Тема 7. Фізико – хімічні методи очистки стічних вод. Видалення розчинних забруднюючих речовин стічних вод.

7. 1. Іонообмінний метод.

7. 2. Фізична та хімічна адсорбція.

7. 3. Мембранні методи.

7. 4. Електрохімічні методи.

Основні терміни: іонообмін, сорбція, хемосорбція, діаліз, електроліз, іоніт, мембрана.

7.1. Іонообмінний метод.

Одним з типових процесів у технології водоочищення і водопідготовки та одним із перспективних сорбційних методів є іонний обмін, який здійснюється із застосуванням іонообмінних матеріалів (іонітів). Іоніти загалом — це тверді зернисті, порошкоподібні формовані або волокнисті матеріали, їм притаманна механічна міцність, хімічна стійкість. Це нерозчинні сполуки, які містять у своєму складі функціональні групи, здатні до іонізації та обміну з електролітами У результаті іонізації функціональних груп утворюються два види іонів:

1) фіксовані іони, що закріплені на каркасі (матриці) і не здатні перейти з фази іоніту у зовнішній розчин;

2) протиіони (обмінні іони) іоніту, кількість яких еквівалентна кількості фіксованих іонів і які протилежні їм за знаком. Ці іони здатні перейти у зовніш­ній розчин в обмін на точно еквівалентну кількість інших іонів того самого знака які надходять у іоніт із зовнішнього розчину (обмінних іонів розчину).

Отже, еквівалентність обміну є головною ознакою іоніту та іонного обміну, її умовою є електронейтральність іоніту, тобто сумарний заряд усіх проти іонів повинен дорівнювати загальному заряду фіксованих іонів, а загальна кількість еквівалентів протиіонів — загальній кількості еквівалентів фіксованих іонів.

Якщо іоніт контактує з концентрованим розчином, то спостерігається, так звана, надеквівалентна сорбція електроліту. Це означає, що іони і недисоційовані молекули розчинених речовин, контактуючи з іонітом, прагнуть зрівняти свою концентрацію у всій системі "іоніт — розчин". Рівномірний розподіл при­зводить до проникнення в іоніт недисоційованих молекул і необмінних іоніе розчинених речовин, які мають однаковий заряд з фіксованими іонами. Так іони називають коіонами. Однак умова електронейтральності іоніту потребує також і надходження у фазу іоніту еквівалентної кількості іонів протилежного знака, тобто в іоніт надходить більше протиіонів, ніж цього потребує умова електронейтральності. У цьому випадку умова електронейтральності іоніт, може бути визначена так: загальна кількість еквівалентів фіксованих іонів плюс загальна кількість еквівалентів коіонів повинні дорівнювати загальній кількості еквівалентів протиіонів у іоніті.

В апаратах безперервної дії іоніт рухається по замкненому контуру, послідовно проходячи стадії сорбції, регенерації та промивки. На малюнку приведена схема апарату безперервної дії. Апарат складається з іонообмінної ємності, виконаної у вигляді зсіченого конусу. Всередині цього конусу знаходиться другий зсічений конус, де проходять процеси регенерації, та відмивки. Необроблена стічна вода подається в колону через трубу з конічними насадками. Пройшовши через псевдо зріджений шар іоніту, відпрацьована вода виходить з верхньої частини колони. Відпрацьований іоніт осаджується у нижній частині колони, звідки через трубчастий пристрій за допомогою ерліфта або ежектора подається у верхню частину колони. У внутрішньому полому зсіченому конусі швидкість руху потоку води зменшується з допомогою регулятора що сприяє втягненню відпрацьованого іоніту у цей конус і наступному осадженню його у нижній частині іонообмінної колони. Регенераційний розчин подається у нижню частину внутрішнього зсіченого конуса, а відводиться з верхньої частини. Регенерований іоніт, продовжуючи опускатися назустріч висхідному потоку води, промивається і переходить в робочу зону колони. Апарат простий по конструкції та ефективний в роботі.

Схема іонообмінного апарату безперервної дії

1 – подача стічної води; 2 – Пристрій для транспортування іоніту; 3 – пристрій для відбору іоніту; 4 – подача невідпрацьованої стічної води; 5 – регулятор швидкості руху потоку води в регенераторі; 6 – подача регенераційного розчину; 7 – внутрішній корпус для регенерації іоніту; 8 – відвід після регенераційного розчину; 9 – іонообмінна колона; 10 – воронка для прийому відпрацьованого іоніту; 11 – випуск відпрацьованої стічної води.