Оцінка ефективності редокситу (аніоніту АВ-17-8, модифікованого сульфітами) при знекисненні води

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оцінка ефективності редокситу (аніоніту АВ-17-8, модифікованого сульфітами) при знекисненні води

Шаблій Т.О.

В роботі приведено результати процесів знекиснення водних розчинів за допомогою редокситу (аніоніту АВ-17-8, модифікованого сульфітами); досліджено залежність сорбційної здатності аніоніту АВ-17-8 відносно сульфіт-аніонів від форми аніоніту, концентрації і складу розчинів; доведено вплив аніонів (хлоридів, сульфатів, карбонітів), присутніх у воді, на процеси вилучення кисню.

Ключові слова: аніоніт, редоксит, сорбція, повна динамічна обмінна ємність, водний розчин, знекиснення води, відновлювана здатність.

Постановка проблеми. Вода займає особливе місце в сировинно-матеріальному забезпеченні промислових технологій. Понад 85 % води, що застосовується в промисловості, витрачається в теплообмінних процесах нагрівання чи охолодження технологічних середовищ і потоків. В енергетиці вода (у вигляді водяної пари) є теплоносієм від джерела отримання теплоти до турбогенератора, який генерує електричну енергію [1]. Ці процеси, головним чином, залежать від якості води, до якої висувають жорсткі вимоги ефективності пом'якшення та знесолення, зниження її корозійної агресивності. Для гальмування корозійних процесів використовують інгібітори корозії. Але їх застосування обмежене через жорсткі вимого до якості води, токсичності інгібіторів, їх термо- та хімічної стійкісті при високих температурах [2]. Кращим варіантом зниження корозійної агресивності води є вилучення з нех розчиненого кисню, з використанням редокситів - модифікованих відновниками іонітів [3].

Метою даної роботи було дослідження вилучення кисню з води за допомогою редокситу (модифікованого високоосновного аніоніту АВ-17-8) та визначення їх ефективності при знекисненні води.

Виклад основного матеріалу. Модифікацію аніоніту АВ-17-8 (об'єм 50 см3, розміщений у колонці діаметром 19-30 мм) проводили шляхом пропускання розчинів Na2SO3 по 150-250 см3, концентрацією 5 %, 10 %, 15 %, або NaНSO3 концентрацією 1,2 г-екв/дм3. Швидкість пропускання розчину 1-2 см3/хв. Відбираючи проби фільтрату, об'ємом 50 см3, визначали залишковий вміст сульфіт-аніонів та повну динамічну обмінну ємність (ПДОЄ, мг-екв/дм3) (табл. 1).

Перевагами редокситів, отриманих в результаті переведення аніонітів в SO32?-форму, є простота їх отримання та можливість проведення їх регенерації. Модифікуючий реагент, який сорбується аніонітом, після взаємодії з киснем, переходить у сульфатну форму, яка залишається на аніоніті. У результаті такого процесу, забруднення сторонніми домішками не відбувається [3].

Через отриманий редоксит пропускали водопровідну або дистильовану воду з метою вилучення кисню. Оброблену воду пропускали через колбу Вінклера, аналізуючи на вміст кисню кожен дм3 пропущеної води. Витрати фіксували по рівню води у витратному баці. Крім того в окремих випадках визначали вміст сульфіт-іонів у фільтраті та значення рН.

Таблиця 1

Повна обмінна динамічна ємність (ПОДЄ) та відновлювана здатність (ВЗ) аніоніту АВ-17-8, модифікованого сульфітами

Відновлювальна здатність (ВЗ) по кисню (мг-екв/дм3іоніту):

де Споч О- початкова концентрація О2 у воді, мг-екв/дм3; СіО - концентрація О2 в і?й пробі, мг-екв/дм3; Vп - об'єм проби, дм3; Vi - об'єм іоніту, дм3;

Слід зазначити, що редоксит довгий період утримує кисень (проскок кисню настав при пропусканні 42 дм3 дистильованої води та 51 дм3 водопровідної води), відновлювана здатність по кисню достатньо велика і становить відповідно 2265,5 мг-екв/дм3 та 2128,7 мг-екв/дм3, що майже відповідає ПДОЄ по сульфіт-іонам (табл.1). При пропусканні дистильованої води через аніоніт АВ-17-8 у сульфітній формі спостерігається коливання рН у межах 5-7 одиниць.

Часто для підживлення прямоточних парових котлів використовують пом'якшену Na+-катіоновану воду, у якій присутні у значній концентрації основні аніони: хлориди, сульфати та карбонати, що в свою чергу може суттєво впливати на умови використання даного редокситу. За певних концентрацій аніонів у воді вони можуть витісняти з аніоніту сульфіт-аніони, спричиняючи зниження його відновлювальної здатності і забруднення води сульфітами. Тому було проведено певний цикл досліджень по визначенню впливу вищевказаних аніонів на процес десорбції сульфіт-аніонів з аніоніту.

Для цього через даний аніоніт в SO32?-формі (Vi = 20 см3) пропускали розчин хлориду натрію різної концентрації. Після кожного циклу обробки аніоніту проводили його регенерацію 10 % розчином хлориду натрію та повторну сорбцію сульфіт-іонів.

При пропусканні через редоксит розчину NaCl з концентрацією 54,95 мг/дм3 сульфіт-іони у пробах відсутні. Але одночасно відмічено коливання концентрації хлоридів. Аналогічно процес проходить при пропусканні розчину концентрацією 166,6 мг/дм3 та водопровідної води з вмістом хлорид-іонів 69,5 мг/дм3. При фільтруванні розчинів з концентрацією 407,7 мг/дм3 та 666,6 мг/дм3 відбувається значне вимивання сульфіт-іонів з поверхні редокситу, і у деяких пробах їх концентрація досягає 17 мг?екв/дм3.

Таке проходження процесу можна пояснити тим, що хлориди заміщають сульфіт-іони на поверхні аніоніту АВ-17-8. При тому, чим більша концентрація розчину, тим більший проскок сульфіт-іонів у пробі. Відсутність сульфітів у пробах, при пропусканні водопровідної води з хлоридами (69,5 мг/дм3) та розчину хлориду натрію з концентрацією 54,95 мг/дм3, 166,6 мг/дм3, можна пояснити тим, що вони вимиваються у невеликій кількості та окислюються розчиненим киснем до сульфатів. При збільшенні концентрації розчину хлориду сульфіти вимиваються у більшій кількості і частина залишається у розчині навіть у присутності кисню, тому що його концентрація у воді обмежена.

Коливання рН розчину відбувається в межах 7,2-9,3 одиниць. Спостерігається така залежність: чим вища концентрація хлоридів у розчині, тим більше значення рН. Таку зміну можна пояснити вилученням хлоридів з розчину за рахунок обміну на гідроксид-аніони. Це можливо, коли при переведенні іоніту в SO32?-форму він частково переходить в ОН?-форму. Підлужнення розчину можливе за рахунок гідролізу розчину Na2SO3.

Досліджуючи вплив карбонатів на процес десорбції сульфітів через 20 см3 аніоніту АВ-17-8 у SO32?-формі, пропустили розчин Na2CO3 концентрацією 100 мг/дм3. Провели регенерацію 10 % розчином хлориду натрію та повторили дослід з карбонатами - 200 та 300 мг/дм3. Аніоніт із Cl?-форми переводили в сульфітну - 10 % розчином Na2SO3. Карбонати у пробі контролювали за зміною лужності.

Процес проходить аналогічно, як і у випадку з хлоридами: при пропусканні розчинів з лужністю 1,62 ммоль-екв/дм3 та 3,4 ммоль-екв/дм3 сульфіти у розчині відсутні, при лужності 4,5 ммоль-екв/дм3 в деяких пробах концентрація сульфітів досягає 6 мг-екв/дм3.

Одночасно відбувається сорбція карбонатів на іоніті, що доводить зменшення лужності у пробах в порівнянні з вихідним розчином та рН. У даному випадку при обробці аніоніту розчинами карбонату натрію зміна рН їх середовища при фільтруванні через іоніт практично не відбувається і тримається на рівні 7-8. аніоніт знекиснення редоксит сорбційний

З наведених вище даних можна зробити висновок, що при пропусканні розчинів карбонатів невеликої концентрації вимивання сульфіт-іонів відбувається у незначних концентраціях з подальшим його окисленням до сульфатів розчиненим киснем. Тому у пробах сульфіти відсутні. При збільшені вмісту карбонатів відбувається значне вимивання сульфіт-іонів із поверхні аніоніту та збільшення їх концентрації у пробах до 6 мг-екв/дм3.

Вплив сульфат-іонів досліджували з використанням розчину Na2SO4, з концентраціями 36,7; 56,1; 149,4; 171,1 та 278,8 мг/дм3, пропускаючи через аніоніт АВ-17-8 в SO32?-формі. Після кожного циклу аніоніт використовували повторно, регенеруючи 10 % розчином NaCl та переводячи його після у сульфітну форму.

При попусканні розчину сульфату натрію концентрацією 36,7 та 56,1 мг/дм3, сульфіт-іони у пробах, об'ємом 200 см3, відсутні. При збільшенні концентрації сульфатів, відбувається десорбція сульфіт-іонів із поверхні аніоніту. Спостерігається така залежність: при збільшенні концентрації сульфат-іонів у вихідному розчині, відбувається збільшення концентрації сульфітів та підвищення рН середовища. Це доводить проходження процесу заміщення сульфітів на поверхні аніоніту сульфат-іонами. рН розчину знаходиться в діапазоні 6,5-8. Очевидно, в даному випадку зміну рН можна пояснити тими ж процесами, що і у випадку використання розчинів хлоридів. Одночасно відбувається процес сорбції сульфат-іонів із розчину, які заміщають сульфіт-іони на поверхні аніоніту.

З проведених досліджень можна зробити висновок, що використовувати редоксит на основі аніоніту АВ-17-8 у сульфітній формі для знекиснення високомінералізованих вод не можна без попередньої підготовки. Це може призвести до вторинного забруднення сульфіт-іонами. Особливо впливають на процес десорбції сульфати, так як при концентрації 149,4 мг/дм3 відбувається значне вимивання сульфітів. Тому перед процесом знекиснення вода повинна проходити додаткову обробку для вилучення хлоридів, сульфатів та карбонатів.

Згідно з існуючими уявленнями, двохзарядні аніони мають вищу селективність у порівнянні з однозарядними. Тому вищої ємності аніонів по сульфіт-іонам можна досягти при використанні іонітів у хлоридній формі. З іншого боку, при окисненні сульфіти переходять у сульфати, які власне замінюють перші в сорбційному об'ємі. Тобто, при вилучені кисню аніоніт за низької мінералізації води фактично переходить з SO32?- у SO42?-форму. Але можна допустити, що при обробці аніоніту в сульфатній формі розчином Na2SO3, внаслідок вищої селективності іоніту по SO42?, сорбція сульфіт-аніонів може виявитися нижчою, ніж при використанні аніоніту в Cl?-формі.

У зв'язку з цим було проаналізовано процеси переведення аніоніту АВ-17-8 у сульфітну форму при застосуванні останнього в хлоридній та сульфатній формах. Для дослідження сорбції сульфіт-іонів на аніоніті АВ-17-8 в SO42?-формі використовували 5, 10 та 15 % розчини Na2SO3. Результати процесу сорбції представлено в табл. 2.

Таблиця 2

Залежність ПДОЄ аніоніту АВ-17-8 по сульфіт-іонам від форми іоніту та вихідної концентрації розчину

Як видно з табл. 2, ємність аніоніту по сульфіт-аніонам залежить від концентрації розчину і мало залежить від початкової форми аніоніту.

Можна зробити висновок, що при використанні розчину невеликої концентрації, сорбція сульфітів відбувається в межах обмінної ємності іоніту, і ПДОЄ=1825 мг-екв/дм3 для аніоніту в ClЇ-формі та 1100 мг-екв/дм3 для аніоніту в SO42?-формі. Аномально високу ємність аніоніту при збільшенні концентрації розчину можна пояснити надеквівалентною сорбцією, так як у концентрованих розчинах завжди більша концентрація недисоційованих молекул, і це сприяє проникненню коіонів в іоніт. При цьому ємність аніоніту збільшується до 2800 мг-екв/дм3 для аніоніту в ClЇ-формі та 2500 мг-екв/дм3 для аніоніту в SO42?-формі при пропусканні 10 % розчину. Збільшуючи концентрацію до 15 %, обмінна ємність становить 3125 мг-екв/дм3 для ClЇ-форми та 2550 мг-екв/дм3 для SO42?-форми.

Очевидно, що процес регенерації, в основному, визначається концентраційним фактором, а не селективністю іоніту. Тому в даному випадку ефективність сорбції не залежить від початкової форми іоніту.

В цілому, виходячи з приведених результатів досліджень, можна рекомендувати проводити регенерацію аніоніту АВ-17-8 в одну стадію, без переведення в ClЇ-форму, так як і в SO42?-формі ємність іоніту по сульфітам є досить високою. Це дасть можливість повторно використовувати іоніт та уникнути додаткових витрат реагентів, що зменшить експлуатаційні витрати.

Висновки

У результаті проведених досліджень ефективності редокситу АВ-17-8 було встановлено, що:

- редоксит має достатньо велику обмінну ємність по сульфітам; сорбція сульфітів не залежить від складу та концентрації розчину.

- відновлювана здатність редокситу не залежить від характеристик води,так як при знекисненні дистильованої та водопровідної води відновлювальна ємність редокситу однакова і дорівнює ПДОЄ по сульфіт-аніонам.

- наявність у воді хлоридів, карбонатів та сульфатів впливає на десорбцію сульфітів з аніоніту АВ-17-8, відбувається їх вимивання.

- процес регенерації редокситу визначається концентраційним фактором, а не селективністю іоніту.

Використані джерела

1. Основи технологій виробництва в галузях народного господарства: навч. посіб. / [Є.П.Желібо, М.А. Овраменко, В.М. Буслик, В.П. Пирч, Н.П.Бєлянська, М.І. Сліпець]. - К.: Кондор, 2009. - 520 с.

2. Тамазашвілі А.Т. Порівнянн ефективності фосфатних інгібіторів корозії сталі у водопровідній воді / А.Т. Тамазашвілі, Ю.І. Мазна, Л.В. Сіренко // Східно-європейський журнал передових технологій. - 2012. - Т. 2, №13 (56). - С. 28-31.

3. Кравченко Т.А. Обескислороживание воды редокситами / Ионообменные методы очистки воды / Т.А. Кравченко, А.Я. Гаталов; под ред. Г.А. Ликина. - Воронеж: ВГУ, 1984. С. 167-183.

4. Гомеля М.Д. Оцінка відновлюваної здатності аніоніту АВ-17-8 в сульфітній формі / М.Д.Гомеля, А.Т. Тамазашвілі // Східно-європейський журнал передових технологій. - 2012. - Т. 3, №6 (57). - С. 27-31.

Размещено на Allbest.ru