Ионообменная очистка

При ионообменной обработке сточных вод, содержащих фенолы, наряду с ионным обменом протекают процессы хемосорбции и физической адсорбции органических веществ ионитами [21,5]. Диффузионные затруднения при обмене крупных органических ионов обусловливают целесообразность применения «мало сшитых» ионообменных смол. Значительное увеличение в объеме при набухании «малосшитых» смол дает возможность диффундировать в них крупным органическим ионам.

При ионообменном поглощении органических ионов скорость достижения равновесия обычно значительно меньше, чем при обмене неорганических ионов. Следует учитывать, что процесс поглощения больших органических ионов имеет внутри диффузионный характер, поэтому скорость фильтрования сточной воды через слой ионита должна быть, как правило, невелика. Эффективность ионообменной очистки сточных вод от фенолов в большой степени зависит от минерального состава сточных вод. Наличие в воде минеральных солей отражается на равновесии ионообменного процесса [21].

Присутствие многовалентных катионов при поглощении органических оснований приводит к вытеснению органических веществ в раствор и резкому снижению емкости ионитов.

Для удаления фенола из сточных вод предложены различные иониты: сульфокатионы и сильноосновные аниониты; аниониты Permutit ES, Amberlite 410 , а также катионит CS-1 ; сильноосновной анионит Dowe-X-1 (327 кг/м 3 ), бифункциональный анионит LF (230 кг/м 3 ), слабоосновной анионит Wofatit M (47,8 кг/м 3 ), сульфоуголь Escasbo (58,9 кг/м 3 ) [21]. Степень очистки сточных вод от фенола обычно составляет 95 %. Предложено регенерировать иониты 0,5 Н раствором серной кислоты или 5-10 % раствором едкого кали.

Применение отечественных ионитов позволяет извлекать из сточных вод более 90-95 % фенолов. Аниониты АВ-17 и ЭДЭ-10П в ОН-форме сорбируют фенол из водных растворов в результате ионного обмена и молекулярной сорбции [11]. Применение сильноосновного анионита АВ-16 позволяет снижать концентрацию фенолов в воде от 450 до 22 мг/л [21]. Емкость анионита при этом достигает 70 % (масс.). Введение в раствор минеральных солей (NaCL и Na2SO4 ) уменьшает емкость анионитов. Следует отметить, что емкость анионита АВ-17 по фенолу постоянна при изменении рН в пределах 6-12, а анионит ЭДЭ-10П имеет максимальную емкость при рН=8,5 [5]. Поглощение фенола смолой КУ-21 пропорционально концентрации фенола в воде и значительно увеличивается при уменьшении крупности частиц смолы, что служит дополнительным подтверждением физического характера адсорбции фенола из воды катионитами. Положительные результаты получены при извлечении фенолов из сточных вод газосборников коксохимического производства с помощью сульфоугля [21].

Значительную поглотительную способность имеют аниониты – сополимеры, в частности продукты полимеризации и сополимеризации производных винилпиридина [5], способные к комплексообразованию с фенолами.

ЭЛЕКТРОСОРБЦИОННАЯ ОЧИСТКА

Успех применения электросорбционной тех­нологии во многом зависит от эксплутационных характеристик используемых сорбентов, к кото­рым предъявляются следующие требования: стойкость к окислению, химическая, механиче­ская, гидролитическая устойчивость, достаточ­ная сорбционная ёмкость, отсутствие загряз­няющих органических и неорганических приме­сей.

Традиционно в качестве адсорбентов ис­пользуют активированные угли.

При погружении пары пористых электродов (один является катодом, второй - анодом) в сточную воду происходят следующие процессы.

Неорганические катионы и анионы притяги­ваются к поверхности пористого электрода и адсорбируются под влиянием электрического поля. В некоторых случаях (например, при ад­сорбции ионов тяжелых металлов) катионы раз­ряжаются на поверхности катода (катодное вос­становление до чистых металлов) и таким обра­зом выводятся из сточной воды.

В стадии регенерации, при смене полярности электродов, адсорбированные анионы и катионы поступают в воду, сбрасываемую в дренаж.

Органические вещества разрушаются в ме­жэлектродном пространстве по трём механиз­мам:

1. Анодное окисление (разрушение в анодном пространстве)

2. Разрушение атомарным кислородом, обра­зующимся в анодном пространстве. Он час­тично вступает в окислительную реакцию с органическими веществами, ассоциирует в молекулы и растворяется в воде, а избыток удаляется в газообразном виде.

3. Окисление активным хлором, если в сточной воде содержатся хлорид-ионы. Водный рас­твор, содержащий хлор и продукты его гид­ролиза (CL2, HOCL, CL2O, CLO-, CLO3 -) являет­ся сильным окислителем [20].

Описанные реакции интенсифицируются с увеличением напряжения и силы тока.

Отработку технологии доочистки сточных вод от примесей методом электросорбции осу­ществлена на реальных сточных водах ОАО «Ярославская перевалочная нефтебаза». Сточные воды, усреднённый состав которых представлен в Таблице 5.

Первоначально сточные воды проходят пред­варительную очистку от нефтепродуктов и взвешенных загрязнений при пропускании их через систему, содержащую две нефтеловушки и отстойник. В противном случае загрязнения за­бивают поры, агломерируют между собой, обра­зуя в порах и на поверхности гранул угля «вто­ричную перегородку», которая участвует в про­цессе улавливания механических примесей, уве­личивает толщину слоя и препятствует прохож­дению жидкости.

Более высокая концентрация нефтепродуктов, по сравнению с приведённой выше, приводит к снижению эффективности и срока работы адсорбента вследствие блокирования «активных центров» и забивки пор.

Таблица 5. Состав сточных вод до и после очистки.

Отработанные в процес­се сорбции ионообменные фильтры регенериру­ют электрохимическим способом. Расход элек­троэнергии на процессы адсорбции и регенера­ции определяет экономичность процесса в це­лом.

В качестве электродов используют нержавеющую сталь марки 17Х18Н9Т. Адсорбентом служит активи­рованный уголь марки БАУ. Ад­сорбент располагается в межэлектродном про­странстве, которое разделяется диэлектриче­ской мембраной.

Напряжение, подаваемое на электроды, согласно исследованиям [23] варь­ируется от 2 до 30 В, соответственно с ростом напряжения увеличивается сила тока с 43 мА до 0.2 А и температура в межэлектродном про­странстве от 15°С до 60°С.