Слабоосновным анионитом

Для биологически очищенной сточной воды характерны значительные концентрации нитритов и нитратов. Поэтому в воде, поступающей на аниониты, после Н-флльтров будет содержаться азотистая кислота. Как показано в [ПО], первичные и вторичные аминогруппы слабоосновных анионитов вступают во взаимодействие с HNOa:

Поглощение органических веществ приводит к отравлению и слабоосновных анионитов. В [116] показано, что присутствие органических веществ в биологически очищенных сточных водах не влияет на равновесную емкость слабоосновного сорбента. Однако замедление кинетики поглощения ионов ОН-формой сорбента приводит к увеличению длины зоны ионопереноса. Поскольку сорбция органических веществ замедляет кинетику поглощения ионов и не влияет на ионообменное равновесие, рабочую емкость сорбента можно повысить увеличением слоя материала. На основе этого положения в [116] проведено испытание схемы ионирова-ния биологически очищенной сточной воды последовательным фильтрованием через Н- и две ступени ОН-ионитных фильтров. После проскока кислоты на регенерацию отводили головной ОН-фильтр, а в конец цепочки вводили свежеотрегенированный фильтр. Возрастание длины слоя (в 2 раза) позволило более чем вдвое увеличить рабочую емкость ионита по анионам сильных кислот и довести ее до 1200—1300 г-экв/м3. Ионитами удалялось примерно 50 % органических соединений исходной воды. Рабочая емкость анионита АН-22 по органическим веществам составила 1,5—3,0 кг/м3 в единицах ХПК. Таким образом, за счет увеличения загрузки слабоосновного анионита можно обеспечить частичное извлечение органических веществ из .биологически очищенной сточной воды наряду с анионами сильных кислот. Это позволяет снижать глубину очистки на стадии предварительной адсорбционной обработки либо проводить ее в схемах полного химического обессоливания непосредственно перед сильноосновными анионитами.

Степень диссоциации функциональных групп зависит от рН раствора. Таким образом, степень диссоциации функциональных групп у слабоосновных анионитов, а следовательно, и их обменная способность будут возрастать с понижением рН раствора и, наоборот, убывать с его повышением. Степень диссоциации сильноосновных анионитов, а следовательно, и их обменная емкость по аналогии с сильными основаниями практически не зависят от рН раствора.

99. Маляр Э. И. Увеличение срока службы слабоосновных анионитов// Промышленная энергетика. 1978. № 5. С. 28—29.

Подобно тому как диссоциация сильных кислот и оснований практически не зависит от величины рН раствора, от нее также не зависит и диссоциация сильнокислотных катионитов и сильноосновных анионитов. Наоборот (аналогично слабым кислотам и основаниям), степень диссоциации слабокислотных катионитов возрастает с повышением рН раствора и убывает с его понижением, а степень диссоциации слабоосновных анионитов возрастает с понижением рН раствора и убывает с его повышением.

Увеличение степени диссоциации, повышая заряд твердой фазы, создает тем самым условия для образования более плотного диффузного слоя вокруг ионита, а следовательно, увеличивает количество ионов, способных участвовать в процессах ионного обмена, т. е. повышает обменную емкость ионитов. Поэтому обменная емкость слабокислотных катионитов возрастает с увеличением рЩраствора, а слабоосновных анионитов возрастает с уменьшением рН раствора.

Выше было сказано, что обменная емкость слабокислотных катионитов повышается с повышением рН раствора, а слабоосновных анионитов — с понижением рН. При одном и том же изменении рН величина снижения обменной емкости ионитов является функцией их констант диссоциации. Ориентировочное определение констант диссоциации ионитов может быть осуществлено путем их потенциометрического титрования, которое проводят следующим образом. Навеску ионита (катионит в Н-форме, анионит в ОН-форме) взбалтывают с раствором хлористого натрия и далее титруют катионит щелочью, а анионит — кислотой. Последние прибавляют малыми порциями и после прибавления каждой (по установлении равновесия) замеряют рН раствора. По опытным данным строят кривую, откладывая по оси абсцисс числа миллиграмм-эквивалентов добавленной щелочи или кислоты, а по оси ординат — значения рН раствора. Пример

Выше, при рассмотрении влияния рН на обменную емкость слабокислотных катионитов и слабоосновных анионитов, учитывалось лишь изменение состояния диссоциации самих ионитов и предполагалось, что изменение рН не изменяет состояния диссоциации адсорбируемых ионов. Такое допущение справедливо лишь в том случае, когда происходит процесс адсорбции катионов достаточно сильных оснований или анионов достаточно сильных кислот. Если же происходит адсорбция катионов слабых оснований или анионов слабых кислот, то факторы (изменение рН), способствующие повышению обменной емкости слабокислотных катионитов или слабоосновных анионитов (способствующие повышению их диссоциации), будут оказывать противоположное воздействие на сорбируемые катионы или анионы, т. е. подавлять их диссоциацию и снижать таким образом концентрацию их в растворе. Так, например, используя слабоосновной анионит для адсорбции анионов слабой кислоты, мы будем иметь: а) при пониженных значениях рН достаточно полную диссоциацию анионита(высокую обменную емкость его), но в результате подавления в этих условиях диссоциации анионов слабой кислоты — малую концентрацию их в растворе и как следствие малую величину их адсорбции; б) при повышенных значениях рН—достаточно полную диссоциацию анионов в растворе (их высокую концентрацию), но низкую обменную емкость анионита, что также обусловит малую величину адсорбции. Поэтому величина адсорбции анионов слабых кислот слабоосновными анионитами уменьшается (по сравнению с адсорбцией в аналогичных условиях анионов сильных кислот) и в случае очень слабых кислот может быть снижена практически до нуля.

последнего от высоты слоя анионита. Чем выше высота слоя анионита, тем больше (особенно в пределах от 0 до 1 000 мм) рабочая обменная емкость. На рис. 6-10 показаны относительные значения ОЕР некоторых слабоосновных анионитов при различных значениях высоты слоя их, причем за единицу принята величина ОЕР при концентрации кислоты 3,5 мг-экв/л и высоте слоя 0,5 ж. Как показывает рис. 6-10, при высоте слоя >1,5ж влияние этого фактора становится незначительным. Поэтому в промышленных фильтрах высота слоя анионита принимается не меньше 1,5—2,0 м.

Расход воды яа собственные нужды для слабоосновных анионитов 2% для сильноосновных 4% от количества обрабатываемой воды. Показатели качества воды, обработанной по схемам химического обеесолмвания, приведены в табл. 11-31.

Специфическое взаимодействие в ионите. Выше указывалось, что специфическое взаимодействие обусловлено образованием прочных химических связей (ионных пар, ассоциатов) между ионами и ионитами. Оно, как и сольватация, определяет величину отношений JA/TB и /A/fa и во многих случаях оказывает решающее влияние на избирательность ионита. Специфическое взаимодействие особенно значительно выражено у комплекси-тов, а также у слабокислотных катеонитов с ионами Н+, Fe(III), Bi(III) Th(IV) и т. д. и у слабоосновных анионитов с ионами ОН, Си, Со и т. д. [22]. Оно связано с наличием ковалентной

После натрий-катионирова-ния вода содержит увеличенное по сравнению с исходной водой количество солей натрия и в том числе бикарбоната, подвергающегося гидролизу- под воздействием температуры; питание паровых котлов такой водой вызовет в них нарастание щелочности. Снижение щелочности добавляемой воды при схеме на-трий-катионирования можно достигнуть, если после первой ступени катионирования воду подавать в фильтры, загруженные слабоосновным анионитом, например марки АН-2Ф, а затем воду направлять во вторую ступень.

Второй стадией ионирования в данной схеме является ОН-анионирование в анионитных фильтрах первой ступени (AJ, загруженных слабоосновным анионитом. В этих фильтрах осуществляется обмен на гидроксильный ион ОН присутствующих в Н-катионированной воде анионов сильных кислот: серной SOj", соляной С1~ и азотной NOJ. При этом анионы слабых минеральных кислот (угольной СО~ и кремниевой SiOj~) почти не поглощаются.

Третьей стадией ионирования является Н-катионирова-ние в фильтрах второй ступени (Н2). Они предназначены для улавливания катионов (преимущественно натрия), присутствие которых в воде на данной стадии очистки возможно по следующим причинам: 1) несвоевременное (с опозданием) отключение на регенерацию Н-катионитных фильтров первой ступени (Ht), т. е. отключение спустя некоторое время после начала проскока иона натрия; 2) неудовлетворительное проведение операции отмывки после регенерации анионитных фильтров первой ступени (АД заключающееся в недостаточно полной отмывке анионита от остатков реге-нерационного раствора едкого натра, в результате чего в фильтрат проникают остатки невымытой щелочи; 3) приобретение слабоосновным анионитом амфотерных свойств, в результате чего он становится способным не только к анионному, но и частично к катионному обмену. Эта способность анионита может в процессе его эксплуатации постепенно возрастать вследствие так называемого «старения» анионита, приводящего к некоторым изменениям его структуры и вызывающего кроме амфотерности снижение обменной емкости. При пропускании через амфотерный истощенный анионит регенерационного раствора едкого натра наряду с заменой ранее поглощенных им анионов гидрок-сильным ионом ОН ~ происходит частичное поглощение катиона натрия. При последующем включении анионйтного фильтра в работу он будет попадать в фильтрат вследствие вытеснения его ионами Н +, содержащимися в Н-катионированной воде.

Для проверки разработанной технологии регенерации анионитных фильтров проведены исследования на лабораторном стенде. Анионитный фильтр представлял собой стеклянную трубку с внутренним диаметром 20 мм, загруженную слабоосновным анионитом АН-31. Высота загрузки анионита составляла 1,5 м. В качестве аппарата для загрузки суспензии извести была использована стеклянная трубка с внутренним диаметром 56 мм и высотой 4 м. Трубка была заполнена 8%-ной суспензией извести на высоту 1,9 м.

На установке (рис. 7.6,6) анионитные фильтры работают по ДСП-схеме, а Н-катионитный фильтр — по ДП-схеме. Первый корпус Л дсп загружается слабоосновным анионитом типа АН-31, а Ядп— катионитом КУ-2. Регенерация АН-31 проводится методом развитой регенерации, но он может быть отрегенерирован также избытком щелочи. При этом щелочная часть стока направляется в Оу.

Схему в нужно использовать, когда воду в Ох подвергают только известковой обработке. При этом фильтрат после Ях на протяжении всего цикла будет иметь кислую реакцию; Ап загружается слабоосновным анионитом и регенерируется раствором извести. Для вод с концентрацией [Na]
Если анионируемая вода, помимо ионов Н+, содержит другие катионы (обычно Na+), то количество анионов, поглощенных щелочным (слабоосновным) анионитом, будет определяться концентрацией Н+-ИОНОБ; в фильтрате останется некоторое количество анионов, эквивалентное концентрации Na+ в исходной воде. При этом, в соответствии со сказанным выше, эти «проскочившие» анионы, уравновешивающие ионы Na+, будут наименее активными к анионному обмену. Так, если [Na+] в исходной воде меньше [C1-+SO4~] (по условию) и меньше [Сг~], то в фильтрате будет содержаться только NaCl. Если [Na+] > [С1~], то фильтрат будет содержать NaCl и Na2SO4, причем [SO4~[=[Na+]—IC1-]. Если в такой воде наряду с Na+, Cl~~ и SC>4~ содержится также углекислота, то фильтрат имеет повышенную щелочность (до 0,8—1,2 мг-экв/л), так как вытесняемые из анионита ионы ОН- связывают ионы водорода угольной кисло-

Удаление анионов борной кислоты из воды (конденсата), питающей реакторы «кипящего» типа, с непосредственным испарением воды в реакторах. Борная кислота вводится при пуске реактора для регулирования его активности (бор-энергичный поглотитель нейтронов). Улавливание анионов борной кислоты слабоосновным анионитом, по опытным данным США, протекает с достаточной полнотой.

анионитов, регенерация которых осуществляется только едким натром. Вода при этом пропускается через первую ступень Н-катионирования (до проскока ионов натрия), первую ступень ОН-анионирования (удаление анионов сильных кислот слабоосновным анионитом), вторую ступень Н-катионирования (улавливание проскоков натрия), удалитель СО2*, вторую ступень ОН-анионирования (улавливание сильноосновным анионитом кремниевой кислоты, остатков свободной СО2 и проскоков анионов сильных кислот).

а затем через группу фильтров со слабоосновным анионитом

ров первой ступени (со слабоосновным анионитом) дегазатора