Процессы ионообменной адсорбции ионов двухвалентных металлов на природных адсорбентах

• Автор: Дубкова, Елена Андреевна
• Шифр специальности: 05.17.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Иваново
• Количество страниц: 135 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
Глава 1. СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О ПРОЦЕССАХ ИОННОГО ОБМЕНА НА ПРИРОДНЫХ И СИНТЕТИЧЕСКИХ ИОНИТАХ
1.1. Применение целлюлозосодержащих адсорбентов для очистки сточных вод и растворов от ионов тяжелых металлов
1.2. Равновесие ионного обмена
1.3. Кинетика ионного обмена
1.4. Современные конструкции ионообменных аппаратов периодического и непрерывного действия
1.5. Инженерные методы расчета ионообменного оборудования
для очистки природной воды и промышленных сточных вод 42 Глава 2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ИОННОГО ОБМЕНА В ГОРИЗОНТАЛЬНОМ ИОНООБМЕННОМ АППАРАТЕ С НЕПОДВИЖНЫМ СЛОЕМ ИОНИТА
2.1. Моделирование процесса ионообменной адсорбции
в слое частиц адсорбента цилиндрической и сферической форм
2.2. Моделирование регенерации синтетического катионита водным раствором соляной кислоты
Глава 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ИОНООБМЕННОЙ АДСОРБЦИИ И ДЕСОРБЦИИ ИОНОВ ДВУХВАЛЕНТНЫХ МЕТАЛЛОВ НА ПРИРОДНЫХ И СИНТЕТИЧЕСКОМ АДСОРБЕНТАХ

3.1. Характеристики веществ, использованных в исследованиях,
и методики их анализа
3.2. Сорбционные свойства природных адсорбентов при адсорбции из газовых и жидких сред
3.3. Кинетика ионного обмена на целлюлозосодержащих адсорбентах
3.4. Динамика процессов ионного обмена на катионитах 73 Глава 4. ПРОЦЕССЫ ИОНООБМЕННОЙ АДСОРБЦИИ И
ДЕСОРБЦИИ ИОНОВ ДВУХВАЛЕНТНЫХ МЕТАЛЛОВ В ГОРИЗОНТАЛЬНОМ АППАРАТЕ С НЕПОДВИЖНЫМ СЛОЕМ АДСОРБЕНТА
4.1. Описание принципа работы ионообменной установки
и методики проведения эксперимента
4.2. Обсуждение результатов эксперимента
4.3. Проверка адекватности математических моделей 86 Глава 5. РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ В ПРОЦЕССАХ
УМЯГЧЕНИЯ ПРИРОДНОЙ ВОДЫ В ПРОИЗВОДСТВЕ БЕЗАЛКОГОЛЬНЫХ НАПИТКОВ
5.1. Испытание ионообменной установки в промышленном производстве
5.2. Сравнение характеристик работы ионообменных аппаратов периодического и непрерывного действия
5.3. Инженерный метод расчета ионообменной установки для подготовки воды в производстве безалкогольных напитков
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. Современные тенденции увеличения водопотребления природной воды и сброса промышленными предприятиями сточных вод, в том числе стоков, содержащих ионы тяжелых металлов, обусловлены ростом населения Земли, развитием промышленного производства и другими факторами. Загрязняющие вещества, содержащиеся в сточных водах, попадая в природные водоемы, приводят к изменениям химического состава воды и её качественных характеристик, которые в основном проявляются в появлении неприятного запаха, привкуса, неестественного цвета и др. Поэтому решение проблем по комплексному использованию природных ресурсов, позволяющих исключить загрязнение окружающей среды вредными промышленными выбросами, а также поиск эффективных экологически безопасных технологий очистки сточных вод являются одними из актуальных задач в области защиты водных ресурсов.
Одним из наиболее эффективных методов извлечения ионов тяжелых металлов из растворов и сточных вод является ионный обмен, который по сравнению с другими методами, например, реагентным методом, экстракцией, коагуляцией, позволяет извлекать вредные вещества до норм ПДК, возвращать очищенную воду обратно в производство и утилизировать ценные вещества, извлеченные из регенерационных растворов. Для проведения процессов ионного обмена применяются аппараты непрерывного и периодического действия. Несмотря на известные преимущества аппаратов непрерывного действия, на промышленных предприятиях в основном используются аппараты с неподвижным слоем ионита, которые просты в обслуживании, позволяют обрабатывать большие объемы воды с переменной во времени концентрацией сорбируемых компонентов.
При ионообменной обработке растворов все большее применение находят целлюлозосодержащие сорбенты, которые в отличие от синтетических ионитов являются дешевыми и простыми в получении. Для данных сорбентов разработаны

| Исходный раствор
Очищенный раствор
Рисунок 1.4.1. Ионитовый фильтр:
1 - корпус; 2 - распределительное устройство;
Работа аппарата на стадии сорбции заключается в пропускании исходного раствора сверху вниз через неподвижный слой ионита. При этом исходный раствор очищается, а ионообменный материал насыщается ионами целевого компонента. Процесс ионного обмена обычно проводят до «проскока» вещества в выходящем из аппарата растворе. Затем аппарат переключают на стадию регенерации. Направление движения регенерирующего раствора в аппарате обычно противоположно направлению движения очищаемого раствора. Важно отметить, что при противоточной схеме регенерации достигается высокая степень использования обменной емкости ионита и хорошая степень очистки воды. Также применяются прямоточная, ступенчато-противоточная и ступенчато-прямоточная регенерации ионита [95]. В первом случае очищаемый и регенерационный растворы на соответствующих стадиях поступают в одном направлении. Ступенчато-противоточная схема подключения осуществляется в двухсекционном фильтре с участием слабо- и сильноионизированного ионита, каждая секция которого разделена дренажной системой. Ступенчато-