Применение ионного обмена для очистки сточных вод
Катионный обменник. Принципиально можно считать ионный обмен универсальным методом очистки сточных вод. Однако как по техническим, так и по экономическим соображениям далеко не для всех сточных вод может быть использован способ ионного обмена. По-видимому, для очистки хромовокислых вод ионный обмен можно считать наиболее приемлемым. Растворы хромовой кислоты находят разнообразное применение в гальванотехнике, в первую очередь для хромирования, а также для анодного оксидирования алюминия, обработки поверхности изделий из цинка, магния и их сплавов, удаления недоброкачественных покрытий с медных изделий и др. При всех этих процессах в растворах накапливаются посторонние металлы — железо, медь, цинк, никель, алюминий, соединения трехвалентного хрома и др., которые делают раствор хромовой кислоты непригодным для дальнейшего использования. Во многих случаях этот предел наступает уже тогда, когда в растворе имеется еще большая концентрация свободной хромовой кислоты.
Химические Методы освобождения растворов хромовой кислоты связаны с большими затратами и с экономической точки зрения их следует считать нерациональными.
Требования, которые предъявляются к ионообменным смолам, предназначенным для очистки хромовокислых растворов, сводятся к большой химической устойчивости и сильно окисляющему действию хромовой кислоты, а также к достаточно большой обменной емкости. Эти требования в значительной степени разрешены применением синтетических смол на основе стиролдивинил-бензола. Такая синтетическая смола характеризуется чрезвычайно высокой стойкостью против кислого, щелочного и сильно окисляющего действия, а кроме того, обладает достаточно высокой обменной емкостью. Она устойчива в растворах 15—20%-ной хромовой кислоты; более концентрированные растворы (25—40%) перед проведением ионного обмена разбавляют водой. Даже в неблагоприятных случаях, когда удаление посторонних катионов минимально и составляет 50%, операция ионного обмена практически оправдывается в результате большой продолжительности работы катионного обменника. Так, в случае 10%-ной хромовой кислоты можно осуществить 300 процессов обмена, а иногда и больше. Обменник представляет собой мелкие шарообразные зерна размером около 1 мм и меньше, помещенные на дне соответствующего фильтра в цилиндрическом сосуде, который изготавливают (или облицовывают) из материала, устойчивого против пропускаемой жидкости.
Использованную хромовую кислоту с накопившимися в ней посторонними ионами предварительно разбавляют до 70—100 г/л и пропускают через ионный обменник; при этом большая часть нежелательных ионов остается в обменнике, а к хромовой кислоте добавляют ионы водорода. Очищенный таким образом раствор хромовой кислоты выпаривают, в результате чего он концентрируется и вновь становится пригодным к употреблению.
На предприятиях, работающих по регенерации хромовой кислоты с помощью катионного обмена, не рекомендуется накапливать больших количеств посторонних металлов в хромовой кислоте, а лучше проводить регенерацию при сравнительно низком их содержании. Это позволяет делать обменник меньше и эксплуатация его обходится дешевле; кроме того, меньшее количество накапливаемых примесей позволяет поддерживать относительно постоянный состав и получать воспроизводимые результаты.
После накопления в ионном обменнике посторонних металлов его промывают 10%-ной серной или соляной кислотой со значительным избытком по отношению к имеющимся посторонним ионам. Стекающую кислоту с прореагировавшими с ней металлами несколько раз используют для регенерации. Если с ее помощью не удается больше извлекать металлы, то ее направляют в травильные установки. Присутствующие соли трехвалентного хрома при этом весьма полезны, так как они тормозят разрушение железа.