстоки з вмістом Сr (VI) 300мг / л і рН = 7 (нейтральне середовище)
Приготування: 174 мг / л 0,1 н розчину К 2 Сr 2 О 7 розбавили до 1 літра дистильованою водою у мірній колбі.
Модельний розчин промстоки з вмістом Сr (VI) 300 мг / л і рН = 9 (лужне середовище)
Приготування: 174 мл 0,1 н розчину К 2 Сr 2 О 7 розбавили у мірній колбі до 1 літра дистильованою водою. По краплях додавали NaOH до досягнення рН = 9 (рН вимірювали на рН - метрі "Seven Easy").
Модельний розчин промстоки з вмістом Сr (VI) 300мг / л і хлорид - іони
Приготування: 174 мл розчину К 2 Сr 2 О 7 розбавили до 1 літра дистильованої водою і додавали близько 10 мл NaСI [15].

2.2. Визначення вмісту хрому (VI) фотоколориметричним методом

Фотоколориметричний метод заснований на законі світлопоглинання Бугера - Ламберта - Бера.
I = I 0 -10 - ε λ З L
Де: I - шар речовини
I 0 - інтенсивність падаючого світлового потоку
ε λ - величина молярного коефіцієнта поглинання
С - концентрація поглинаючої речовини
L - товщина шару розчину
Величина молярного коефіцієнта поглинання залежить від довжини хвилі прохідного світла, температури розчину і природи розчиненої речовини.
Молярний коефіцієнт поглинання відображає індивідуальні властивості забарвлених сполук і є їх визначальною характеристикою [16].
Визначення хромат - іонів засноване на реакції з дифенілкарбазидом, в результаті якої утворюється з'єднання яскраво-рожевого кольору. Вимірювання оптичної щільності проводили на фотоелектроколориметри КФК-2-УХЛ 4.2 при довжині хвилі 540нм, товщина кювет 30мм, використовуючи метод калібрувального графіка [15].
Побудова калібрувального графіка. Для побудови калібрувального графіка готували розчини К 2 Сr 2 О 7 наступних концентрацій: 0,00004; 0,0001; 0,0002; 0,0003; 0,0004; 0,0006; 0,0008; 0,001 мг / мл.
У мірні колби ємністю 100 мл відміряли за допомогою бюретки 0 (неодружена проба), 2,5,10,15,20,30,40,50 мл стандартного розчину (1 мл стандартного розчину містить 0,002 мг Сr (VI)). У кожну колбу додавали дистильовану воду до 50 мл, потім за допомогою мірних циліндрів доливали 1 мл Н 2 SO 4 (1:1), 3 мл Н 3 РО 4 (1:1) перемішували і додавали піпеткою 2 мл дифенілкарбазидом. Доводили об'єм дистильованою водою до 100 мл, перемішували і через 5-10 хвилин вимірювали оптичну щільність (Д). За результатами вимірювання оптичної щільності побудували калібрувальний графік в координатах Д иссл, С (концентрація) Сr (VI) [15].

2.3. Очищення стічної води на аніонних

Очищення проводили на аніонних АВ-17-8, пропускаючи по 300 мл модельних стоків (п.2.1.2) через колонку з аніонітів зі швидкістю 13 мл / с. Маса сухого аніоніта становила 10г; обсяг набряклого аніоніта у колонці = 38,5 мл. У очищеної воді визначили концентрацію СrO 4 2 - з вимірювання оптичної щільності знайшли по калібрувальним графіком, чому дорівнює концентрація.

2.4. Регенерація СrО 2 - 4

Після пропускання через аніонітную колонку модельних стоків, її промивали кілька разів дистильованою водою і 5% NaOH, до значення рН = 10-11. Потім збирали промивної розчин для визначення (оптичної щільності і концентрації СrО 4 2 - в ньому.
Для контролю за вмістом регенерованого СrО 2 - 4 відбирали за допомогою піпетки 1 мл промивного розчину і додавали в нього 1мл Н 2 SO 4 (1:1), 3мл Н 3 РО 4 (1:1) перемішували і додавали піпеткою 2мл дифенілкарбазидом. Доводили об'єм дистильованою водою до 100 мл і через 10-15 хвилин визначали оптичну щільність (Д).

2.5. Нейтралізація стоків, що містять ціаніди

Нейтралізація полягає в окисленні ціанідів до ціанатів газоподібним хлором:
СN - + 2 ОН - + Cl 2 → СNО - + 2Cl - + Н 2 О.
Після подачі 10%-го розчину лугу NaOH (доводять рН до 13 ¸ 14) у резервуар подають газоподібний хлор. Після перемішування для завершення реакції стоки зберігаються в спокійному стані 40-45 хвилин. У знешкоджених промстоків проводиться аналіз на ціаніди і залишковий хлор у хімлабораторії. Зміст залишкового хлору має бути не більше 20 мг / л.
У разі виявлення залишків ціану до стоків в реактор знову додається хлор, проводиться перемішування і відстоювання. Після повторного аналізу, за умови відсутності ціанідів, стоки перекачуються насосами в змішувач тими ж насосами, що перекачують нейтралізовані хромові стоки.
У процесі подачі хлору особливо слід стежити за рН стоків, оскільки при зниженні рН при хлоруванні можливе утворення надзвичайно отруйного хлорціан:
СN + Сl = СNСl.
Така реакція виникає при наявності побічних продуктів, наприклад гіпосульфіту натрію. Для гарантії від освіти небезпечного хлорціан рекомендується процес нейтралізації проводити при рН = 13 ¸ 14 [11].

2.6. Визначення вмісту ціанідів у стічних водах


Фотометричний метод визначення масової концентрації ціанідів заснований на перетворенні ціаніду в хлорціан і взаємодії останнього з піридином і барбітурової кислотою [12].
  Методика визначення ціанідів
Потрібно взяти 5 мл випробуваної води і паралельно зробити холосту пробу при рН = 5 ¸ 8. Додати 0,2 мл хлораміну Т 0,1% і 0,6 мл змішаного реактиву (15см 3 піридин і 3г барбітурової кислоти, 3см 3 HCl до в колбі ємністю 50 см 3). Пробу витримати 10 хв і потім виміряти оптичну щільність на фотоколориметр.
Побудова калібрувального графіка
Вимірювання проводять при l = 540 нм, товщина кювети 10 мм , Неодружена проба - вода.
Для побудови калібрувального графіка готують стандартний розчин. 1мл стандартного розчину містить 0,5 мкг / дм 3 ціанідів.

Глава 3. Результати та їх обговорення

3.1. Очищення стічних вод від хромат-іонів

Розрахунок повної обмінної ємності.
На доведення рН розчину до 10-11било витрачено розчину NaCI 10 мл
а) витрачено на титрування 6мл 0,1 н р-ра НСl
б) витрачено на титрування 6,5 мл НСl
Середній обсяг дорівнює 6,25 мл
З NaOH = C HCl · V HCl / V NaCI = 0,1 · 6,25 / 10 = 0,0625 моль / л
Поїдьте = Vобщ · З NaOH / m аніоніта
де: Vобщ - сумарний об'єм розчину, що містить витиснену зі смоли луг, л
С - концентрація лугу, моль / л
Поїдьте = 88 · 0,0625 / 10 = 0,55 ммоль / г
Побудова калібрувального графіка
Таблиця 3
№ проби
(Мл)
Оптична щільність, D
Концентрація, З мг / л
2
0,07
0,04
5
0,16
0,1
10
0,31
0,2
15
0,485
0,3
20
0,64
0,4
30
0,95
0,6
40
1,3
0,8
50
1,5
1,0
\ S Рис.1. Калібрувальний графік. Залежність оптичної щільності від концентрації СrО 2 - 4.
1.1. Визначення концентрації Сr (VI) в модельному стоці після очищення.
За даними вимірювальної оптичної щільності будуємо калібрувальний графік по ньому визначаємо концентрацію після очищення.
Концентрацію розраховували за формулою:
С (Сr (VI)) = С · 1000 / V
де: С - вміст Сr (VI), знайдена за калібрувальним графіком, мг / л
V - об'єм проби, взятий для аналізу, мл.

Визначення концентрації модельного розчину з початковим змістом Сr (VI) 100 мг / л і рH = 2 (кисле середовище)
С (Сr (VI)) = 0,04 · 1000 / 40 = 1,0 мг / л
С (Сr (VI)) = 0,05 · 1000 / 50 = 1,0 мг / л
Визначення середньої концентрації
Рср (Сr (VI)) = (1,0 + 1,0) / 2 = 1,0 мг / л
Визначення концентрації модельного розчину з початковим змістом Сr (VI) 200 мг / л і рН = 2 (кисле середовище)
С (Сr (VI)) = 0,1 · 1000 / 40 = 2,5 мг / л
С (Сr (VI)) = 0,13 · 1000 / 50 = 2,6 мг / л
Визначення середньої концентрації
Рср (Сr (VI)) = (2,5 + 2,6) / 2 = 2,55 мг / л

Визначення концентрації модельного розчину з початковим змістом Сr (VI) 300 мг / л і рН = 2 (кисле середовище)
С (Сr (VI)) = 0,14 · 1000 / 40 = 3,5 мг / л
С (Сr (VI)) = 0,18 · 1000 / 50 = 3,6 мг / л
Визначення середньої концентрації
Рср (Сr (VI)) = (3,5 + 3,6) / 2 = 3,55 мг / л

Визначення концентрації модельного розчину з початковим змістом Сr (VI) 100 мг / л і рН = 7 (нейтральне середовище)
С (Сr (VI)) = 0,03 · 1000 / 40 = 0,75 мг / л
С (Сr (VI)) = 0,04 · 1000 / 50 = 0,8 мг / л
Визначення середньої концентрації
Рср (Сr (VI)) = (0,75 + 0,8) / 2 = 0,775 мг / л
Визначення концентрації модельного розчину з початковим змістом Сr (VI) 200 мг / л і рН = 7 (нейтральне середовище)
С (Сr (VI)) = 0,07 · 1000 / 40 = 1,75 мг / л
С (Сr (VI)) = 0,08 · 1000 / 50 = 1,6 мг / л
Визначення середньої концентрації
Рср (Сr (VI)) = (1,75 + 1,6) / 2 = 1,675 мг / л
Визначення концентрації модельного розчину з початковим змістом Сr (VI) 300 мг / л і рН = 7 (нейтральне середовище)
С (Сr (VI)) = 0,37 · 1000 / 40 = 9,25 мг / л
С (Сr (VI)) = 0,47 · 1000 / 50 = 9,4 мг / л
Визначення середньої концентрації
Рср (Сr (VI)) = (9,25 + 9,4) / 2 = 9,325 мг / л
Визначення концентрації модельного розчину з початковим змістом Сr (VI) 300 мг / л і рН = 9 (лужне середовище)
С (Сr (VI)) = 0,02 · 1000 / 40 = 0,5 мг / л
С (Сr (VI)) = 0,15 · 1000 / 50 = 3 мг / л
Визначення середньої концентрації
Рср (Сr (VI)) = (0,5 + 3) / 2 = 1,75 мг / л
Визначення концентрації модельного розчину з початковим змістом Сr (VI) 300 мг / л у присутності хлорид іонів
С (Сr (VI)) = 0,15 · 1000 / 40 = 3,75 мг / л
С (Сr (VI)) = 0,17 · 1000 / 50 = 3,4 мг / л
Визначення середньої концентрації
Рср (Сr (VI)) = (3,75 + 3,4) / 2 = 3,575 мг / л

Ступені очищення розраховували за формулою:
Ст.оч. = ((С 0 - С К) / С 0) · 100%
де: С 0 - початкова концентрація СrО 4 2 -
С К - кінцева концентрація СrО 4 2 -
Визначення ступеня очищення для модельного розчину з вмістом Сr (VI) 100 мг / л, рН = 2
Ст.оч. = ((100 - 1) / 100) · 100% = 99%
Визначення ступеня очищення для модельного розчину з вмістом Сr (VI) 200 мг / л, рН = 2
Ст.оч. = ((200 - 2,55) / 200) · 100% = 99%
Визначення ступеня очищення для модельного розчину з вмістом Сr (VI) 300 мг / л, рН = 2
Ст.оч. = ((300 - 3,55) / 300) · 100% = 99%
Визначення ступеня очищення для модельного розчину з вмістом Сr (VI) 100 мг / л, рН = 7
Ст.оч. = ((100 - 0,775) / 100) · 100% = 99%
Визначення ступеня очищення для модельного розчину з вмістом Сr (VI) 200 мг / л, рН = 7
Ст.оч. = ((200 - 1,675) / 200) · 100% = 99%
Визначення ступеня очищення для модельного розчину з вмістом Сr (VI) 300 мг / л, рН = 7
Ст.оч. = ((300 - 9,325) / 300) · 100% = 99%
Визначення ступеня очищення для модельного розчину з вмістом Сr (VI) 300 мг / л, рН = 9
Ст.оч. = ((300 - 1,75) / 300) · 100% = 99%
Визначення ступеня очищення для модельного розчину з вмістом Сr (VI) 300 мг / л і хлорид іони
Ст.оч. = ((300 - 3,575) / 300) · 100% = 99%
Вплив рН середовища на ступінь очищення
рН середовища не впливає на ступінь очищення. Аніоніт повністю впорався з очищенням при всіх значеннях рН у вивченому інтервалі (табл. 4, 5, 6)

3.1.2. Визначення концентрацій хромат - іонів в промивних розчинах.

Промивної розчин 100 мг / л (кисле середовище)
С (Сr (VI)) = С · 1000 / V
С (Сr (VI)) = 0,03 · 1000 / 1 мл = 30мг / л
Промивної розчин 200 мг / л (кисле середовище)
С (Сr (VI)) = С · 1000 / V
С (Сr (VI)) = 0,022 · 1000 / 1 мл = 22мг / л
Промивної розчин 300 мг / л (кисле середовище)
С (Сr (VI)) = С · 1000 / V
С (Сr (VI)) = 0,04 · 1000 / 1 мл = 40мг / л
Промивної розчин 100 мг / л (нейтральне середовище)
С (Сr (VI)) = С · 1000 / V
С (Сr (VI)) = 0,08 · 1000 / 1 мл = 80 мг / л
Промивної розчин 200 мг / л (нейтральне середовище)
С (Сr (VI)) = С · 1000 / V
С (Сr (VI)) = 0,085 · 1000 / 1 мл = 85 мг / л
Промивної розчин 300 мг / л (нейтральне середовище)
С (Сr (VI)) = С · 1000 / V
С (Сr (VI)) = 0,02 · 1000 / 1 мл = 20 мг / л
Промивної розчин 300 мг / л (лужне середовище)
С (Сr (VI)) = С · 1000 / V
С (Сr (VI)) = 0,02 · 1000 / 1 мл = 20 мг / л
Промивної розчин 300 мг / л (хлорид іони)
С (Сr (VI)) = С · 1000 / V
С (Сr (VI)) = 0,035 · 1000 / 1 мл = 35 мг / л

3.1.3. Визначення величини адсорбції

a = ((C 0-C k) / m) · V [ммоль / р]
де: С 0 - початкова концентрація СrО 4 2 - [моль / л]
С К - кінцева концентрація СrО 4 2 - [моль / л]
m - маса сухого аніоніта [г]
V - об'єм розчину пропущеного через аніонітную колонку [л]
1. Величина адсорбції модельного розчину "Сr (VI) 100 мг / л, рН = 2"
а = ((1,92 * 10 -3 - 0,019 * 10 -3) / 10) · 0,3 = 0,0570 ммоль / г
Величина адсорбції модельного розчину "Сr (VI) 200 мг / л, рН = 2"
а = ((3,85 * 10 -3 - 0,049 * 10 -3) / 10) · 0,3 = 0,114 ммоль / г
Величина адсорбції модельного розчину "Сr (VI) 300 мг / л, рН = 2"
а = ((5,77 * 10 -3 - 0,068 * 10 -3) / 10) · 0,3 = 0,172 ммоль / г
2. Величина адсорбції модельного розчину "Сr (VI) 100 мг / л, рН = 7"
а = ((1,92 * 10 -3 - 0,014 * 10 -3) / 10) · 0,3 = 0,0570 ммоль / г
Величина адсорбції модельного розчину "Сr (VI) 200 мг / л, рН = 7"
а = ((3,85 * 10 -3 - 0,032 * 10 -3) / 10) · 0,3 = 0,114 ммоль / г
Величина адсорбції модельного розчину "Сr (VI) 300 мг / л, рН = 7"
а = ((5,77 * 10 -3 - 0,179 * 10 -3) / 10) · 0,3 = 0,172 ммоль / г
3. Величина адсорбції модельного розчину "Сr (VI) 300 мг / л, рН = 9"
а = ((5,77 * 10 -3 - 0,033 * 10 -3) / 10) · 0,3 = 0,172 ммоль / г
4. Величина адсорбції модельного розчину "Сr (VI) 300 мг / л і хлорид іони"
а = ((5,77 * 10 -3 - 0,068 * 10 -3) / 10) · 0,3 = 0,172 ммоль / г
Таблиця 4
Величини ступенів очищення на аніонних при початковій концентрації CrO 2 - 4
100мг / л
Початкова концентрація Cr 100 мг / л
Ступінь очищення%
Концентрація після очищення мг / л
З = 1,0
С = 0,775
Ст.оч = 99
Ст.оч = 99

Таблиця 5 Величини ступенів очищення на аніонних при початковій концентрації СrО 2 - 4 200 мг / л
Початкова концентрація Cr 200 мг / л
Ступінь очищення%
Концентрація після очищення мг / л
С = 2,55
З = 1,675
Ст.оч = 99
Ст.оч = 99
Таблиця 6
Величини ступенів очищення на аніонних при початковій концентрації СrО 2 - 4 300 мг / л
Початкова концентрація Cr 300 мг / л
Ступінь очищення%
Концентрація після очищення мг / л
З = 3,55
С = 9,325
З = 1,75
С = 3,575
Ст.оч = 99
Ст.оч = 99
Ст.оч = 99
Ст.оч = 99
Таблиця 7 Величини адсорбції хромат - іонів в залежності від різниці концентрації
Концентрація доочищення Сr (VI) моль / л (для 100 мг / л)
Концентрація після очищення СrO 2 - 4 моль / л
Величина адсорбції Сr (VI) ммоль / г
С = 1,92 * 10 -3
З = 0,016 * 10 -3
а = 0,0570
Концентрація доочищення Сr (VI) моль / л (для 200 мг / л)
Концентрація після очищення СrО 2 - 4 моль / л
Величина адсорбції Сr (VI) _оль / г
С = 3,85 * 10 -3
С = 0,040 * 10 -3
а = 0,114
Концентрація доочісткм Сr (VI) моль / л (для 300 мг / л)
Концентрація після очищення СrО 2 - 4 моль / л
Величина адсорбції Сr (VI) ммоль / г
С = 5,77 * 10 -3
С = 0,348 * 10 -3
а = 0,172
\ S
Рис. 2 Залежність величини адсорбції від концентрації СrО 2 - 4
\ S
Рис. 3 Залежність величини адсорбції від кінцевої
концентрації СrО 2 - 4
У таблицях 4-6 наведені дані по очищенню модельних стічних вод, що містять хромат - іони, шляхом іонообмінної сорбції на аніонних АВ-17-8. Зміст хрому (VI) після пропускання через аніоніт при всіх вивчених початкових концентраціях не перевищує ГДК (0,05 мг / л по токсикологическому показнику). Ступінь очищення в усіх випадках становить 99%.
На рис. 2 і 3 представлені залежності величини адсорбції СrО 2 - 4 на аніоніт від початкової і рівноважної (кінцевої) концентрації, з яких видно, що величина адсорбції збільшується зі збільшенням концентрації у вивченому інтервалі практично лінійно.
Проведення, іонного обміну при різних значеннях рН (2,7,9) показало незалежність ступеня очищення від кислотності або лужності середовища, хоча не виключено, що в сильно кислому або сильно лужному середовищі такий вплив може мати місце.
Введення іонів хлору також не вплинуло на ступінь очищення по хромат - іонів, що можна пояснити різницею в розмірах цих іонів, ступенях їх гідратації або селективністю іоніти по відношенню до хромат - іонів. Таким чином хлорид - іони не заважають видаленню хромат - іонів зі стоків за допомогою аніоніта.
Регенерація аніоніта 5%-ним розчином гідроксиду натрію протягом години і, відповідно, витяг хромат - іонів не дала позитивних результатів. Ступінь регенерації виявилася недостатньою. За - мабуть, необхідно збільшити концентрацію гідроксиду натрію або час регенерації.
Таким чином, можна визнати задовільною очищення хром містять стічних вод на аніонних АВ-17-8, якщо підібрати відповідні умови регенерації з метою повернення хромат - іонів для повторного використання.

3.2. Очищення стічних вод від ціанід - іонів

Залежність концентрації від оптичної щільності отриманого розчину наведена в табл. 8
  Таблиця 8 Залежність концентрації ціанід-іонів від оптичної щільності розчину

Утримуючі. Мкг на 5 см 3 розчину
D1
D2
D3
D4
D5
D6
D СР
1
0.050
0.015
0.015
0.015
0.015
0.015
0.015
0,015
2
0,075
0,020
0,020
0,020
0,025
0,025
0,025
0,025
3
0,125
0,035
0,035
0,035
0,045
0,045
0,045
0,040
4
0,250
0,075
0,075
0,075
0,075
0,080
0,080
0,075
5
0,500
0,15
0,15
0,15
0,17
0,17
0,17
0,160
6
1,000
0,31
0,31
0,31
0,33
0,33
0,33
0,320
7
1,250
0,39
0,39
0,39
0,41
0,41
0,41
0,400
S = 3,25
SD = 1,0355
L = ,
де L - визначення середньої оптичної щільності.
\ S
Рис. 4 Калібрувальний графік
Залежність концентрації ціанід - іонів від оптичної щільності розчину При проведенні реагентної очистки зміст ціанід - іонів зменшилася з 8,3 до 0,03 мг / л, що нижче ГДК, ступінь очищення 99,6% тому можливо використовувати реагентної очищення в цьому випадку.

Глава 4. Економічна частина

У даній роботі проводилося очищення стічної води машинобудівного підприємства, в процесі якої було використано обладнання, хімічний посуд, хімічні реактиви. У цьому розділі прораховані загальні витрати за рік на очищення стічних вод адсорбційним методом і реагентним методом.
Матеріальні витрати

Таблиця 9
Назва реактиву
Од.
Змін.
Ціна, руб. / Кг, руб. / Л
Витрати на хім. показники
Кількість (мл; шт)
Сума витрат за рік
Аніоніт АВ-17-8
гр
387,4
120
46,44
NaOH
гр
55,76
1200
66,96
NaCI
гр
79,56
1080
85,92
До 2 Сr 2 О 7 (фіксанала)
шт
128,23
24
3077,52
Н 2 SO 4 (конц.)
мл
32,13
720
23,04
Н 2 SO 4 (фіксанала)
шт
70
12
840
Н 3 РО 4
мл
112,59
360
40,56
Дифенілкарбазидом
гр
11,70
60
34,56
Спирт етиловий
мл
98,20
1200
117,6
НCI
мл
36,60
360
5,76
Дистильована вода
л
20
240
4,8
Разом:
4338,36
Для розрахунку витрат на хімічний посуд терміном використання до 6 місяців, до 1 року і більше:

Таблиця 10
Найменування
Термін використ. м-їв
Ціна матеріалу
Витрати на хім. посуд за рік
Кількість
сума
Штатив
60
554,28
1
110,86
Мірна колба на 1 літр
36
120
1
40,00
Склянки
6
34,50
2
69,00
Колби конічні
12
305,76
1
305,76
Бюретка
12
93,69
1
93,69
Піпетка
6
83,83
4
335,32
Циліндр мірний
12
394,50
2
789,00
Мірні колби
12
26,63
8
213,04
Кювети з товщиною шару до 3 см
12
59,16
2
118,32
Ділильні воронки
6
114,66
2
229,32
Разом витрат на хім. посуд
2304,31
Витрати на обладнання
Опред. витрат на обладнання = Вартість обладнання *% років. норм. амортизації
Таблиця 11
Найменування Амортиз. майна
Серед. термін експл. років
Первоначальн. Вартість руб.
Років. норма Амортиз. %
Кількість
Сума Амортиз. на рік руб.
КФК
10
19090,00
10
1
1909
рН-метр
5
7000
20
1
1400
Ваги аналітичні
10
10000
10
1
1000
Разом витрат на обладнання
4309
Витрати на з / плату
За місяць лаборант одержує 3000 рублів. Маючи 8-ми годинний робочий день і 5-ти денний робочий тиждень.
З / пл. лаб = З / пл. м * n, де
З / пл. м - заробітна плата лаборанта на місяць
N - кількість відпрацьованих місяців
Відпрацьовані. 22 дні Оклад 3000 рублів
15% р / к - 3000 * 15% = 450 рублів
Заробітна плата лаборанта за місяць
3000 +450 = 3450 рублів
Заробітна плата лаборанта за рік
3450 * 12 = 41400 рублів
ЕСН = 41400 * 26% = 10764 рублів
Всього відраховано в фонд 26% на суму 10764 рублів
Інші витрати (накладні витрати):
ПР = З / пл. лаб * 20%
ПР = 41400 * 20% = 8280 рублів
Витрати на електроенергію за рік
Експлуатація електроприладів при хімічних дослідах використовувалася 240 годин на протязі всього року, споживання електроенергії за 240 годин - 120 кВт (вартість 1 кВт - 1грн. 40коп.).
Споживання електроенергії КФК на годину 0,5 кВт, використання його 192 години. Споживання електроенергії рН - метр на годину 0,5 кВт використання його 48 годин. Витрати на електроенергію = к-ть кВт * ціна кВт
Таблиця 12
Найменування
Час використ. годину
Ціна кВ
Витрати на електроенергію
Кількість кВ
Сума
КФК
192
1,40
96
134,40
рН-метр
48
1,40
24
33,60
Разом витрат на електроенергію за рік
168
Витрати за рік на дослідження очищення стічних вод, складаються з наступних статей витрат:
Матеріальні витрати - 6647,47 рублів
Витрати на обладнання (амортизація) - 4309 рублів
Витрати на з / плату (за рік) - 60444 рублів
Витрати на електроенергію - 168 рублів
Разом: 71568,47 рублів
Витрати на очищення стічних вод реагентним методом
Матеріальні витрати
Таблиця 13
Назва реактиву
Од. ізм.
Ціна (руб)
Витрати на хім. показники
Кількість
Сума витрат за рік
Кислота фосфорна
кг
24,80
10
248
Кислота оцтова
кг
57
20
1140
Кислота сірчана
кг
9,40
20
188
Гіпохлорид кальцію
кг
10,20
3000
30600
Залізний купорос
кг
9,80
22000
215600
Поліакриламід
т
9800
8
78400
Діфенілкарбазіл
кг
506
0,4
202,40
Гідрат окису кальцію
т
2796,61
20
55932,2
Разом:
382310
Витрати на обладнання Опред. витрат на обладнання = вартість устаткування *% років. норм. Амортиз.
Таблиця 14
Найменування амортизаційного майна
Первісна вартість руб.
Років. норма Амортиз. %
Кількість
Сума Амортиз. на рік руб.
Приймальний резервуар
12325
20
1
2465
Хром-реактор
9236,90
20
3
1847,38
Ємності
44124
25
5
11031
Відцентрові насоси
15559,36
20
20
3111,88
Електричні засувки
24096
12,5
3
3012
Електрична засувка наповнення реакторів
7749,80
12,5
3
968,72
Реактор з механічною мішалкою
8618,67
20
2
1723,73
Разом витрат на обладнання:
24159,71
Поточні витрати і витрати на капітальний ремонт споруд і установок для очищення стічних вод і раціонального використання водних ресурсів становлять за рік 1562,2 тис. руб.
Витрати на заробітну плату
Аппаратчіца, яка обслуговує очисні споруди працює по 4 розряду, тарифна ставка 9 рублів, 4% шкідливості, 50% премії + 15% районний коефіцієнт.
Зарплата аппаратчіци за рік вважається:
9 * 180ч * 1,04 (4% шкідливості) * 1,5 (50% премії) * 1,15 * 12 місяців = 34875,36 рублів.
ЕСН = 34875,36 * 26% = 9067,59 рублів
Всього відраховано в фонд 26% на суму 9067,59 рублів
Інші витрати (накладні витрати):
Пр = З / пл. * 20%
Пр = 34875,36 * 20% = 6,975 рублів
Витрати на електроенергію
Витрати на електроенергію = к-ть кВ * кВ ціна
Таблиця 15
Місяць
Кількість кВ (за місяць)
Ціна кВ
Сума витрат електроенергії за рік
Січень
14976
1,26
18869,7
Лютий
17320
1,27
21996,4
Березень
15000
1,27
19050
Квітень
10600
1,27
13462
Травень
17000
1,27
21590
Червень
1832
1,37
2509,84
Липень
1000
1,37
1370
Серпень
1508
1,39
2096,12
Вересень
3608
1,39
5015,12
Жовтень
15080
1,39
20961,2
Листопад
16944
1,39
23552,16
Грудень
16600
1,39
23074
Разом:
173546,54
Витрати за рік на очисні споруди, які складаються з наступних статей витрат:
- Матеріальні витрати - 382310 крб.;
- Витрати на обладнання (амортизація) - 24159,71 руб.;
- Витрати на капітальний ремонт споруд і установок - 1562,2 руб.;
- Витрати на заробітну плату - 43949,93 руб.;
- Витрати на електроенергію - 625528,38 руб.;
Разом: 625528,38 руб.
Порівняння методів очищення стічних вод
Таблиця 16
Метод очищення стічних вод
Витрати за рік
Матеріальні витрати, руб.
Витрати на обладнанні-ня, крб.
Витрати на заробітну плату, руб.
Витрати на
Електрое-нергію, руб.
Загальні витрати, руб.
Реагентний метод
382310
25722
43949,93
173546,54
625528,47
Адсорбційний метод
6647,47
4309
60444
168
71568,47
Реагентний метод / адсорбційний метод = 625528,47 / 71568,47 = 8,7 разів.
Після проведеного економічного розрахунку можна зробити висновок, що адсорбційний метод очищення стічних вод, а саме іонообмінна адсорбція, в 8,7 разів дешевше реагентного методу.

Висновки

1. З метою оцінки можливості знешкодження ціанід - і хромат - містять стічних вод гальванічних цехів досліджено їх реагентна і сорбційна очищення.
2. Встановлено, що реагентний метод дозволяє досягати ГДК по ціанід - іонів, а метод іонообмінної сорбції на аніонних АВ-17-8 по хромат - іонів.
3. Розраховано величини питомої адсорбції хромат - іонів на аніонів. Ізотерми адсорбції мають висхідний характер.
4. Виявлено, що введення іонів хлору в модельний хромат містить стік, а також зміна його рН не впливає на ступінь очищення на аніонів.
5. Проведена регенерація хромат - іонів і (аніоніта), що показала необхідність збільшення її тривалості.
6. Визначено витрати на очищення реагентним і іонообмінним методом. Показано, що іонообмінна сорбція в 8,7 разів дешевше реагентного методу, що дає можливість рекомендувати іонний обмін для очищення від хромат - іонів.

Бібліографічний список

1. Бєлов С.В., Барбінов Ф.А., Козьяков А.Ф. та ін "Охорона навколишнього середовища", - М.: Вищ. шк., 1991р.-339с (56-70С).
2. Богословська Т.М. "Фотоколориметрия", Методичні вказівки, Омськ-1977р-31с (4-5)
3. Виноградова Л.Д., Крюкова Л.М., "Контроль якості води". Методичні Вказівки, Омськ-1997-38с (26-28).
4. Громов С.Л. Журнал "Теплоенергетика" № 11 2006р., Розділ: Водопідготовка - Регенерація іонітів.
5. Довгоносого А.М. "Іонний обмін і іонна хроматографія" М.: Хімія, 1993р.-360С (78-80).
6. Єршов Ю.А., Попков В.А. та ін "Загальна хімія". "Біофізична хімія". "Хімія біогенних елементів". Учеб. Для вузів - 2-е вид., М.: Вищ. шк., 2000-560с (264-266).
7. Жуков О.І., Монгайт І.Л., Родзіллер І.Д. "Методи очищення виробничих стічних вод", - М.: Хімія, 1996-345с (201-210с).
8. Кіровська І.А., "Колоїдна хімія". Поверхневі явища ". Навчальний посібник, Омськ-1998-176с (122-124).
9. Крамаренко В.Ф. "Токсикологічна хімія", М.: Вищ. шк., 1996-350С (362-364).
10. Методика виконання вимірювань масової концентрації ціанідів у природних і стічних водах фотометричним методом з піридином і барбітурової кислотою.
11. Виробнича інструкція. Для працівників очисних споруд по знешкодженню хромсодержащих і кислотно-лужних стічних вод.
12. Виробнича інструкція. Для працівників очисних споруд з прийому ціансодержащіх стічних вод та їх знешкодженню.
13. Проскуряков В.А., Шмідт Л.І., "Очищення стічних вод в хімічній промисловості" Л.: Хімія, 1977-463с (310-312).
14. Скороходова В.А. "Очищення стічних вод" Омськ-1982-360С (194-198).
15. Технологічна інструкція з нейтралізації розчинів ванн перед спуском в каналізацію.
16. Філов В.А. "Шкідливі хімічні речовини". "Неорганічні сполуки елементів V-VIII груп" - М.: Хімія, 1998-600С (308-311).
17. Чікін Г.А., Мягков О.М., "Іонообмінні методи очищення речовин". Навчальний посібник Воронеж: вид-во ВДУ, 1984р-372с (300-312).
Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Екологія та охорона природи | Курсова
334.5кб. | скачати


Схожі роботи:
Очищення води на іонітних фільтрах
Заморожування як один із способів очищення питної води від домішок
Електропостачання машинобудівного підприємства Реконструкція ра
Активізація маркетингової діяльності машинобудівного підприємства
Управління сервісної логістикою машинобудівного підприємства
Техніко економічне обгрунтування проекту машинобудівного підприємства
Проектування організації праці на ділянці машинобудівного підприємства
Проектування організаційної структури управління машинобудівного підприємства
Техніко економічне обгрунтування проекту машинобудівного підприємства 2
© Усі права захищені
написати до нас