Очистка сточных вод от тяжелых металлов методом ионного обмена Текст научной статьи по специальности «Математика»

УДК 66.081.6

Лин Маунг Маунг*, Шитова В.О, Каграманов Г.Г

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия. 125047, Москва, Миусская пл., 9 (1-я

Миусская ул. 3)

*e-mail: [email protected]

ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД ОТ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ МЕТОДОМ ИОННОГО ОБМЕНА

Определены зависимости полной обменной емкости и динамической обменной емкости ионита (КУ-2-8) от скорости течения при очистке сточных вод от тяжелых металлов.

Ключевые слова: ионный обмен, сточные воды, тяжелые металлы, полная обменная емкость, динамическая обменная емкость, кинетика поглощения.

Ионный обмен широко применяется для тонкой очистки сточных вод от ионов цветных и тяжелых металлов, корректировки минерального состава очищенных сточных вод (умягчения, снижения общего солесодержания), удаления ряда органических (фенолов, кислот, ароматических и алифатических аминов, ПАВ и др.) и неорганических (цианидов, мышьяка,

радиоактивных веществ) веществ. Ионообменная технология позволяет извлекать и утилизировать ценные вещества и очищать сточную воду до предельно допустимых концентраций с последующим ее использованием в технологических процессах или обратном водоснабжении [1]. Ионный обмен распространен при обессоливании в процессе водоподготовки.

Метод ионного обмена представляет собой процесс взаимодействия раствора с твердым веществом - ионитом, обладающим способностью обменивать ионы, содержащиеся в нем, на ионы, присутствующие в растворе. Иониты обладающие кислотными свойствами (катиониты), способны поглощать из растворов электролитов_ положительные ионы, а щелочными свойствами (аниониты)_ отрицательные ионы. Если иониты обменивают катионы и анионы, их называют амфотерными [1].

Способность поглощения ионитов

характеризуется обменной емкостью которая определяется числом ионов, поглощаемых единицей массы или объема ионита. Различают полную

обменную емкость и динамическую обменную емкость. Полная обменная емкость (ПОЕ) - это количество вещества, поглощенного до полного насыщения ионитах. Динамическая обменная емкость ионита (ДОЕ) - это количество вещества, поглощенного до «проскока» ионов в фильтрат, определяемая в условиях фильтрации [2]. Динамическая емкость, как правило, меньше полной. Характерной особенностью ионитов является их обратимость, т. е. возможность проведения реакций в прямом и обратном направлениях, что лежит в основе их регенерации. Целью данной работы является определение динамической и полной обменной емкости ионита при очистке сточных вод от солей тяжелых металлов.

В исследованиях применялись сильнокислотная ионообменная смола КУ-2-8 и следующие модельные растворы для тяжелых металлов: №02 и CuSO4. Эксперименты проводились на лабораторной установке, схема которой представлена на рис.1.

Как видно из представленных графиков, для каждой пары катиона металла разные ПОЕ и ДОЕ и разные концентрации чистой воды по времени фильтрации, чем меньше время пребывания, тем меньше степень очистки воды по кинетике поглощении.

Для ряда физико-химических систем «катион металла _ смола» определены ПОЕ и ДОЕ (Си2+, №2+ _ КУ-2-8).

Ф1 - катионитный фильтр; Ф2 анионитный фильтр; 1-емкость исходной воды; 2- насос исходной воды; 3,4 -регулировочный вентиль; 5,6-ротаметр; 7 - инерт; 8 -корпус фильтра; 9 - ионит; 10 - дренаж; 11-20 - краны; 12 - 15- краны вывода регенератов и для пробоотбора; 16,17,19,20 -краны переключения подачи кислоты и щелочи на регенерацию и воды на отмывку; 21 - насос-дозатор; 22-24 - емкости для реагентов и дистиллята.

Рис.1 Принципиальная схема установки ионного обмена

а) 1100 1000 900

CuSO4

и и

800 700 600 500 400 300 200 100 0

10

20

30

т, мин

ПОЕ=510 г-экв/м3 ДОЕ=342 г-экв/м3

W=24 м/ч W=32 м/ч W=40 м/ч

40

50

0

1000 900 800 700

ч

"и 600 Д 500 400 & 300

и

200 100 0

Рис.2. Зависимости изменения концентрации металлов от времени фильтрации а) и б) №2+ V= 20 л , t = 20C

Лин Маунг Маунг аспирант 3-го года обучения кафедры мембранной технологии «Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева», Россия, Москва.

Шитова Вероника Олеговна аспирант 2-го года обучения кафедры мембранной технологии «Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева», Россия, Москва.

Каграманов Георгий Гайкович д. т. н., профессор, заведующий кафедрой мембранной технологии «Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева», Россия, Москва.

Литература

1. Очистка сточных вод гальванопроизводства методом ионного обмена / Д.Т. Измайлова, Н.С. Куролап, О.Ф.

Стоянова и др. // Гальванотехн. и обработка пов-ти. - 1994. - 3 № 5-6. - с.68-74.

2. Современные методы подготовки воды для промышленного и бытого использования, Рябчиков. Б.Е, М. ДеЛи принт, 2004. с.105-106.

т, мин

Lin MaungMaung*, Shitova Veronika Olegovana, Kagramanov George Gaikovich

D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia. * e-mail: [email protected]

WASTEWATER TREATMENT FROM HEAVY METALS BY ION EXCHANGE METHOD

Abstract. The dependence of total exchange capacity and operating capacity of the ion exchanger (KU-2-8) from the

flow velocity in wastewater treatment for different heavy metals have been studied.

Keywords: ion exchange, wastewater, heavy metals, total capacity, exchange capacity, absorption kinetics