Filter jonske izmjene za omekšavanje vode. Natrijum- i H-kationizacija
Omekšavanje vode- proces koji ima za cilj uklanjanje kationa kalcijuma i magnezijuma iz njega, tj. smanjenje njegove krutosti.
Na zahtjev SANPiN-a tvrdoća vode za piće ne smije prelaziti 7 mg-eq/l, a zahtjevi za duboko omekšavanje postavljaju se za vodu koja učestvuje u procesima prijenosa topline, tj. do 0,05 ... 0,01 mg-eq / l. Tvrdoća vode koja se koristi za napajanje bubnjastih kotlova CHPP ne bi trebala prelaziti 0,005 mg-eq/l, odnosno 5 µg-eq/l.
Smanjenje ukupne koncentracije Mg(II), Ca(II) kationa i anjona, sa kojima pod određenim uslovima mogu formirati guste nerastvorljive naslage na zidovima cevi i aparata, dešava se na sistemima za prečišćavanje i tretman vode. različitim metodama, čiji je izbor određen kvalitetom izvorišne vode, zahtjevima njenog čišćenja i tehničko-ekonomskim razmatranjima.
Metoda jonske izmjene.
Ova metoda se zasniva na sposobnosti nekih materijala (katjoni i anjoni) da apsorbuju jone (katjone i anjone) iz vode u zamenu za ekvivalentnu količinu jona (katjona i anjona).
Proces kationizacije je proces kojim se kationi razmjenjuju. U tretmanu vode tokom omekšavanja - katjoni izmjenjivači za jone Ca 2+ i Mg 2+ iz vode.
Proces anionizacije - odnosno anjoni, uglavnom tokom odsoljevanja i dubokog odsoljivanja.
Magnetski tretman vode.
Upotreba magnetnog tretmana vode je preporučljiva u slučaju velike kalcijum-karbonatne tvrdoće.
U procesu prolaska vode kroz magnetno polje u njoj se formiraju kristalizacijski centri koji se uvećavaju i padaju u neljepljivi mulj, koji se uklanja prilikom duvanja. One. padavine nisu na zidovima grejne površine, već u zapremini vode.
Na efekat protiv kamenca utiču faktori kao što su kvalitativni i kvantitativni sastav vode, brzina kretanja tečnosti kroz linije magnetnog polja, jačina magnetnog polja i vreme zadržavanja vode u njemu.
Uvjeti za uspješan tretman magnetnom vodom treba da budu visoki sadržaj kalcijum karbonata i sulfata, a koncentracija slobodnog ugljen monoksida IV treba da bude manja od ravnotežne. Takođe, povećava se efekat protiv kamenca nečistoća oksida gvožđa i drugih sadržanih u vodi.
Uređaji za magnetnu obradu vode rade i na bazi trajnih magneta i na bazi elektromagneta. Nedostatak uređaja sa trajnim magnetima je što ih s vremena na vrijeme treba očistiti od feromagnetnih nečistoća. Elektromagneti se čiste od željeznih oksida isključivanjem iz mreže.
Brzina vode u magnetnom polju tokom njenog tretmana ne bi trebalo da prelazi 1m/s. Za povećanje volumena tretirane vode u jedinici vremena koriste se uređaji s magnetskom obradom sloj po sloj.
Metoda magnetne obrade našla je primjenu u toplovodnim mrežama za grijanje, u termoelektranama, u izmjenjivačima topline.
Odabir ove metode u rješavanju problema omekšavanja vode prvenstveno treba da se zasniva na njenoj efikasnosti u prečišćavanju vode određenog kvaliteta – koja se koristi kao glavna, naknadna faza ili kao dodatna.
Reverzna osmoza.
Trenutno je metoda reverzne osmoze najšire korištena u tretmanu vode.
Suština metode je da se pod visokim pritiskom, od 10 do 25 atmosfera, voda dovodi do membrana. Membrane, kao selektivan materijal u odnosu na nečistoće koje prolaze kroz njega, propuštaju molekule vode i ne propuštaju jone rastvorene u vodi.
Tako na izlazu nakon ugradnje reverzne osmoze dobijamo dva toka - prvi mlaz čiste vode koja je prošla kroz membranu, tzv. permeat, i drugi tok - voda sa nečistoćama koja nije prošla kroz membranu, zove se koncentrat.
Permeat se šalje potrošaču i čini od 50 do 80% zapremine isporučene vode. Njegova količina ovisi o svojstvima membrane i njenom stanju, kvaliteti izvorne vode i željenom rezultatu čišćenja. Najčešće je to oko 70%.
Koncentrat, respektivno, od 50 do 20%.
Sa povećanjem opterećenja na membrani, tj. povećanjem procentualnog omjera između propuštene vode i vode sa nečistoćama, selektivnost membrane se smanjuje i dostiže minimum u odsustvu koncentrata, tj. kada sva voda dovedena u jedinicu reverzne osmoze prođe kroz membranu.
Membrane za reverznu osmozu izrađene su od kompozitnog polimernog materijala posebne strukture, koja omogućava da voda prolazi pod visokim pritiscima i ne propušta jone i druge nečistoće otopljene u njoj. S povećanjem opterećenja membrane, njen vijek trajanja se smanjuje, a kada se postignu kritični parametri, pri kojima ulazna tekućina s nečistoćama potpuno prolazi kroz membranu, ona se uništava. Prosječan vijek trajanja membrane je 5 godina.
Površina membrane s vremenom može postati obrasla mikroorganizmima, prekrivena slojem teško topljivih spojeva. Za čišćenje membrana reverzne osmoze koriste se rastvori kiselina i lužina sa dodatkom biocida.
Prilikom pranja reverzne osmoze ne smijemo zaboraviti da polupropusna membrana nije filter. Ispiranje treba vršiti isključivo u smjeru protoka tekućine. Obrnuti tok vodene otopine će uzrokovati kvar membrane.
Reagensne metode tretmana vode.
Reagensne metode obrade vode služe uglavnom za omekšavanje plitkih voda dodavanjem reagensa i pretvaranjem soli tvrdoće u slabo topiva jedinjenja sa njihovim naknadnim taloženjem.
Kao reagensi se koriste kreč, soda, kaustična soda itd. Trenutno se koriste na nekoliko mesta, ali za opšte razumevanje procesa pretvaranja u slabo rastvorljiva jedinjenja kalcijuma i magnezijuma i njihovog daljeg taloženja, razmotrićemo njima.
Smanjenje naslaga kamenca.
Metoda je primjenjiva na vodu visoke karbonatne i niske nekarbonatne tvrdoće.
Kada se doda vapneno mlijeko, pH vode raste, što dovodi do prijelaza otopljenog ugljičnog dioksida i bikarbonatnog jona u karbonatni ion:
CO 2 + OH - \u003d CO 3 2- + H 2 O,
HCO 3- + OH - \u003d CO 3 2- + H 2 O.
Kada je voda zasićena karbonatnim ionima, kalcij se taloži:
Ca 2+ + CO 3 2- \u003d CaCO 3 ↓.
Magnezijum se takođe taloži sa povećanjem pH:
Mg 2+ + OH - \u003d Mg (OH) 2 ↓.
Ako je višak karbonatne tvrdoće neznatan, onda se soda dozira vapnom, čije prisustvo smanjuje nekarbonatnu tvrdoću:
CaSO 4 + Na 2 CO 3 \u003d CaCO 3 ↓ + Na 2 SO 4.
Za potpunije taloženje kationa magnezijuma i kalcijuma preporučuje se zagrevanje vode na temperaturu od 30 - 40 stepeni. Sa njegovim povećanjem, rastvorljivost CaCO 3 i Mg(OH) 2 opada. Ovo omogućava smanjenje tvrdoće vode za 1 meq/l ili manje.
Soda-natrijum metoda omekšavanja vode.
Dodatak sode je neophodan ako je nekarbonatna tvrdoća veća od karbonatne. Ako su ovi parametri jednaki, dodavanje sode možda uopće neće biti potrebno.
Kalcijum i magnezijum bikarbonati u reakciji sa alkalijama formiraju slabo rastvorljiva jedinjenja kalcijuma i magnezijuma, sodu, vodu i ugljen dioksid:
Ca (HCO 3) 2 + 2NaOH \u003d CaCO 3 ↓ + Na 2 CO 3 + 2H 2 O,
Mg (HCO 3) 2 + 2NaOH \u003d Mg (OH) 2 ↓ + Na 2 CO 3 + H 2 O + CO 2.
Ugljični dioksid koji nastaje kao rezultat reakcije magnezijevog bikarbonata s alkalijom ponovo reagira s alkalijom i formira sodu i vodu:
CO 2 + NaOH \u003d Na 2 CO 3 + H 2 O.
nekarbonatna tvrdoća.
Kalcijum sulfat i hlorid reaguju sa sodom koja nastaje u reakcijama karbonatne tvrdoće i lužine i dodane sode da nastane kalcijum karbonat koji ne ključa u alkalnim uslovima:
CaCl 2 + Na 2 CO 3 \u003d CaCO 3 ↓ + 2NaCl,
CaSO 4 + Na 2 CO 3 \u003d CaCO 3 ↓ + Na 2 SO 4
Magnezijum sulfat i hlorid reaguju sa alkalijom i formiraju precipitirani magnezijum hidroksid:
MgSO 4 + 2NaOH \u003d Mg (OH) 2 ↓ + Na 2 SO 4,
MgCl 2 + 2NaOH \u003d Mg (OH) 2 ↓ + 2NaCl.
Zbog činjenice da u reakcijama bikarbonata sa alkalijom nastaje soda, koja naknadno reaguje sa nekarbonatnom tvrdoćom, njena količina mora biti u korelaciji u odnosu karbonatne i nekarbonatne tvrdoće: ako su jednake, soda ne može dodati, pod uslovom da se formira višak sode od W do > W nk, sa inverznim omjerom od W prema
Kombinovane metode.
Kombinacija različitih metoda tretmana vode u cilju smanjenja njene tvrdoće ponekad daje prilično visoke rezultate. To je u pravilu zbog visokih zahtjeva za kvalitetom vode i pare.
Primjer bi bila kombinacija reverzne osmoze sa kationizacijom natrijuma. Glavna tvrdoća vode se smanjuje na filterima za kationsku izmjenu, a na reverznoj osmozi se odslanjuje.
U drugom slučaju, magnetna obrada vode može poslužiti kao dodatna faza prečišćavanja - instalacija se nalazi iza sistema za omekšavanje na cijevnoj cijevi za cirkulaciju tople vode.
Neki filterski materijali ( jonski izmjenjivači) mogu apsorbirati pozitivne jone (katjone) iz vode u zamjenu za ekvivalentnu količinu jona izmjenjivača katjona.
Omekšavanje vode kationizacijom zasniva se na fenomenu jonske izmjene (tehnologije ionske izmjene), čija je suština sposobnost jonoizmenjivačkih filterskih materijala (jonski izmjenjivači - kationski izmjenjivači) da apsorbuju pozitivne jone iz vode u zamjenu za ekvivalentnu količinu joni izmjenjivača katjona.
Glavni radni parametar kationskog izmjenjivača je kapacitet izmjene jonskog izmjenjivača, koji je određen brojem kationa koje kationski izmjenjivač može izmijeniti tokom ciklusa filtera. Kapacitet izmjene se mjeri u gramskim ekvivalentima zadržanih katjona po 1 m 3 kationskog izmjenjivača u nabubrelom (radnom) stanju nakon boravka u vodi, tj. u stanju u kojem kationski izmjenjivač nalazi se u filtratu.
Postoji pun i radni (dinamički) kapacitet izmenjivača katjona. Ukupni kapacitet izmjene kationskog izmjenjivača je količina kationa kalcijuma Ca +2 i magnezija Mg +2 koja može zadržati 1 m 3 kationskog izmjenjivača u radnom stanju sve dok se tvrdoća filtrata ne uporedi sa tvrdoćom izvorne vode . Radni kapacitet izmenjivača kationa je količina katjona Ca +2 i Mg +2 koja zadržava 1m 3 kationskog izmenjivača do „proboja“ katjona soli tvrdoće u filtrat.
Kapacitet izmjene, koji se odnosi na cjelokupni volumen kationskog izmjenjivača napunjenog u filter, naziva se apsorpcijskim kapacitetom filtera za omekšivač vode.
U omekšivaču, tretirana voda prolazi kroz sloj kationskog izmjenjivača od vrha do dna. Istovremeno, na određenoj dubini filterskog sloja dolazi do maksimalnog omekšavanja vode (od soli tvrdoće). Sloj kationskog izmjenjivača koji učestvuje u omekšavanje vode, naziva se zona omekšavanja (radni sloj kationskog izmjenjivača). Daljnjim omekšavanjem vode, gornji slojevi kationskog izmjenjivača se iscrpljuju i gube svoj kapacitet izmjene jona. Donji slojevi kationskog izmjenjivača ulaze u ionsku izmjenu i zona omekšavanja se postepeno spušta. Nakon nekog vremena uočavaju se tri zone: radni, osiromašeni i svježi kationski izmjenjivač. Tvrdoća filtrata će biti konstantna sve dok se donja granica zone omekšavanja ne poklopi sa donjim slojem kationskog izmjenjivača. U trenutku kombinacije počinje “curenje” katjona Ca +2 i Mg +2 i povećanje preostale tvrdoće sve dok ne postane jednaka tvrdoći izvorne vode, što ukazuje na potpuno iscrpljivanje kationskog izmjenjivača.
Radni parametri sistema za omekšavanje vode () određeni su formulama:
E p \u003d QŽ i (g-ekviv / m 3)
E p \u003d e p V k,
V to = ah to
e p \u003d QŽ i / ah to
Q \u003d v to aT do \u003d e p ah to / F i
T do \u003d e p h to / v do Zh i.
gdje:
e p - radni kapacitet kationskog izmjenjivača, meq / m 3
V to - zapremina kationskog izmenjivača ubačenog u omekšivač u nabubrelom stanju, m 3
h k - visina sloja kationskog izmjenjivača, m
W i - tvrdoća izvorne vode, g-ekv/m 3
Q - količina omekšane vode, m 3
a - površina poprečnog presjeka filtera za omekšivač vode, m 2
v do - brzina filtracije vode u kationitnom filteru
T do - trajanje omekšivača vode (period međuregeneracije)
VION materijali se koriste za prečišćavanje emisija izduvnih gasova industrijske ventilacije od rastvorljivih komponenti, kiselih aerosola i soli teških metala, gde se koriste uglavnom u obliku netkanih iglobušanih tkanina.
Radni proces:
Težina 2 gr. katjonski izmjenjivač VION KN-1 (suhi). Sipati u biretu. Propustiti kroz kolonu napunjenu kationskim izmenjivačem početni rastvor CuCl 2 (3,6 mmol/l). Zatim otkidamo uzorke od 50 ml titracijom. Na osnovu metodologije (paragraf 3.1) određujemo optičku gustoću uzorka i nalazimo koncentraciju bakra. Rezultati su prikazani u tabeli 3.5.
Tabela 3.5
|
S, mmol/l |
||||
Nacrtali smo zavisnost koncentracije bakra u filtratu od zapremine rastvora propuštenog kroz jonski izmenjivač.
Rice. 3.4
Proces sorpcije se sastoji u potpunoj apsorpciji prvih dijelova kationa od strane kationskog izmjenjivača, a područje apsorpcije se postupno kreće duž kolone do izlaza. Nakon toga dolazi trenutak kada, zbog iscrpljenosti kapaciteta kationskog izmjenjivača, kationi počinju napuštati kolonu. Iz grafikona se može vidjeti da koncentracija bakra na izlazu iz kolone postepeno raste i ima oblik krivulje u obliku slova S, u rasponu od nulte koncentracije do maksimalne. Ova kriva se proteže pri niskim koncentracijama soli.
Izračunali smo količinu bakra koju apsorbira kolona dok kationski izmjenjivač nije bio potpuno zasićen kao površina figure ograničena krivuljom u obliku slova S i direktnom maksimalnom koncentracijom:
n = ?Vi*(Cmax - Ci) (3)
gdje je Vi = 50 ml,
Cmax = 3,6 mmol
n1 = 2,20 mmol.
Izračunajte zapreminski kapacitet kationskog izmjenjivača:
s1 = n1 / m c \u003d 2,20 / 2 = 1,10 mmol / g. kationski izmjenjivač.
Diskusija o rezultatima
U toku eksperimentalnog rada određen je ukupan kapacitet izmjene tri različita kationska izmjenjivača (KU-2-8, KU-1, VION KN-1). Rezultati su prikazani na slici 3.5.
Ukupni kapacitet izmjene kationskog izmjenjivača proporcionalan je površini figure ograničene krivuljom u obliku slova S i direktnom maksimalnom koncentracijom. Kao što se može vidjeti sa slike 3.5. Kapaciteti raznih jonskih izmjenjivača su različiti i manji od ukupnog kapaciteta izmjene kationskih izmjenjivača navedenih u pasošu. Tako je eksperimentalno utvrđeno da je ukupni kapacitet izmjene katjona KU-2-8 28% manji od pasoške vrijednosti, ukupan kapacitet izmjene KU-1 je 57% manji od vrijednosti pasoša, a POE VION KN-1 kationski izmjenjivač je 39% niži. Ovi podaci se moraju uzeti u obzir pri proračunu i projektovanju jonskih izmenjivača i filtera.
Slika. Poređenje ukupnog dinamičkog PDOE i dinamičkog kapaciteta razmene DOE. Osjenčano područje A odgovara DOE, a cijelo područje iznad krive, uzimajući u obzir proboj soli, odgovara PDOE
Selektivnost
Selektivnost se podrazumijeva kao sposobnost selektivne sorbcije jona iz otopina složenog sastava. Selektivnost je određena vrstom jonogenih grupa, brojem poprečnih veza matrice jonskog izmenjivača, veličinom pora i sastavom rastvora. Za većinu jonskih izmjenjivača, selektivnost je niska, ali su razvijeni posebni uzorci koji imaju visoku sposobnost ekstrakcije određenih jona.
Mehanička čvrstoća
Pokazuje sposobnost jonita da izdrži mehanička opterećenja. Joniti se ispituju na abraziju u posebnim mlinovima ili težinom tereta koji uništava određeni broj čestica. Svi polimerizacijski jonski izmjenjivači imaju visoku čvrstoću. Kod polikondenzacije je znatno niža. Povećanje stepena umrežavanja polimera povećava njegovu snagu, ali pogoršava brzinu jonske razmene.
osmotska stabilnost.
Najveće uništenje čestica jonskog izmjenjivača događa se kada se promijene karakteristike medija u kojem se nalaze. Pošto su svi joniti strukturirani gelovi, njihov volumen zavisi od saliniteta, pH sredine i jonskog oblika jonita. Kada se ove karakteristike promene, menja se i zapremina zrna. Zbog osmotskog efekta, volumen zrna u koncentriranim otopinama je manji nego u razrijeđenim. Međutim, ova promjena se ne dešava istovremeno, već kako se koncentracije „novog“ rastvora izjednače po zapremini zrna. Stoga se vanjski sloj skuplja ili širi brže od jezgra čestice; nastaju velika unutrašnja naprezanja i gornji sloj se cijepa ili se cijelo zrno cijepa. Ovaj fenomen se naziva "osmotski šok". Svaki izmjenjivač jona je sposoban izdržati određeni broj ciklusa takvih promjena karakteristika medija. To se zove njegova osmotska snaga ili stabilnost.
Najveća promjena zapremine događa se kod slabo kiselih kationskih izmjenjivača. Prisustvo makropora u strukturi zrna jonita povećava njihovu radnu površinu, ubrzava prekomerno bubrenje i omogućava „disanje“ pojedinačnih slojeva. Stoga su osmotski najstabilniji jako kiseli kationski izmjenjivači makroporozne strukture, a najmanje osmotski slabo kiseli kationski izmjenjivači.
Osmotska stabilnost se definiše kao broj celih zrna u odnosu na njihov ukupni početni broj, nakon ponovljenog (150 puta) tretmana uzorka jonskog izmenjivača naizmenično u kiselom i alkalnom rastvoru uz međupranje demineralizovanom vodom.
Hemijska stabilnost
Svi ionski izmjenjivači imaju određenu otpornost na otopine kiselina, lužina i oksidatora. Svi polimerizacioni jonski izmenjivači imaju veću hemijsku otpornost od polikondenzacionih. Kationske smole su stabilnije od anjonskih smola. Među anjonskim izmjenjivačima slabo bazni su otporniji na djelovanje kiselina, lužina i oksidatora od jako baznih.
Temperaturna stabilnost
Temperaturna stabilnost kationskih izmjenjivača je veća nego kod anjonskih izmjenjivača. Kationski izmenjivači slabe kiseline su efikasni na temperaturama do 130°C, jako kiseli tip KU-2-8 - do 100-120°C, a većina anionskih izmenjivača - ne više od 60, maksimalno 80°C. U ovom slučaju, u pravilu, ionski izmjenjivači H- ili OH-forme su manje stabilni od solnih.
Uvod
Ukupni kapacitet izmjene anjonske izmjenjivačke smole određuje se njenom neutralizacijom otopinom HCl ili H 2 SO 4 u statičkim ili dinamičkim uvjetima i izražava se u ekvivalentima po 1 g suve ili nabubrele smole za anjonsku izmjenu.
Reakcije anjonske izmjene / A-anjonska izmjenjivačka smola / imaju oblik:
A. /OH/ +H /Cl = A.OH.Cl +HO;
A. /OH/ + H /SO = A.SO +2HO.
Pored izmjenjivačkog kapaciteta, glavni pokazatelji podobnosti anjonskog izmjenjivača uključuju: promjenu boje, stepen bubrenja, sposobnost starenja, nerastvorljivost u vodi i organskim rastvaračima, lakoću regeneracije, termičku i mehaničku čvrstoću.
Ukupni kapacitet izmjene različitih vrsta anjonskih izmjenjivača koji se koriste u industriji šećera može biti 1-10 meq/g. Domaća makroporozna anjonska izmjenjivačka smola AV-17-2P koja se koristi za izbjeljivanje šećernih otopina ima ukupan kapacitet izmjene od 0,1 N. rastvor HCl 3,8 mg-eq/g i 0,1 n. Rastvor NaCl 3,4 mg-eq/g.
Svrha analize - procijeniti kvalitet anjonske izmjenjivačke smole za dekolorizaciju otopina šećera.
Princip metode analize zasniva se na titraciji 0,1 N rastvora kiseline koji nije apsorbovan u anjonskom izmenjivaču. rastvor NaOH.
Reagensi:
0,1 N rastvori HCl i NaOH.
Uređaji i materijali:
Stakleni stub prečnika 18 mm, visine 250 mm, sa uvučenim krajem u donjem delu, na koji se stavlja gumena cijev sa šrafom;
stakleni lijevak;
Odmjerna tikvica za 500 cm 3;
Bireta za titraciju;
Beaker;
anjonska izmjenjivačka smola.
Napredak definicije
10 g anjonskog izmjenjivača pripremljenog za analizu u OH - obliku se sa vodom prenosi u staklenu kolonu prečnika 18 mm sa štapićem od staklene vune na dnu, a višak vode se odvodi kroz gumenu cijev sa šrafom.
Nakon toga, 400 cm 3 od 0,1 n. Rastvor HCl, održavajući nivo rastvora iznad sloja anjonskog izmenjivača jednak 1 cm, a zatim se ispere sa duplom zapreminom anjonskog izmenjivača sa vodom. Filtrat i ispiranje se sakupljaju u volumetrijsku tikvicu i dovode do zapremine od 500 cm 3 . Odabrano iz ukupne zapremine u čaši od 50 cm 3 i titrirano sa 0,1 N. rastvor NaOH.
Izračuni:
1. Da bi se dobili uporedivi rezultati, kapacitet izmjene anjonskog izmjenjivača izražava se na isti način kao i kationskog izmjenjivača u mg-eq/g suhog ionskog izmjenjivača.
Dakle, ako apsorbuje 1 g apsolutno suvog anjonskog izmenjivača
cm 3 0,1 n. rastvor HCl, a 1 cm 3 ovog rastvora sadrži 0,1 mg-eq/g, tada se ukupni kapacitet razmene anjonske izmenjivačke smole E A može izračunati iz formule
,
gdje E A- ukupan kapacitet izmene anjona, mg-eq/g apsolutno suvog jonskog izmenjivača;
a- količina filtrata prikupljenog za titraciju, cm 3 ;
V O - iznos od 0,1 n. Rastvor HCl propušten kroz anjonski izmjenjivač, cm 3;
Vb- ukupna količina filtrata, cm 3 ;
g- količina suve anjonoizmenjivačke smole uzeta za određivanje njenog kapaciteta, g;
W je sadržaj vlage anionita, %. Određuje se sušenjem 3 sata na 95-100˚S.
2. Kapacitet anjonskog izmenjivača se takođe može izraziti kao procenat HCl. U ovom slučaju, uzmite u obzir činjenicu da je 1 cm 3 0,1 n. Rastvor HCl sadrži 0,0036 g HCl, izračunavanje E se vrši prema formuli
6.3. Regeneracija jonoizmenjivačkih smola
Uvod
Jonoizmjenjivačke smole utrošene u radnom ciklusu podliježu regeneraciji (oporavaku) nakon što se isperu vodom.
Kationski izmjenjivači se redukuju slabim otopinama HCl i HSO
K.Na + H /SO = K.H + Na /SO;
KNa + HCl = KH + NaCl.
Za redukciju anjonskih izmjenjivača koriste se slabe otopine NaOH, KOH, NaCl itd.
A.OH.Cl + Na /OH = A./OH/ + Na /Cl.
Na kraju ciklusa regeneracije, kiselost regenerata iz kationskog izmenjivača ili alkalnost regenerata iz anjonskog izmenjivača treba da se približi kiselosti i alkalnosti rastvora za regeneraciju. Kraj regeneracije se određuje titracijom.
Svrha analize - obnoviti kapacitet izmjene jona.
Princip metode analize na osnovu titracije regeneracionih rastvora iz kationskog izmenjivača 0,1 N. rastvor NaOH, a iz anjonskog izmenjivača - 0,1 n. rastvor HCl.
reagensi:
5% rastvor HCl;
4% rastvor NaOH;
0,1 N rastvor NaOH;
0,1 N rastvor HCl.
Uređaji i materijali:
Stakleni stubovi sa smolom za izmjenu kationa i smolom za izmjenu anjona.
Napredak definicije
Nakon ispiranja smole vodom, vrši se regeneracija u kolonama: kationski izmjenjivač - sa 5% rastvorom HCl, i anjonski izmenjivač - sa 4% rastvorom NaOH, propuštajući ih brzinom od 20 cm 3 /min.
Kraj regeneracije kationskog izmenjivača utvrđuje se titracijom njegovih regeneracionih rastvora sa 0,1 N. otopina NaOH i anjonski izmjenjivač - 0,1 n. rastvor HCl.
Nakon regeneracije, kationski izmjenjivač se pere vodom do neutralne ili blago kisele reakcije, a anjonski izmjenjivač - do neutralne ili blago alkalne reakcije.
test pitanja
1. Šta je jonska izmjena?
2. Šta su jonoizmenjivačke smole?
3. Koje se jonoizmenjivačke smole koriste u proizvodnji šećera?
4. Recite nam nešto o statičkom i dinamičkom kapacitetu izmjene jona?
5. Šta određuje ukupni kapacitet izmjene jona?
6. U kojim jedinicama se izražava ukupan kapacitet razmene?
7. Koja je svrha upotrebe jonskih izmjenjivača u proizvodnji šećera?
8. Na kom principu se zasniva određivanje ukupnog kapaciteta izmenjivača jona?
9. Zašto se jonoizmenjivačka smola regeneriše?
10. Na kom principu se zasniva regeneracija jonskih izmjenjivača?
11. Kako se utvrđuje kraj procesa regeneracije jonskog izmjenjivača?
Laboratorija #7
Analiza otpadnih voda proizvodnje šećera
Uvod
U prehrambenoj industriji najveću količinu vode troše šećerane. Ako se za potrebe pogona šećerne repe koristi samo čista voda iz prirodnih rezervoara, bez vraćanja dijela otpadnih voda u proizvodnju, onda će ukupna potrošnja industrijske (slatke) vode iznositi 1200-1500% po masi repe. Moguće je smanjiti potrošnju slatke vode na 150-250% mase repe, pod uslovom da se otpadne vode koriste u mnogim dijelovima šećerane prema shemi optočne vode. Arteška voda se koristi samo za pranje granuliranog šećera u centrifugama, za crpljenje masuka Ι kristalizacije i za potrebe fabričke laboratorije.
Otpadne (otpadne) vode šećerana su raznolike po svom fizičko-hemijskom sastavu, stepenu zagađenja i načinu potrebnog prečišćavanja. Prema stepenu zagađenja klasifikovani su u tri kategorije. Svaka kategorija je podijeljena u dvije podgrupe: A i B, od kojih je voda podgrupe A kvalitetnija od podgrupe B.
Otpadne vode iz proizvodnje šećera sadrže veliku količinu organskih materija, a njihovo prečišćavanje u prirodnim uslovima povezano je sa određenim poteškoćama, zahteva značajne zemljišne površine i može negativno uticati na životnu sredinu. Posljednjih godina razvijen je niz bioloških metoda tretmana i odgovarajuća oprema za njihovu primjenu. Trenutno predložene metode prečišćavanja uglavnom se zasnivaju na anaerobnim i aerobnim procesima za razgradnju otpadnih nečistoća iz tvornica šećera i škroba.
Moderna tehnologija pročišćavanja otpadnih voda sastoji se u sekvencijalnom odvajanju nečistoća sadržanih u njima mehaničkim, anaerobnim i aerobnim metodama. Istovremeno, anaerobna metoda je novi proces u tehnologiji tretmana otpadnih voda. Proces anaerobnog pročišćavanja zahtijeva održavanje temperature u rasponu od 36-38 0 C za njegovu provedbu, što je povezano s dodatnom potrošnjom topline. Njegova razlika od široko rasprostranjene aerobne metode leži prvenstveno u minimalnom rastu biomulja i pretvaranju nečistoća koje sadrže ugljikohidrate u biogas, čija je glavna komponenta metan.
Aerobni proces
C 6 H 12 O 6 + O 2 ---- CO 2 + H 2 O + bioprecipitat + toplota (6360 kJ).
anaerobni proces
C 6 H 12 O 6 ---- CH 4 + CO 2 + Bioprecipitat + toplota (0,38 kJ).
Anaerobne metode su podijeljene u četiri glavne grupe prema vrsti reaktora koji se koriste u procesima pročišćavanja:
Sa recirkulacijom biomulja (aktivni mulj):
Sa slojem anaerobnog sedimenta i njegovom unutrašnjom sedimentacijom;
Sa inertnim punilima za biotalj;
Poseban.
Otpadne vode podvrgnute anaerobnom tretmanu trebaju sadržavati što je moguće manje mehaničkih nečistoća i tvari koje inhibiraju metanogeni proces. U njima mora proći hidrolizno-kisela faza, a pored toga otpadna voda mora imati određenu pH vrijednost i temperaturu u rasponu od 36-38 0 C.
Smatra se da je anaerobna metoda tretmana ekonomski isplativa za otpadne vode sa zagađenjem većim od 1,2-2,0 g/dm 3 BOD 5 (biološka potreba za kisikom). Gornja granica zagađenja nije ograničena. Može biti jednaka 100 g / dm 3 COD (hemijska potražnja za kiseonikom).
To uključuje:
A) Višak slatke vode iz rezervoara pod pritiskom, od hlađenja masuka u mikserima masuka, iz pumpi i drugih instalacija sa temperaturom ispod 30°C. Ove vode ne zahtijevaju tretman da bi se vratile u proizvodnju;
B) Barometrijske, amonijačne i druge sa temperaturama iznad 30°C. Za vraćanje ovih voda potrebno je prethodno hlađenje i aeracija.
Za otpadne vode kategorije II uključuju vodu za pranje transportera iz hidrauličnih transportera i perača repe. Za ponovnu upotrebu ovih voda u proizvodnji potrebno je njihovo prethodno mehaničko prečišćavanje taloženjem u posebnim taložnicima.
Za otpadne vode III kategorije obuhvataju: vodu bagasa, njen mulj, vodu iz lavaboa, talog vode za pranje sa transportera, tečni filtracioni sediment, vode za domaćinstvo, fekalne i druge štetne vode. Tretman vode kategorije III zahtijeva biološke i kombinovane metode tretmana u odgovarajućim taložnicima i poljima filtracije.
U postojećim šećeranama za osnovu se uzimaju sljedeći glavni pokazatelji vodnog bilansa (% po masi repe): unos svježe vode iz rezervoara - 164; broj recikliranih voda I kategorije - 898; II kategorija -862; otpadne vode III kategorije - 170 ili 110, pod uslovom da se suspenzija mulja transportera-pranja odloži u vertikalne taložere-zgušnjivače Sh1-POS-3 i da se dekantat vrati u krug recirkulacije vode II kategorije.
Za novoizgrađene fabrike šećerne repe, potrošnja slatke vode za proizvodne potrebe ne bi trebala biti veća od 80% po masi repe, a količina prečišćene industrijske otpadne vode koja se ispušta u prirodna vodna tijela ne bi trebala prelaziti 75% po masi repe.
Kada se analizira kvalitet industrijskih i otpadnih voda, njihova temperatura, boja, miris, prozirnost, karakteristike sedimenta, sadržaj suspendovanih čvrstih materija, suvi ostatak, pH, ukupna alkalnost (kiselost), oksidabilnost, biohemijska potreba za kiseonikom (BPK), hemijska potreba za kiseonikom ( COD), određuju se koncentracija amonijaka, nitrata, hlorida i drugi pokazatelji.
Cilj - ovladati metodama kontrole kvaliteta industrijskih (slatkih) i otpadnih voda.