Выбор анионита для эффективного удаления органических примесей из природной воды

Громов С.Л.

Одна из самых актуальных проблем в технологиях деминерализации воды методами ионирования - повышение эффективности удаления загрязнений органической природы из обрабатываемой воды.

Приступая к анализу этой проблемы, необходимо отметить, что только методы обработки воды, основанные на технологиях мембранного разделения, позволяют обеспечить близкую к абсолютной степень очистки от органических веществ.

Применение ионообменных смол не может полностью решить поставленную задачу, уже хотя бы только по той причине, что в реальных водах всегда присутствует так называемая неполярная органика, которая даже теоретически не может быть извлечена из обрабатываемой среды посредством процесса ионного обмена.

Кроме того, органика полярная (которая может фиксироваться ионитами - именно она будет рассматриваться далее в тексте) подразделяется на природную (основу которой составляют гуминовые вещества и фульвокислоты) и техногенную (характеризуется большим многообразием форм и свойств).

Эффективность извлечения ионитами из обрабатываемой воды полярной органики зависит от многих факторов, среди которых наиболее существенную роль играют природа и тип органических веществ, их молекулярная масса, значения рН среды и свойства самих ионитов.

Дискуссии о выборе оптимальных, с точки зрения эффективности удаления органики, анионитов ведутся постоянно. Условия и методики проведенных экспериментов не могут характеризоваться постоянством граничных условий и выбора критериев для оценки. И, как следствие, рекомендации часто носят весьма противоречивый характер.

Целью данной статьи, основанной на результатах исследований, проведенных специалистами Dow Liquid Separations Рейнальдо Сиверсом (Reinaldo Sievers) и Стивом Ригли (Stephen Wrigiey) в Рейнмюнстере (Германия) в 1998 г, была задача анализа эффективности удаления природной органики различными анионитами, при условии выполнения ими своих функций по обеспечению требуемых параметров работы установки деминерализации воды. При этом подразумевалось, что обессоливающая установка водоподготовки состоит не более, чем из двух фильтров: катионитного и анионитного.

Анализ проводился по следующим показателям:

  • рабочая емкость анионитов и эффект их отравления органикой:
  • количество сорбированной анионитом органики и ее остаточный уровень в обработанной воде ("проскок");
  • десорбция анионитом органики при регенерации;
  • способность анионита восстанавливать свои первоначальные характеристики после реагентной обработки.

Схема экспериментальной установки показана на рис.1: модельный раствор, с концентрацией 4 ммоль/л по анионам сильных кислот и перманганатной окисляемостью 10 мг О/л по кислороду, насосами прокачивался с расходом 35 объемов/объем загрузки в час через колонки с испытуемыми анионитами (объем загрузки каждой смолы составлял 200 мл); на выходе из колонок фиксировались значения рН, электропроводности и содержания общего органического углерода в обработанной воде.

В качестве загрузки для колонок применялись следующие аниониты:

  • макропористый сильноосновной анио нит первого типа (Тип 1 - макропористый);
  • макропористый анионит смешанной основности, т.е. второго типа (Тип 2 - макропористый);
  • гелевый монодисперсный сильноосновной анионит с изопористой структурой (Тип - гелевый изопористый);
  • акриловый сильноосновной анионит первого типа (Тип 1 - акриловый);
  • гелевый монодисперсный анионит смешанной основности (Тип 2 - гелевый);
  • послойная загрузка слабо- и сильноосновного монодисперсных анионитов без разделительных перегородок, применяемая в технологии UPCORE (Тип - АПКОРЕ монодисперсный сильно- и слабоосновной).
На рис.2 представлены результаты по определению рабочей обменной емкости. По оси ординат отложены значения рабочей обменной емкости, а по оси абсцисс - порядковые номера циклов фильтрования, причем в циклах 1-4 обрабатываемая вода не содержала органики, в циклах 5-14 органика присутствовала, после 14 цикла проводилась реагент ная обработка смол (щелочно-солевым раствором) с целью восстановления первоначальной обменной емкости. Полученные результаты хорошо согласуются с теорией: рабочая обменная емкость макропористого сильноосновного анионита минимальна, а максимальные ее значения обеспечиваются онодисперсным анионитов смешанной основности и загрузкой, применяемой в технологии АПКОРЕ; близко к ним расположился акриловый анионит. На рис.3 представлен характер изменения значения проскока органики через анионит (ось ординат), выраженный в процентах от концентрации органики в исходной воде по общему органическому углероду, в зависимости от длительности фильтроцикла (интегральная нагрузка по анионам сильных кислот возрастает при движении по оси абсцисс от нулевой отметки). Чем меньше значение параметра по оси ординат - тем меньше проскок органики, т.е. тем эффективнее органика удаляется смолой из обрабатываемой воды. Пресловутая эффективность акриловых анионитов для удоления органики оказывается мифом: если в начале цикла проскок органики действительно минимален (около 10%), то затем ход кривой наглядно демонстрирует монотонный рост уровня содержания органики в обработанной воде в течении фильтроцикла - среднее значение около 60%; для анионита смешанной основности картина еще менее радостная - около 80%, а вариант послойной загрузки, применяемой для АПКОРЕ, обеспечивает минимальный уровень проскока органики через слой загрузки - на уровне 40%.

Весьма важным показателем, определяющим оптимальность выбора варианта анионитовой загрузки является ее способность противостоять отравлению органикой. Чем анионит эффективнее десорбирует в процессе регенерации накопленные в рабочем цикле органические примеси, тем большей стойкостью к органическому отравлению он обладает. Графики, представленные на рис.4, дают представление о стойкости к отравлению рассматриваемых анионитов.

 

Если для послойной загрузки АПКОРЕ при регенерации десорбируется до 65% набранной в рабочем цикле органики (абсолютно лучший результат), макропористые смолы способны десорбировать 55-58%, то акриловый анионит - всего лишь чуть больше 40%, и, следовательно он в наибольшей степени подвержен отравлению органикой в сравнении с перечисленными выше анионитами.

Подводя итог сказанному, можно утверждать, что послойная загрузка монодисперсных анионитов, реализуемая в соответствии с требованиями технологии АПКОРЕ, является оптимальным выбором, т.к. обеспечивает высокое значение рабочей обменной емкости в сочетании с низким остаточным содержанием органики в обрабатываемой воде и хорошей регенерируемостью.

Помимо практического опыта работы ионитов в реальных условиях, косвенным доказательством справедливости приведенных в данной работе сведений могут служить результаты исследований [1]. Они отлично согласуются в части оценки поведения акриловой смолы и гелевого монодисперсного анионита смешанной основности.

ЛИТЕРАТУРА

1. Алексеева Т.В.,Федосеев Б.С. - Совершенствование техники ионного обмена на основе противоточной технологии - "Энергетик", N 7, 2001. С. 17-19.

(c) 2010 НПК "Медиана - фильтр"
Все права защищены.