Техника защиты окружающей среды (стр. 4 из 4)

СВ

распределитель

загрузочный люк

слой ионита 2 – 3 м

дренажная система

очищенные волы

При эксплуатации фильтров качество очищаемой воды периодически контролируется путем химических анализов, по мере заполнения ионитов загрязняющими ионами наступает момент полного насыщения или обмена в этом случае фильтр отключают от системы очистки и подвергают регенерации. Для регенерации используют либо 8% раствор NaCl, либо 6 – 8% HCl, регенерационный раствор подают снизу вверх в количестве обеспечивающим скорость раствора через слой ионита в пределах 4 – 5 м/мин, при этом обеспечивается удаление адсорбированных ионов с поверхности ионитов, заполняется ионами Na⁺ или H⁺ (для катионитов) и ионами Cl

для анионитов. Одновременно с регенерацией ионита из слоя ионита вымывается взвешенные вещества, и зерна раздробленного ионита компенсируется дополнительной загрузкой ионита через загрузочные люки.

Отработанный регенерационный раствор, содержащий загрязняющие ионы в концентрированном виде поступает на утилизацию (либо захоронение) либо химическую переработку, т.к. этот раствор представляет собой уже химическое сырье.

2.1.2 Расчет ионитного фильтра

При расчете ионитного фильтра задаются объемом ионита, его обменной емкостью и площадью сечения фильтра. Рассчитываются объем очищенной воды, время работы фильтра до его регенерации, расход очищаемой воды через фильтр (производительность фильтра), изменение в составе очищаемой воды.

Исходные данные для расчета:

1. Скорость движения сточных вод через фильтр – 0,1 м/мин.

2. Объем регенерационного раствора – 2*V_и.

3. Концентрация реагента в регенерационном растворе – 8%.

4. Объем промывочной воды после регенерации ионита – 3*V_и.

5. Толщина слоя ионита – 2,4 м

6. Обменная емкость ионита – 500 ммоль/кг.

7. Диаметр фильтра – 1,4 м.

8. Насыпная плотность ионита – 600 кг/м³.

9. Извлекаемый ион – Mn²⁺.

10. Концентрация иона в сточных водах - 0,021 моль/л.

11. Регенерационный раствор – Na₂CO₃.

Скорость фильтрования воды через ионитный фильтр выбирается 1,0…1,5 м/мин. Тогда производительность ионитного фильтра определяется по формуле:

Q = W*S = 0,25*π*D²*W = 0,25*3,14*(1,4)²*0,1= 0,15386 м³/мин

где Q – производительность ионитного фильтра, м³/мин; W – скорость прохождения сточных вод через ионитный фильтр, м/мин; S –площадь сечения фильтра, м²; D – диаметр ионитного фильтра, м.

Объем очищенных сточных вод за один рабочий цикл (до регенерации) определяется по формуле:

V_св = q*V_и*d/(10⁶*C) = q*h*S*d/(10⁶*C) =

= 500*2,4*0,25*3,14*(1,4)²*600/(10⁶*0,021) = 52,752 м³

где V_св –объем очищенных сточных вод за один рабочий цикл, м³; q –адсорбционная (обменная) емкость ионита, ммоль/кг; V_и – объем ионита, м³; d – насыпная плотность ионита, кг/м³; C – эквивалентная концентрация ионов в сточных водах, моль/л; h – толщина (высота) слоя ионита,м.

Время работы ионитного фильтра между регенерациями (время рабочего цикла) определяется по формуле:

t_раб = V_ст/(60*Q) = 52,752/(60*0,15386) = 6,26 ч

где t_раб – продолжительность рабочего цикла, час.

При этом масса извлеченных из сточных вод загрязняющих ионов равна:

m = M*V_св*d*q/(10⁶*n) = 55*57,752*1,4*500/ (10⁶*2) = 1,11 кг

где m – масса извлеченных ионов, кг; M – молярная масса иона, г/моль;

n – заряд иона.

По окончании рабочего цикла необходимо производить регенерацию ионита. Объем регенерационного раствора составляет 2…3 объема ионита. При регенерации происходит замена извлеченных из сточных вод ионов на ионы регенерационного раствора, а извлеченные из сточных вод ионы с поверхности ионита переходят в регенерационный раствор.

Расход чистого химического реагента, пошедшего на одну регенерацию определяется по формуле:

m_R = 1000*V_R*A*ρ/100% = 2*0.25* π*D²*h*A* ρ/100% =

= 2*0,25*3,14*1,4²*2,4*8*1080/100 = 638,08 кг

где m_R –масса реагента, кг; V_R – объем регенерационного раствора, м³; A – процентная концентрация реагента в регенерационном растворе; ρ –плотность регенерационного раствора, кг/м³.

После проведения регенерации ионитный слой промывается от регенерационного раствора. Для этого через фильтр сверху вниз подается чистая (промывочная вода) вода в количестве 3…4 объема ионита. При этом регенерационный раствор, содержащий извлеченные ионы поступает на дальнейшую переработку; из него могут быть извлечены загрязняющие ионы, которые в этом случае представляют уже ценное химическое сырье.

Объем регенерационного раствора определяется по формуле:

V_рег = 2*V_и = 2*0,25*π*D²*h = 2*0,25*3,14*(1,4²)*2,4 = 7,385 м³

Объем промывочной воды после регенерации ионита составляет:

V_пр = 3*V_и = 3*0,25*π*D²*h = 3*0,25*3,14*(1,4²)*2,4 = 11,078 м³

При этом остатки регенерационного раствора и промывочный раствор содержат извлеченные ионы. Поэтому целесообразна дальнейшая переработка этих растворов, так как из них могут быть извлечены загрязняющие ионы, которые в этом случае представляют уже ценное химическое сырье.

3. Список литературы

1 Родионов А.И., Клушин В.Н., Систер В.Г. Технологические процессы экологической безопасности. Калуга: изд-во Н. Бочкаревой, 2000. – 800 с.

2 Родионов А.И., Клушин В.Н., Торочешников Н.С. Техника защиты окружающей среды. М.: Химия, 1989. - 512 с.