Реферати

Учбова допомога: Адсорбенти і іонні обменники в процесах очищення природних і стічних вод

Єдина тарифна сітка: перспективи застосування. Напрямку удосконалювання організації оплати праці працівників науки і наукового обслуговування на основі ЕТС. Список посад із застосуванням підвищувальних коефіцієнтів до окладу. Критерії застосування індивідуальних умов оплати праці за контрактом.

Розробка системи автоматичного контролю і регулювання витрати вентиляційного повітря. Розрахунок і вибір сужающего пристрою, його критерії й обґрунтування. Конструкція пристрою і вимоги до його установки. Опис роботи расходомерного комплекту. Аналіз об'єкта керування, визначення його типу і параметрів, частотні характеристики.

Взаємини Туреччини і США на сучасному етапі. Загальна оцінка економічних зв'язків між Туреччиною і США. Військово-політичне співробітництво. Сучасні складові американо-турецького політичного діалогу. Ядерне питання у відносинах Анкари і Вашингтона. Перспективи американо-турецьких відносин.

Навчання Ф. Бекона про людські омани. Історія життя й основна керівна ідея філософії Ф. Бекона - родоначальника англійського матеріалізму і всієї сучасної науки, що експериментує. Критика повсякденного і схоластичного розуму. Відношення філософа до релігії і "викриття доказів".

Вуличне висвітлення на сонячних батареях. Принцип дії, достоїнства, недоліки сонячних батарей. Погодні умови і кількість сонячного випромінювання м. Владивостока. Порівняння лампових, светодиодних і акумуляторних світильників. Робочі схеми проекту з описом використовуваного устаткування.

ПЕРМСКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Химіко-технологічний факультет

Матеріал, підготовлений під загальним керівництвом викладача, на тему:

Адсорбенти і іонні обменники в процесах очищення природних і стічних вод

Представлений у вигляді лекції при освоєнні курсу:

Адсорбція і іонний обмін в хімічній технології.

Виконав:

ст. групи МАГ

Нагірний О. В.

Перевірила:

до. х. н. Фарберова Е. А.

Пермь, 2000

ЗМІСТ

ВВЕДЕННЯ... 3

ОСНОВНІ ЗАБРУДНЮВАЧІ ВОДНИХ СЕРЕДОВИЩ... 3

ПОВЕДІНКА ХІМІЧНИХ ЗАБРУДНЮВАЧІВ В ВОДІ... 4

ЗМІНА ЯКОСТІ ПРИРОДНИХ ВОД ВНАСЛІДОК АНТРОПОГЕН-НОГО

ВПЛИВУ... 6

ЗАСТОСУВАННЯ СОРБЦИОННИХ МЕТОДІВ ДЛЯ ОЧИЩЕННЯ СТІЧНИХ ВОД... 7

АКТИВНЕ ВУГІЛЛЯ В ПРОЦЕСАХ ВОДОПОДГОТОВКИ... 8

неВУГЛЕЦЕВІ СОРБЕНТИ В ПРОЦЕСАХ ВОДООЧИСТКА... 9

ОРГАНІЧНІ ИОНИТИ... 11

МЕТОДИ РЕГЕНЕРАЦІЇ СОРБЕНТОВ... 12

СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ... 14

ВВЕДЕННЯ

Об'єм споживаної в світі води досягає 4 трлн. м3в рік, а перетворенню з боку людини зазнає практично вся гідросфера. Так при отриманні ядерної енергії в США залучається до використання майже половина всіх водних ресурсів країни. Радіоактивне і теплове забруднення може поставити під загрозу їх застосування в господарсько-побутових і промислових цілях.

Хімічна і нафтохімічна галузі промисловості сприяють проникненню у водну середу речовин, нормально відсутніх в ній, або перевищенню природного рівня їх концентрації, погіршуючим якість середи.

Мільярди тонн корисних копалин, відчужених від живої природи, витягуються щорічно на поверхня Землі і як в нативном стані, так і після всіляких перетворень розсіюються в навколишньому середовищі.

За час існування людства в природну середу було введено біля мільйона нових речовин (усього відомо понад 6 млн. хімічних сполук). Щорічно в світі синтезується біля 250 тисяч нових хімічних сполук, багато які з яких отримують широке застосування і можуть поступати в довкілля. У практиці використовується 500 тисяч хімічних сполук, з них за оцінкою міжнародних екологічних організацій, біля 40 тисяч володіють шкідливими для людини властивостями, а 12 тисяч є токсичними.

Шкідливі хімічні елементи і речовини попадають у водоймища, погіршуючи їх санітарний стан і викликаючи необхідність спеціального глибокого очищення води перед використанням її для господарсько-питних і деяких промислових цілей

Багато які домішки не витягуються з води механічно, не нейтралізувалися при біологічному очищенні, не віддаляються такими традиційними методами водоочистка, як відстоювання, коагуляція і флотация. Це обумовлює введення в комплексну технологічну схему водоподготовки стадії сорбционной доочистки. Як правило, ця стадія є заключним етапом в технологічному процесі очищення води.

Сорбционний метод є добре керованим процесом. Він дозволяє видаляти забруднення надзвичайно широкої природи практично до будь-якої залишкової концентрації незалежно від їх хімічної стійкості. При цьому відсутні повторні забруднення. Звідси перспективною є тенденція розвитку фильтрующе-сорбирующих пристроїв, призначених для локальної доочистки питної води

ОСНОВНІ ЗАБРУДНЮВАЧІ ВОДНИХ СЕРЕДОВИЩ

Розрізнюють природну, стічну і денатурированную воду. Природна вода - це вода, яка якісно і кількісно формується під впливом природних процесів при відсутності антропогенного впливу і якісні показники якої знаходяться на природному среднемноголетнем рівні. Стічна вода - це вода, вживана побутовому, виробничому або сільськогосподарському, а також минула через яку-небудь забруднену територію, в тому числі населеного пункту. Природна вода, що піддається антропогенному забрудненню, наприклад, шляхом змішення зі стічною водою, називається денатурированной або природно-антропогенной.

Так, наприклад, збільшене число теплових і атомних електростанцій, що використовують морську воду для конденсації відпрацьованої в турбінах пари, обумовлюють радиактивное і теплове забруднення води. Це ставить під загрозу використання водних ресурсів для господарських потреб. Крім того температура морської води в районах скидання підвищується на 6-8оС, що приводить до підвищення чутливість морських організмів до хімічного забруднення води.

Радіоактивні ізотопи хімічних елементів можуть попасти в довкілля, передусім у водоймища, з неочищеними і недоочищенними радіоактивними стічними водами, при ненадійному захороненні рідких і твердих відходів атомних електростанцій і хімічних підприємств по переробці ядерного палива, а також внаслідок випадання радіоактивних частинок з атмосфери на поверхня Землі разом з дощем і снігом.

При вживанні забруднених води, молока і їжі радіоізотопи легко проникають в клітки організму, нагромаджуються в ньому і, випромінюючи могутні а-, b- або g-промені, вражають організм, викликають лейкемію, рака, генетичні пошкодження кліток. Наприклад, радіоактивні уран, торій і радій, випромінюючі важкі а-частинки, дуже легко руйнують молекули ДНК в ядрах кліток і тому вважаються найбільш токсичними з всіх радіоактивних елементів.

Ізотоп131I концентрується в щитовидній залозі і, випромінюючи b-промені, вражає її. Ізотоп90Sr і його дочірній радіоактивний продукт90Y нагромаджуються в клітках кісткового мозку і руйнують їх, 137Cs легко проникає в клітки тіла, приводячи до досить рівномірного опромінювання всього організму.

До вмісту радіоізотопів у воді водоймищ пред'являються надзвичайно жорсткі вимоги. Наприклад, для90Sr у воді ПДК=3×10-11Ки/л, або в перерахунку на масові одиниці 1.5×10-10мг/л. ПДК інших радіоактивних ізотопів знаходяться в межах 10-8-10-11Ки/л.

Скидання у водоймища стічних вод, вмісних радіоактивні речовини, абсолютно не допустимо.

Радіоактивне забруднення середи обумовлюється по суті справи хімічним забрудненням, т. е. проникненням в середу продуктів ділення атомного ядра. Крім радіоактивного забруднення виділяють наступні види хімічних забруднювачів води: 1) біологічно нестійкі органічні сполуки; 2) малотоксичние неорганічні солі; 3) нафтопродукти; 4) біогенний з'єднання; 5) речовини зі специфічними токсичними властивостями, в тому числі важкі метали, біологічно жорсткі (неразлагающиеся) органічні синтетичні сполуки.

Очищення води від цих забруднювачів неможливе без знання їх поведінки у водному середовищі.

ПОВЕДІНКА ХІМІЧНИХ ЗАБРУДНЮВАЧІВ В ВОДІ

Органічні забруднювачі

Десятки мільйонів тонн органічних сполук, в тому числі мільйони тонн ПАВ, щорічно поступають в атмосферу і водоймища з численних і різноманітних джерел (випаровування, втрати і неповне згоряння хімічного органічного палива, міські і промислові рідкі, тверді і газоподібні відходи і т. д.). У навколишньому середовищі вони зазнають впливу різних фізико-хімічних і біологічних агентів. Багато Хто з них розпадається за порівняно короткий термін (10-100 днів) з утворенням проміжних продуктів, в тому числі метаболитов - продуктів обміну речовин в живих організмах, аж до повної мінералізації. У ряді випадків проміжні продукти розкладання органічних сполук виявляються більш токсичними забруднювачами, ніж початкові речовини, і система зазнає повторного хімічного забруднення.

Особливу небезпеку представляють біологічно стійкі трудноокисляемие органічні сполуки. Вони здатні нагромаджуватися в навколишньому середовищі і в течії тривалого часу надавати токсичний вплив на живі організми (ефект довгострокової дії).

Пестициди

Щорічно в довкілля вводиться 2 млн. т пестицидів (хлорорганические і фосфорорганічний з'єднання, похідні карбаматов, хлорфенксикислот). Навіть дуже малі концентрації пестицидів токсичні і додають воді неприємні присмаки і запахи. Багато Хто з них руйнується дуже повільно (іноді в течії декількох років). Часто продукти розпаду пестицидів досить стійкі і також можуть надавати токсичну дію.

Оскільки значна частина стійких забруднювачів поступає у водоймища з промисловими, сільськогосподарськими і побутовими стічними водами, то очищення і повторне використання цих вод мають велике екологічне значення і здійснюються в багатьох країнах. У зв'язки з малими концентраціями стійких органічних речовин в стічних водах і їх переважаючої олеофильностью найбільше застосування знаходять методи очищення, засновані на сорбції на природних ионитах (глинисті мінерали і цеолити), синтетичних макропористих ионитах і активному вугіллі.

Нафтопродукти

Особливу групу хімічних забруднювачів складають нафтопродукти. Загальна маса нафтопродуктів, що попадають щорічно в моря і океани, оцінюється за даними американських вчених в 6.1 млн. т, з них 2.1 млн. т складають втрати при транспортуванні нафти, 1.9 млн. т виноситься ріками, інше поступає з міськими і промисловими відходами прибережних районів і з природних джерел.

Міра впливу нафтопродуктів на водне середовище визначається передусім їх складом. У високомолекулярних фракціях нафти міститься до 5 % сірки, 1% азоти і кисня, а також різних комплексообразущие металів. У водному середовищі нафтопродукти утворять плівку, яка взаємодіє з природною поверхневою плівкою, збільшуючи її товщину і утворюючи квазиравновесную систему. Одна тонна нафти може розтікатися і покрити поверхню води, рівну 20 км2, протягом 6-7 діб. До 25 % від загальної маси (легколетучие компоненти) випаровується за декілька днів. Важкі фракції осідають на дно водоймища, змінюючи біологічні особливості середовища мешкання.

Важкі метали

До стійких хімічних забруднювачів кумулятивної дії зі специфічними токсичними властивостями відносяться і важкі метали. Трійку найбільш екологічно небезпечних важких металів складають свинець, ртуть і кадмій. Більше за 35 видів металів витягується в складі руд і хімічного палива з надр Землі на її поверхню.

У процесі переробки руд, спалення енергоносіїв, споживання важких металів величезні їх кількості поступають в атмосферу і водоймища у вигляді відходів.

Наприклад, в Світовий океан з атмосфери щорічно поступає 200 тис. т свинці. А антропогенное накопичення ртуті в біосфері (головним чином в гідросфері) до теперішнього часу оцінюється в 1 млн. т. Втрати кадмію в біосферу становить 5 тис. т/рік.

Поступаючи у водну середу, важкі метали вступають у взаємодію з іншими компонентами середи, утворюючи гидратированние іони, оксигидрати, іонні пари, комплексні неорганічні і органічні сполуки. Конкретна форма існування металів залежить від їх природи, природи іонів і молекул, конкуруючої за місце лиганда, pH, температури і ионности середи.

Багато які важкі метали утворять так звані синергетические суміші, які надають на водні організми токсичний вплив, що значно перевищує суму дій окремих компонентів.

Поведінка важких металів в реальних середовищах складна і малодосліджена. Разом з тим їх накопичення в живій природі викликає серйозний неспокій у всьому світі. Тому надходження важких металів в атмосферу, водоймища і на землеробські поля повинне бути припинено і взято під суворий контроль. Всі джерела важких металів можуть бути ліквідовані шляхом організації на підприємствах систем очищення і повторного використання стічних вод.

Біогенний речовини

Особливу небезпеку представляють з'єднання азоту і фосфору, у великих кількостях що попадають у водоймища з побутовими промисловими стічними водами, з атмосфери (оксиди азоту), а також внаслідок вимивання мінеральних і органічних добрив з грунту. Внаслідок смива добрив у водоймища світу щорічно поступає від 3 до 6 млн. т P2O5.

Попадаючи у водоймища, біогенний елементи стимулюють розвиток синьо-зелених водоростей. Відбувається евтрофикация (цвітіння) водоймищ. Внаслідок масового гниття водоростей у воді з'являються сірководень, меркаптани, феноли і інші токсичні продуки, зникає кисень, вода стає мертвою.

Неорганічні солі

Окрему групу хімічних забруднювачів складають неорганічні солі. Незважаючи на малу токсичность багатьох розчинних солей, все зростаюче накопичення їх в природних прісних водах викликає ряд серйозних економічних і екологічних проблем: збільшення витрат на водоподготовку на електростанціях і промислових підприємствах, зменшення запасів прісної води, придатної для поливу сільськогосподарських угідь, погіршення умов нересту риб, погіршення якості питної води і т. д. Основними джерелами надходження солей у водоймища є дренажні сільськогосподарські води, промислові стічні води, в тому числі продувочние води систем водопостачання, регенерационние розчини і промивние води установок водоподготовки електростанцій і інш. У зв'язки з цим опріснення дренажних вод, знесолювати продувочних, поверхневих, промивних, рудничних і інших стічних вод в промисловість, створення бессточних схем водоподготовки і замкнених водооборотних систем із знесолювати подпиточной води є ефективними розв'язаннями даної проблеми, в реалізації яких головна роль належить іонному обміну і електродиализу.

ЗМІНА ЯКОСТІ ПРИРОДНИХ ВОД

ВНАСЛІДОК АНТРОПОГЕННОГО ВПЛИВУ

Можна виділити наступні найбільш очевидні тенденції в зміні якості природних вод під впливом господарської діяльності людей:

1. Знижується рН прісних вод внаслідок їх забруднення сірчаною і азотною кислотами з атмосфери, збільшується вміст в них сульфатів і нітрату.

2. Підкислені дощові води, стікаючи по поверхні суші і просочуючись в нижні шари грунту, краще розчиняють карбонатние і інші породи, що спричиняє збільшення змісту іонів кальцію, магнію, кремнію в підземних і річкових водах.

3. Підвищується вміст в природних водах фосфатів ( > 0.1 мг/л), нітрату, нитритов і аммонийного азоту.

4. Підвищується вміст в природних водах іонів важких металів, передусім свинця, кадмію, ртуті, миш'яку і цинку.

5. Підвищується вміст солей в поверхневих і підземних водах внаслідок їх надходження зі стічними водами, з атмосфери за рахунок смива твердих витрат. Наприклад, солесодержание багатьох рік щорічно підвищується на 30-50 мг/л і більш. З 1000 т міських відходів в грунтові води попадає до 8 т розчинних солей.

6. Збільшується вміст у водах органічних сполук, передусім біологічних стійких, в тому числі синтетичних ПАВ, гетероорганических з'єднань (пестицидів і продуктів їх розпаду) і інших токсичних, канцерогенних і мутагенних речовин.

7. Катастрофічно знижується вміст кисня в природних водах, передусім внаслідок підвищення його витрати на окислювальні процеси, пов'язані з евтрофикацией водоймищ, з мінералізацією органічних сполук, а також внаслідок забруднення поверхні водоймищ гидрофобними речовинами і скорочення доступу кисня з атмосфери. У відсутності кисня у воді розвиваються відбудовні процеси, зокрема сульфати відновлюються до сірководня.

8. Існує потенційна небезпека забруднення природних вод радіоактивними ізотопами хімічних елементів.

ЗАСТОСУВАННЯ СОРБЦИОННИХ МЕТОДІВ

ДЛЯ ОЧИЩЕННЯ СТІЧНИХ ВОД

З вище викладеного слідує, що реальні стічні води - це не чисті стабільні розчини, а гетерогенна суміш розчинених, колоїдних і зважених у воді домішок органічного і неорганічного характеру, багато які з яких нестабільні, окислюються

Практика роботи систем очищення стічних вод показує, що сорбционная обробка доцільна як "фінішна" операція, після механічної і інших більш дешевих видів очищення від грубодисперсних, колоїдних і частини розчинених домішок. Звичайна оптимальна послідовність процесів фізико-хімічного очищення: коагуляція - відстоювання (флотация) - фільтрування - сорбция.

Так, наприклад, знесолювати природних і стічних вод доцільно провести на ионитах у випадку початкового солесодержания до 1 г/л. Якщо регенерационние розчини переробляються в корисну продукцію те іонний обмін успішно може бути використаний для глибокого води з початковим солесодержанием до 2 г/л.

Створення комбінованих схем, що включають попередню коагуляцію і осветление води дозволяє в декілька разів знизити витрату активного вугілля на локальних станціях водоподготовки, тим самим вирішити техніко-економічну проблему забезпечення окремих районів додатковими водними ресурсами в обозримом майбутньому.

АКТИВНЕ ВУГІЛЛЯ В ПРОЦЕСАХ ВОДОПОДГОТОВКИ

Фільтрування води через шар гранульованого вугілля або введення у воду порошкоподібного активного вугілля є найбільш універсальними методами видалення з води розчинених органічних речовин природного і неприродного походження.

Оскільки вміст в питній воді органічних речовин природного походження нормований тільки непрямо (по кольоровості, запахам і присмакам води), а кольоровість води звичайно досить добре знижується коагулированием і хлоруванням, активне вугілля, що є дорогим матеріалом, застосовується на комунальних водопроводах головним чином для видалення речовин, що обумовлюють запахи і присмаки води, а також для видалення з води органічних забруднень неприродного походження - різних детергентов, пестицидів, нафтопродуктів і інших токсичних речовин, що попадають у відкриті водоймища зі стічними водами міст і промислових підприємств.

При видаленні з води речовин, що додають їй запахи і присмаки, їх концентрацію треба знизити до дуже малих величин, при яких запах і присмак вже не відчуваються.

Концентрації різних речовин, при яких відчувається їх запахи або присмак у воді, неоднакові. Сірководень відчувається при концентрації його у воді більше за 0.2-0.3 мг/л, хлор - при концентрації більше за 0.3 мг/л, хлорфенол - при концентрації більше за 0.02 мг/л, продукти життєдіяльності актиномицетов, що додають воді землистий запах, відчуваються при концентрації більше за 1×10-8мг/л.

Природно, що при так низьких залишкових концентраціях речовини, що видаляється міра використання сорбционной ємності активного вугілля в статичних умовах при ввденії у воду вугілля у вигляді порошку буде мала. Так під час контакту порошкоподібного вугілля (ПАУ) з водою, що очищається невелико, сорбируемое речовина звичайно не устигає проникнути в глибочину частинки вугілля, тому сорбционная здатність ПАУ зростає із збільшенням міри його подрібнення.

Непрямо сорбционная здатність ПАУ характеризується його фенольним числом - числом милиграммов активного порошкоподібного вугілля, необхідного для зниження концентрації фенолу в 1 л води з 0.1 до 0.01 мг при перемішуванні води з активним вугіллям протягом 1ч. Чим вище фенольное число вугілля, тим менше його сорбционная здатність відносно фенолу, тим гірше, як правило, це вугілля буде сорбировать з води речовини, що обумовлюють присмаки і запахи води. ПАУ, вживані на фильтровальних станціях для видалення з води присмаків і запахів, повинні мати фенольное число не більше за 30; хороші зразки активного вугілля мають фенольное число менше за 15.

Практика обробки води ПАУ на Тюменськом водопроводі показала, що з числа порошкоподібного вугілля найбільш ефективне вугілля марки А-лужної. У кожному конкретному разі марка ПАУ повинна підбиратися пробною обробкою води в лабораторних умовах, при цьому повинні ставиться досліди як з попереднім хлоруванням води, так і без нього.

ПАУ, вживаний для видалення з води речовин, які додають їй присмаки і запахи, може вводиться як перед відстійниками так і після них, безпосередньо перед фільтрами. Однак введення у воду перед фільтрами можливе тільки в тих випадках, коли його доза не перевершує 5-7 мг/л при тривалому застосуванні вугілля і 10-12 мг/л при короткочасному, епізодичному. При надходженні на фільтри великої кількості активного вугілля втрата натиску в них звичайно швидко зростає і різко зростає витрата промивной води. Двухслойние фільтри краще звичайних пристосовані до осветлению води, вмісної ПАУ. При малих дозах активне вугілля доцільно вводити у воду після відстійників; в цьому випадку сорбционная здатність вугілля використовується більш повно, ніж при введенні його у воду перед відстійниками, в яких вугілля швидко осідає, не встигши сорбировать органічні речовини, що містяться у воді.

Реалізація процесу углевания на вимагає значних капітальних витрат, необхідне лише будівництво блоку приготування і дозування ПАУ і складу ПАУ.

Внаслідок сильного пиления і вибухонебезпеки ПАУ в сухому вигляді у воду вводять рідко. Звичайно заздалегідь готують суспензію 2-10% ПАУ у воді, яку і направляють в основний потік води, що обробляється. Дозу ПАУ вибирають з урахуванням загрязненности води і сорбционних властивостей вугілля. У нашій країні (1982 г) як правило, Dу=1-5 мг/дм3, в Фінляндії 5-15 мг/дм3, в ФРН (водозабори на Рейне) 25-40мг/дм3, у Франції 5-40 мг/дм3, в Англії і США 5-30 мг/дм3. Великі дози ПАУ свідчать про сильну загрязненности джерел зарубежом.

Постійне використання ПАУ для водоподготовки звичайно не вигідне через нерентабельність і неможливість його регенерації і втрат при дозуванні.

Для постійної сорбционной обробки води використовують гранульоване активне вугілля (ГАУ), яке можна регенерувати, що знижує вартість очищення води, хоч ГАУ і дорожче, а їх застосування вимагає великих капітальних витрат. Фільтрування через ГАУ дає воду кращої і більш постійної якості в порівнянні з углеванием (термін служби ГАУ при очищенні природних вод - від 2 до 30 мес)

Один з традиційних напрямів використання активного вугілля у водоподготовке - дехлорирование питної води, що реалізовується на вугільних фільтрах. Висоту фільтра призначають в залежності від швидкості фільтрування, початкової і кінцевої концентрації вільного хлора.

Дехлорирующие фільтри регенерують один раз в місяць гарячим розчином соди або їдким натра. До регенерації 1 кг ГАУ дехлорирует 50-100 м3води.

Механізм дехлорирования води на ГАУ складається з сорбції і подальшого розкладання хлорноватистой кислоти. Іон OCl-менше за реакционноспособен і гірше сорбируется чим HOCl, тому зсув рН, що приводить до збільшення міри диссоциації HOCl«Н++OCl-, знижує дехлорирующий ефект.

НеВУГЛЕЦЕВІ СОРБЕНТИ В ПРОЦЕСАХ ВОДООЧИСТКА

Для очищення води все більше застосування знаходять невуглецеві сорбенти природного і штучного походження (глинисті породи, цеолити і деякі інші матеріали).

Використання таких сорбентов зумовлене досить високою ємністю їх, вибірковістю, катионообменними властивостями деяких з них, порівняно низькою вартістю і доступністю (іноді як місцевого матеріалу).

Глинисті породи - найбільш поширені неорганічні сорбенти для очищення води. Вони володіють розвиненою структурою з микропорами, що мають різні розміри в залежності від вигляду мінерала. Велика частина з них володіє шаруватою жорсткою або структурою, що розширяється.

Механізм сорбції забруднень на глинистих матеріалах досить складений і включає Ван-дер-ваальсовие взаємодії вуглеводневих ланцюжків з розвиненою поверхнею мікрокристалів силікатів і кулонівська взаємодія заряджених і поляризованих молекул сорбата з позитивно зарядженими дільницями поверхні сорбента, вмісними іони Н+і Al3+.

Найбільше поширення глинисті матеріали отримали для знебарвлення води, видалення неорганічних домішок і особливо токсичних хлорорганических з'єднань і гербіцидів, різних ПАВ.

Природні сорбенти добують в безпосередній близькості від місця споживання, що постійно розширює масштаб їх застосування для очищення води.

Цеолити - різновиди алюмосиликатних каркасних матеріалів. Ці матеріали мають негативний трьохмірний алюмосиликатний каркас зі суворо регулярною тетраедрической структурою. У проміжках каркаса знаходяться гидратированние позитивні іони лужних і лужноземельних металів, компенсуючих заряд каркаса, і молекули води. У адсорбционние порожнини цеолитов сорбируется лише молекули речовин, критичний розмір яких менше ефективного розміру вхідного вікна, від цього і їх друга назва - молекулярна сита.

Відомо більше за 30 видів природних цеолитов, але лише частина з них утворить великі родовища (80% концентратов) зручні для промислової переробки. Найбільш поширені природні цеолити:

шабазит (Na2Ca)Про×Al2O3×4SiO2×6H2O з розміром вікон 0.37-0.50 нм;

морденит (Na2K2Ca)Про×Al2O3×10SiO2×6.7 H2O з розміром вікон 0.67-0.70 нм;

клинопптиломит (Na2K2Ca)Про×Al2O3×10SiO2×8H2O

Для отримання міцних і водостійких фільтруючих матеріалів з природних цеолитов їх, так само, як і глини, нагрівають в печах з хлоридом карбонатом натрію при 10000С.

Обробка поверхні цеолитов кремнийорганическими з'єднаннями робить її гидрофобной, що поліпшує сорбцию нафти з води.

Природні цеолити використовуються у вигляді порошків і фільтруючих матеріалів для очищення води від ПАВ, ароматичних і канцерогенних органічних сполук, барвників, пестицидів, колоїдних і бактерійних забруднень.

Крім цеолитов і природних глин перспективними є неорганічні ионити. Серед них можна виділити наступні:

1. Гранульовані методом заморожування труднорастворимие фосфати металів (циркония, титана, хрому, заліза, торію, сурми і інш.), передусім, цирконилфосфат (ZrO)m(H2PO4)nс різним відношенням m:n, відмінний високою ємністю обміну, термічною і радіаційною стійкістю і високою селективностью до іонів цезія, рубідію, калію і амоній, а також талію. Цирконилфосфат стійкий в концентрованих кислотних і сольових розчинах, зберігаючи в них високу ионообменную ємність і вибірковість до вищепоказаних катионам.

Цирконилфосфат може бути використаний для видобування з сильнокислих і сильноминерализованних радіоактивних розчинів довгоживучого изотопа137Cs; для розділення продуктів радіоактивного розпаду урану в атомних реакторах:89Sr-137Cs, 89Sr-144Cs, 90Sr-90U; для отделения95Nb и95Zr от106Ru; для видобування іонів талію з розчинів у виробництві і при використанні солей талію.

2. Синтетичні титано- і цирканосиликати, що володіють молекулярноситовими властивостями цеолитового рівня, високою обмінною ємністю і селективностью до ряду катионов.

3. Труднорастворимий кристалічний оксалат циркония, селективний по відношенню до катионам свинця і калію.

4. Труднорастворимие солі поли- і гетерополикислот: фосфомолибдати, фосфорвольфрамати, вольфрамати, фосфорарсенати, похідні фосфорносурьмяной кислоти, кремнесурьмяной кислот і що інші володіють селективностью до рідких лужних, лужноземельних і важких металів.

5. Ферроцианиди лужних і важких металів (заліза, міді, цинку, молібдену, нікеля, титана, олова, ванадію, урану, вольфраму і т. п.), здатні до виборчої сорбції іонів Pb+, використовуються для поглинання Rb, Cs з розчинів і Tl+з водних розчинів. Наприклад, за допомогою ферроцианида лужного металу і нікеля ефективно витягується рубідій з відпрацьованого розчину при переробці карналлитових руд.

6. Нерозчинні сульфіди і гидроксиди металів. Наприклад, відомо про можливість успішного очищення нікелевих електролітів від домішок іонів міді, свинця, кадмію, миш'яку, сурми, олова, вісмуту за допомогою нерозчинного сульфіду нікеля, від домішок заліза (II) і кобальту (II) за допомогою гидроксидов нікеля в поєднанні з органічним сильноосновним анионитом АВ-17 на кінцевій стадії очищення.

Багато які катионити в тому числі цеолити (за винятком клиноптилолита, ерионита і морденита) і глинисті мінерали, можуть працювати тільки в сольових формах (натрієвої, кальцієвої і т. д.). Вони не можуть бути переведені у водневу форму, оскільки при цьому руйнується їх структура, і, отже, не можуть застосовуватися в технології знесолювати і опріснення стічних і природних вод. Крім того, знесолювати води неможливе без одночасного використання анионитов, які серед неорганічних мінералів і з'єднань зустрічаються вельми рідко.

Ці обставини в чималій мірі сприяли бурхливому розвитку синтезу органічних катионитов і анионитов на основі синтетичних органічних сполук, що отримав широке застосування в технології знесолювати води, в гідрометалургії дорогоцінних і кольорових металів, в технології очищення стічних вод і в інших галузях.

ОРГАНІЧНІ ИОНИТИ

Більшість органічних ионитов виходять шляхом полимераналогичних перетворень сополимеров стиролу і дивинилбензола (ДВБ). Ці сополимери є надійною базою для створення цілого спектра гелевих і макропористих ионитов з самими різноманітними властивостями. Крім того, початкові мономери доступні і відносно дешеві. Все ширше стає і асортимент ионитов, що отримуються методами сополимеризації і сополиконденсації органічних мономеров ионогенного типу. Успішно розвивається синтез важливих відносно практичному ионитов на базі винильних похідних пірідин, передусім промислово доступний 2,5-метилвинилпиридина, на основі алифатических з'єднань ионогенного характеру, таких як метилакрилат, акрилонитрил, полиетиленполиамини, епихлоргидрин.

Більшість органічних ионитов мають гелевую структуру. У них відсутні реальні пори. Доступність всього об'єму їх зерен для іонів, що обмінюються забезпечуються завдяки їх здібності до набухання у водних розчинах.

Макропористие ионити виходять шляхом введення в реакційну масу в процесі сополимеризації і поликонденсації порообразователя (изооктан, декан, бензини БР-1, БЛХ, спирти нормальної і ізомерної будови), після видалення, якого ионит зберігає реальні пори і набуває властивостей адсорбентів типу активного вугілля: велику питому поверхню і об'єм пір. Макропористие ионити мають велику механічну міцність, але меншу об'ємну ємність, ніж гелевие і изопористие. Вони володіють високою осмотической стабільністю, поліпшеною кінетикою обміну, виявляють ситовий ефект.

Можливості синтезу органічних ионитов справді безмежні, а ионити, що синтезуються можна наділяти найрізноманітнішими найціннішими властивостями, що мають часом унікальне практичне значення.

МЕТОДИ РЕГЕНЕРАЦІЇ СОРБЕНТОВ

Методи регенерації умовно можна розділити на три вигляду:

1. Хімічний

2. Низькотемпературний термічний

3. Термічний

Хімічна регенерація

Під хімічною регенерацією розуміють обробку сорбента рідким або газоподібним органічними або неорганічними реагентами при температурі, як правило не вище за 1000С. Хімічно регенирируют як вуглецеві, так і невуглецеві сорбенти. Внаслідок цієї обробки сорбат або десорбируется без змін, або десорбируются продукти його взаємодії з регенеруючим агентом. Хімічна регенерація часто протікає безпосередньо в адсорбционном апараті. Більшість методів хімічної регенерації узкоспециальни для сорбатов певного типу. Розглянемо деякі приклади хімічної регенерації активного вугілля.

Самий простий метод регенерації сорбента - нагрівання його в деякому об'ємі води. Це приводить до зростання міри диссоциації і розчинність сорбата і, в результаті, до десорбції частини сорбата. Так при регенерації активного вугілля нагрівають воду і фільтрують її через активне вугілля. Ефект такої регенерації не вище - 20-40 %.

З всіх методів хімічної регенерації вугілля найбільше поширення, особливо у водоподготовке, отримала обробка активного вугілля розчинами гидроокиси і карбонату натрію.

Регенерація 2.5% NaOH дозволяє в 8 раз використати вугілля КАД-иодний для дезодорації води (після 4-кратної регенерації зниження сорбционной ємності становить 40-50%. Наявність плохоомиляемих домішок знижує згодом ємність вугілля.

Десорбція органічного сорбата з активного вугілля розчинами кислот використовується порівняно рідко. (2.5 % розчин Н2SO4десорбіруєт деякі пестициди). Частіше за кислоту служать окислювачем сорбата на вугіллі. Окислювачем органічного сорбата може бути і H2O2.

Останнім часом вивчаються методи регенерації з використанням g-випромінювання, під впливом якого відбувається деструкция сорбата. У малих дозах це випромінювання ініціює окислення киснем на активному вугіллі органічних сполук, присутніх у воді CO2и H2O. Доза опромінювання 3×104рад/ч забезпечує окислення аерацією киснем у воді таких з'єднань як лігніну, лигнинсульфат, безкиснева деструкция їх вимагає дози 1.1×106рад/година.

Низькотемпературна термічна регенерація

Низькотемпературна термічна регенерація - це обробка сорбента парою або газом при 100-4000С. Процедура ця досить проста і в багатьох випадках її ведуть безпосередньо в адсорберах.

Водяну пару внаслідок високої високої ентальпії частіше за інших використовують для низькотемпературної термічної регенерації. Він безпечний і доступний у виробництві.

Для пропарки адсорбера необхідні лише парогенератор і холодильник-конденсатор. Відпрацьований конденсат прямує або на спалення, або на виділення цінного сорбата.

Термічна регенерація.

Хімічна регенерація і низькотемпературна термічна регенерація не забезпечує повного відновлення адсорбционних вугілля.

Термічна регенерація процес вельми складний, багатостадійний, зачіпаючий не тільки сорбат, але і сам сорбент. Термічна регенерація наближена до технології отримання активного вугілля.

При карбонизації сорбатов різного типу на вугіллі велика частина домішок розкладається при 200-3500С, а при 4000С звичайно руйнується біля половини всього адсорбата. CO, CO2, CH4- основні продукти розкладання органічного сорбата виділяються при нагріванні до 350-6000С.

У теорії вартість такої регенерації становить 50 % вартості нового активного вугілля.

Це говорить про необхідність продовження пошуку і розробки нових високоефективних методів регенерації сорбентов.

СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ

1. Когановский А. М. Адсорбция і іонний обмін в процесах водоподготовки і очищення стічних вод. Київ: Наук. думка. 1983. 240 з.

2. Смирнов А. Д. Сорбционная очищення води. Л.: Хімія. 1982. 168 з.

3. Клячков В. А., Апельцин И. Е. Очистка природних вод. М.: Стройіздат. 1971. 579 з.

4. Смирнов Д. Н., Генкин В. Е. Очистка стічних вод в процесах обробки металів. М.: Металлургия.1980. 195 з.

5. Аширов А. Іонообменная очищення стічних вод, розчинів і газів. Л.: Хімія. 1983. 295 з.