Очищення мінералізованих вод

Размещено на http://www.allbest.ru/

Очищення мінералізованих вод

ГРАБІТЧЕНКО В. М., ТРУС І. М., ГОМЕЛЯ М. Д.

В роботі приведені результати іонообмінного розділення сульфатів та нітратів, хлоридів та нітратів, а також хлоридів та сульфатів на високоосновному аніоніті АВ-17-8. Запропоновані способи регенерації даного іоніту. очищення вода іоніт регенерація

Ключові слова: сульфати, нітрати, хлориди, іонний обмін, регенерація.

В работе приведены результаты ионообменного разделения сульфатов и нитратов, хлоридов и нитратов, а также хлоридов и сульфатов на высокоосновном анионите АВ-17-8. Предложены способы регенерации данного ионита.

Ключевые слова: сульфаты, нитраты, хлориды, ионный обмен, регенерация.

The paper presented the results of ion exchange separation of sulfates and nitrates, chlorides and nitrates, chlorides and sulfates on high-basic anionite AV-17-8. Proposed regeneration methods of ion-exchange resin.

Keywords: sulfates, nitrates, chlorides, ion-exchange, regeneration.

Наприкінці ХХ століття людство зіткнулося з глобальною екологічною кризою. Почалася загальна деградація навколишнього природного середовища. Під впливом антропогенної діяльності зазнав змін кожен компонент біосфери: атмосфера, літосфера та гідросфера. Вдосконалення різних сфер людської діяльності вимагає залучення до виробничих процесів все більшої кількості природних ресурсів.

В кожній галузі промисловості в тих чи інших об'ємах використовується природна вода. До найбільш водоємких сфер виробництва слід віднести целюлозно-паперову, гірничо-добувну промисловість та сільське господарство. В результаті виробництва того чи іншого продукту, утворюються великі об'єми стічних вод. Дані води загалом характеризуються високим рівнем жорсткості, підвищеними концентраціями хлоридів, сульфатів та нітратів. Скидання таких вод в поверхневі водойми призводить до підвищення рівня їх мінералізації [1].

Варто відзначити, що проблема захисту водойм від забруднення високомінералізованими стоками значно складніша за проблему отримання знесоленої води. В цьому разі при застосування відомих методів знесолення можна отримати прісну воду високої якості, але в результаті цього утворюються значні об'єми концентрованих сольових розчинів. Переробка таких розчинів є складною проблемою, а захоронення таких відходів призводить до подальшого погіршення екологічної ситуації. Отже проблему захисту поверхневих об'єктів водоспоживання можна вирішити лише при застосуванні комплексних технологій очищення стічних вод, які передбачають подальшу переробку отриманих концентрованих сольових розчинів з метою отримання корисних продуктів.

На цей час досить широко розглянуто вилучення з води сульфатів реагентним методом [2], хлоридів та сульфатів - іонним обміном [3] або зворотнім осмосом, а хлоридів та сульфатів - електродіалізом [4]. Значно ускладнює ситуацію наявність у стічних водах нітратів.

Тому метою даної роботи було вивчення процесів очищення води від сульфатів, хлоридів та нітратів шляхом їх розділення на високоосновному аніоніті, що дозволяє переробляти утворені регенераційні розчини в корисні продукти.

Процеси іонообмінного розділення іонів проводили при використанні високо основного аніоніту АВ-17-8. При розділенні сульфатів та нітратів аніоніт використовували в NO₃^- формі, сульфатів і хлоридів або нітратів та хлоридів - в Сl^- формі. Повну обмінну динамічну ємність (ПОДЄ), обмінну динамічну ємність (ОДЄ) та ступінь регенерації іоніту розраховували по відомих методиках [5].

Відомо, що в природних водах в окремих випадках вміст нітратів сягає 50-200 мг/дм³, в концентратах баромебранного очищення води їх концентрації досягають 1000 і більше мг/дм³. Вміст сульфатів в шахтних водах сягає 400 - 2000 мг/дм³, а концентрація хлоридів може сягати 1000 мг/дм³.

У випадку, коли шахтні води містять хлориди, сульфати та нітрати необхідно розробити методи попереднього розділення даних аніонів для ефективної переробки регенераційних розчинів в продукти, придатні для подальшого використання. Тому були проведені дослідження ефективності процесів розділення сульфатів та хлоридів. Як видно з рисунку 1 ефективність розділення хлоридів та сульфатів на аніоніті АВ-17-8 в ОН- формі залежить від вихідної концентрації хлоридів та сульфатів. Ефективність розділення в процесі сорбції зменшується при підвищенні концентрації як хлоридів, так і сульфатів. При цьому при підвищенні концентрації сульфатів зменшується обмінна динамічна ємність іоніту до проскоку і суттєво зростає повна обмінна динамічна ємність.

Для регенерації аніоніту при переведенні його в SO42- форму використовували 10%-й розчин хлористого натрію. Сульфатвмістний регенераційний розчин обробляли хлористим кальцієм, що дозволяє сульфати видаляли у вигляді гіпсу та використовувати регенераційні розчини повторно.

Рисунок. 1 - Залежність ОДЄ_{до пр.} ПОДЄ аніоніту АВ-17-8 в Сl^- формі в залежності від співвідношення концентрацій сульфатів та хлоридів в розчині при концентрації сульфатів 200 мг/дм³ (а) и 800 мг/дм³ (б)

Таким чином ми отримуємо розчини, в яких містяться хлориди та нітрати, оскільки сульфати можна відділити у вигляді гіпсу.Тому другим етапом нашої роботи було дослідження ефективності вилучення нітратів та вплив на даний процес хлорид-іонів. В даному випадку важливим є показник обмінної ємності іоніту по нітратах до проскоку. Цей показник вибирали виходячи з гранично допустимого значення концентрації нітратів у питній воді і він складає 40 мг/дм³.

Як видно з рисунку 2 ефект зниження обмінної ємності по нітратах у разі підвищення вмісту хлоридів зменшується з підвищенням концентрації нітратів. ОДЄ до проскоку знижувалась при підвищенні концентрації як нітратів так і хлоридів. Так, за концентрації нітратів 500 мг/дм³ ПОДЄ по NO₃^- знижується зі 1703 до 735 мг-екв/дм³, ОДЄ з 1008 до 403 мг-екв/дм³ при підвищенні вмісту хлоридів з 0 до 1000 мг/дм³. За концентрації нітратів 1000 мг/дм³ ПОДЄ при зміні вмісту хлоридів у тому ж діапазоні знижується з 1700 до 1152 мг-екв/дм³, ОДЄ з 1129 до 480 мг-екв/дм³; а при 1500 мг/дм³ - ПОДЄ знижується з 1680 до 1408 мг-екв/дм³, а ОДЄ з 720 до 345 мг-екв/дм³. У разі застосування іоніту в Cl^- формі для його регенерації доцільно використовувати хлориди натрію, калію чи амонію. Хлорид натрію є доступним реагентом. Під час застосування хлоридів амонію чи калію відпрацьовані розчини можна використовувати для виробництва мінеральних добрив.

Рисунок 2 - Залежність величини ОЄ аніоніту АВ-17-8 до проскоку, ОДЄ після проскоку і ПОДЄ від концентрації хлоридів при концентрації нітратів 500 мг/дм³ (а), 1000 мг/дм³ (б), 1500 мг/дм³ (в)

Якщо води містять в значних концентраціях сульфати та нітрати при відсутності хлоридів доцільно використовувати метод їх розділення на даному аніоніті в NO₃^- формі, для того щоб у воду не потрапляли інші іони, крім нітратів (рис. 3).

При концентрації сульфатів 800 мг/дм³ в присутності нітратів ємність аніоніту по сульфатах до проскоку сягала 917 мг-екв/дм³, а ПОДЄ сягала 1744 мг-екв/дм³. В подальшому при підвищенні концентрації нітратів у воді селективність аніоніту по сульфатах падала. Також при зростанні концентрації сульфатів та нітратів у воді, ефективність їх розділення знижується.

При регенерації іоніту в сульфатній формі використовували 10%-й розчин нітрату натрію. При цьому ступінь десорбції сульфатів складав 76 - 96%. Після обробки регенераційних розчинів нітратом кальцію, отримали осад сульфату кальцію.

Рисунок. 3 - Залежність величини обмінної ємності (ОЄ) аніоніту АВ-17-8 до проскока (ОДЄП) і його повної обмінної ємкості (ПОДЄ) по сульфатах при концентрації сульфатів 800 мг/дм³ (а) и 1500 мг/дм³ (б)

В роботі вивчено процеси іонообмінного розділення сульфатів, хлоридів та нітратів на високоосновному аніоніті АВ-17-8. Встановлено, що при концентраціях аніонів до 1000 мг/дм³ їх іонообмінне розділення проходить досить ефективно. Запропоновано методи ефективної регенерації з отриманням корисних продуктів, придатних для подальшого використання.

Размещено на Allbest.ru