Йонообменни инсталации
Министерство на образованието и науката на Руската федерация
2. Йонообмен при пречистване на водата
3.1 Органични йонообменници
3.2 Неорганични йонообменници
4. Йонообменна адсорбция
6. Йонообменници от серия SF
7. Съвременни битови и индустриални йонообменни филтри за пречистване на вода
7.1 Непрекъснати филтри
7.2 Йонообменни филтри за омекотяване и обезсоляване на вода
8. Оборудване за йонообменни инсталации
8.1. Противоточна регенерация на йонообменни смоли за пречистване на вода
8.2 Йонообменна смола "Ultraion A"
Основни проблеми с водата
В повечето случаи водата, идваща от кладенец, а често и от общинска водоснабдителна система, се нуждае от предварителна обработка, чиято цел е да доведе качеството на водата до действащите стандарти.
Възможно е да се прецени качеството на водата и нейното съответствие или несъответствие с установените стандарти само въз основа на най-пълния химичен и бактериологичен анализ. Само въз основа на анализ може да се направи окончателно заключение за проблема или набор от проблеми, които ще трябва да бъдат решени.
Най-често срещаните водни проблеми, с които човек трябва да се справя, са:
- Наличието на неразтворени механични частици във водата: пясък, суспензии, ръжда, както и колоидни вещества.
- Наличие на разтворено желязо и манган във водата.
-Твърдост, която се определя от количеството калциеви и магнезиеви соли, разтворени във вода.
- Наличие във водата на неприятен вкус, мирис и цвят.
Естествено, горният списък не изчерпва цялото разнообразие от проблеми, които възникват с водата, но ви запознава снай-често срещаните от тях.
Методи за подобряване на качеството на водата в зависимост от замърсяването
Пречистването на водата с цел подготовката й за питейни, стопански и промишлени цели е комплекс от физични, химични и биологични методи за промяна на първоначалния й състав. Под пречистване на водата се разбира не само нейното пречистване от редица нежелани и вредни примеси, но и подобряване на природните свойства чрез обогатяването й с липсващите съставки. [17]
По принцип има два метода за подобряване на качеството на водата:
- Метод на хим. добавки за свързване на нежелани елементи
-Метод за отстраняване на самите примеси от водата
От имената на самите тези методи става ясно, че методът на елиминиране е по-предпочитан от въвеждането на допълнителни химически съставки, което може да доведе до странични ефекти.
| Проблем с водатаЦвятМътностТвърдостМирисТемпература на водатаPHАмонякНитритиНитратиСвободен хлорХлоридиPh осфор , общоСилиций, общоМонофосфатиМанган, общоМагнезийПоташЕлектропроводимостКарбонатиСулфатиОкисляемостОстатъчен хлорОрганичен въглеродКислородОбщо желязоОбщо бактерииФекални колиформиОбщо колиформи | Метод на решениеФилтриране с активен въглен/коагулация + филтриране Филтриране с активен въглен/коагулация + филтриране Йонообмен/обратна осмоза Филтриране с активен въглен/обработка с озон/аериране Регулиране на pH в охлаждане/аериране/неутрализиране/алкализиране/декорбанизация Изветряне/йонообмен/обратна осмозаОзониране/хлориране Йонообмен/обратна осмоза Филтриране с активен въглен Йонообмен/обратна осмоза/филтриране с активен въглен Обратна осмоза Обратна осмоза Обратна осмоза Деманганизация Йонообмен/обратна осмоза Йонообмен/обратна осмоза Йонообмен/обратна осмоза Йонообмен/обратна осмоза Йонообмен/обратна осмоза Йонообмен/обратна осмоза Филтриране с активен въглен Филтриране дажба с активен въглен активен въглен / озониране + филтриране с активен въглен Аериране (при ниско съдържание) Отстраняване на желязо Дезинфекция (Озониране / хлориране / UV обработка) |
Необходимостта от допълнителна обработка на водата
Водата, която влиза в къщата ни, в повечето случаи изисква допълнително пречистване. Това се дължи на факта, че преминавайки през тръбите, той улавя доста голямо количество примеси, които са вредни за здравето, а някои соли не се отстраняват в пречиствателните станции. И за да протичат всички биохимични процеси в човешкото тяло в оптимален режим, водата трябва да има определено качество:
Водата трябва да е абсолютно чиста. Не трябва да съдържа хлор и неговите органични съединения, соли на тежки метали, нитрати, нитрити, пестициди, ксенобиотици, бактерии, вируси, гъбички, паразити, протозои, органични вещества и др.
Водата трябва да е "течна", биологично достъпна, лесно усвоима, т.е. степента на повърхностно напрежение между водните молекули не трябва да бъде твърде висока. Чешмяната вода има степен на повърхностно напрежение до 73 дина/см, а вътрешната и извънклетъчната вода около 43 дина/см. Клетката изисква голямо количество енергия, за да преодолее повърхностното напрежение на водата.
Водата трябва да е със средна твърдост. Тъй като както много твърдата, така и много меката вода са еднакво неприемливи заклетки.
Водата трябва да е неутрална.
Водата трябва да бъде леко минерализирана, за да се поддържа електролитният състав на телесните течности.
Как можем да променим физичните и химичните свойства на водата, за да я направим: чиста, "течна", биологично достъпна, лесно смилаема, безопасна, химически активна, точно такава, че да отговаря на нуждите на живата клетка?
Можем да: варим, престояваме, филтрираме, замразяваме и размразяваме, електроактивираме, минерализираме, променяме pH чрез химични методи, магнетизираме, дестилираме, въздействаме със светлина, звук, биополе и много други. [17]
2. Йонообмен при обработка на вода
почистване на вода с йонообменна смола
ЙОНООБМЕНЪТ е обратима химическа реакция, при която йоните се обменят между твърдо вещество (йонообменник) и електролитен разтвор.
При обработката на водата йонообменът се използва за омекотяване, обезсоляване на вода, селективно отстраняване на различни йони и др. Водата за пречистване преминава през един или система от филтри, пълни с йонообменници, избрани в зависимост от изискваната задача. Йонообменниците премахват съответните йони от водата и обменят с водата еквивалентни количества от други йони, които първоначално са били в йонообменника. Обменените йони се наричат противойони. Йонообменниците се състоят от фиксирана рамка - матрица и функционални групи - фиксирани йони, които са здраво свързани с матрицата и взаимодействат с противойони.
В зависимост от знака на заряда на противойоните, йонообменниците се делят на катионобменници и анионобменници. Ако противойоните са положително заредени, т.е. са катиони (например водородни йони H + или метални йони), йонообменникът се нарича катионен обменник. Ако противойоните са заредениотрицателна, т.е. са аниони (например хидроксилни йони ОН- или киселинни остатъци), йонообменникът се нарича анионобменник.
Основните характеристики на йонообменниците са: селективност, работен обменен капацитет и йонообменна кинетика.
Селективността на йонообменника показва колко ефективно йонообменникът е в състояние да отстрани определени противойони в присъствието на други конкурентни противойони. Селективността на йонообменниците се определя от природата на йонообменната матрица, вида на функционалните групи, концентрацията на противойони в разтвора и др. По правило селективността на йонообменниците се увеличава с увеличаване на заряда на противойона, а сред йони със същия заряд - с увеличаване на атомното тегло. Тоест, колкото по-тежък е противойонът и колкото по-голям е зарядът му, толкова по-голяма е селективността на йонообменника към него. Типична серия за селективност е показана по-долу:
Изключение правят противойоните, които образуват съединения с ниска степен на дисоциация с фиксирани групи, например слабо основни йонообменници със слаби киселинни аниони (карбонати) или някои зеолити с амоний. Освен това са възможни специфични взаимодействия, базирани на хелатен ефект или ефект на сито.
Обръщането на селективността се наблюдава с увеличаване на концентрацията на разтвора. Например, двойно заредените противойони могат да бъдат изместени от смолата от еднократно заредени противойони при контакт с разтвор, съдържащ високи концентрации на еднократно заредени противойони. Това определя най-важното свойство на йонообменниците - тяхната способност да се регенерират след насищане с йони, отстранени от водата чрез промиване с приблизително 5-6% разтвори на киселини (за катионообменници) или основи (за анионобменници) или 10-12% разтвори на соли. Именно това свойство дава възможност многократно, в продължение на няколко години, да се използва зареждането на йонообменници за пречистване на водата.
Стойността на работатаОбменният капацитет определя колко време може да работи йонообменникът при дадени условия преди първия пробив на абсорбирания йон във филтрата и следователно показва експлоатационния живот на йонообменника в процеса на обработка на водата. Обикновено обменният капацитет обикновено се изразява в еквиваленти на литър набъбнал йонообменник.
Кинетиката на йонния обмен определя скоростта на йонообменната реакция и следователно необходимата скорост на филтриране. Следните фактори влияят върху йонообменната скорост: наличието на фиксирани йони вътре в йонообменната рамка, размерът на йонообменните гранули, температура, концентрация на разтвора и др.
Общата скорост на йонообменния процес може да бъде представена като набор от процеси, протичащи в разтвора (дифузия на противойони към зърното и от зърното на йонообменника) и в йонообменника (дифузия на противойони от повърхността към центъра на зърното на йонообменника и в обратна посока; обмен на противойони на йонообменника за противойони от разтвора):