По UPCORE в настоящее время в мире работает около 700 установок деминерализации и умягчения. При этом исходная вода, поступающая на ионирование имеет рабочие параметры чрезвычайно широкого диапазона:

Солесодержание, мг-экв/л 1..15

Содержание, мг/л:

Органических примесей

(по перманганатной окисляемости) до 120

кремниевые кислоты

(по диоксиду кремния) до 130

взвесей 0,1…15

Эксплуатируемые противоточные фильтры, оснащенные распределительными устройствами в виде как лучевых систем, так и ложных днищ (диаметры 0,5..4м, высота слоя загрузки 1…4м) обеспечивают производительность единичного фильтра в рабочем режиме 5…600м³/ч. Для регенерации ионитов по UPCORE в зависимости от конкретной области применения с успехом используются растворы соли, щелочи, серной, соляной и азотной кислот.

Данная технология свободна от недостатков, присущих большинству других противоточных технологий, исключительно проста и надежна в эксплуатации. Ее применение позволяет минимизировать объем капитальных затрат при создании (а особенно при реконструкции действующих) ВПУ и эксплуатационные расходы. Технология UPCORE в последнюю четверть прошлого века стала наиболее широко применяемой противоточной регенерацией в мире [13].

Методы противоточного ионирования обычно применяются на ВПУ для умягчения и деминерализации. Выбор технологии SCHWEBEBETT для умягчения воды может оказаться предпочтительным по сравнению с UPCORE в тех случаях, когда:

· вода, подаваемая на умягчение, практически свободна от взвешенных веществ;

· производительность установки постоянна;

· отсутствует необходимость в технологических остановах.

Благодаря тому что регенерация по SCHWEBEBETT проводится сверху вниз и нет необходимости в зажатии слоя, уплотненного под собственным весом, можно снизить линейную скорость подачи концентрированного (8-12%) солевого раствора (например, до 5 м/ч). Это, в свою очередь, позволяет минимизировать потребление соли (доводя его до уровня 120% от стехиометрического соотношения), обеспечивая при этом необходимую длительность контакта реагента с катионитом, одновременно сокращая потребление воды на отмывку и уменьшая объем образующихся солевых стоков. При проведении регенерации по UPCORE (снизу вверх) возможность для подобного снижения расхода потока реагента отсутствует, так как при низкой линейной скорости несущего потока слой ионита разуплотнится и будет перемешиваться. Поэтому, если требуется минимизировать удельный расход соли на регенерацию при реконструкции существующей прямоточной схемы используя UPCORE для умягчения, часто приходится наращивать цилиндрическую часть обечайки фильтра и увеличивать высоту слоя загрузки катионита (а это приводит к дополнительным затратам и возрастанию потребления воды на отмывку).

Необходимо также отметить случаи, когда применять SCHWEBEBETT оказывается целесообразно и для деминерализации воды. Прежде всего это установки малой производительности (до 10…15 м³/ч) с постоянной рабочей нагрузкой по обессоленной воде [13].

В современных комплексных технологиях водоподготовки сочетают мембранные методы очистки с ионным обменом и (или) электродеионизацией. Использование мембранных технологий (ультра-, нанофильтрации и обратного осмоса) перед ионным обменом гарантирует практически полное отсутствие взвесей в воде, поступающей на ионитные фильтры. Поэтому когда не требуется получать обессоленную воду с остаточной электропроводностью менее 0,1 мкСм/см, применение раздельного Н - ОН - ионирования по SCHWEBEBETT (если производительность установки постоянна и отсутствует необходимость в технологических остановах) является технологически и экономически оправданным даже по сравнению с фильтрами смешанного действия.

Рассматривая проблемы применения противотока, нелязя не обсуждать вопросы выбора используемых технологических схем, оборудования и ионитов, так как именно это определяет возможность достижения максимального положительного эффекта от внедрения противотока. Конструкции фильтров должны быть оптимизированы или, по крайней мере, адаптированы к особенностям конкретной противоточной технологии. Если работоспособность противоточной технологии напрямую не зависит от выбора ионита, то показатели ее эффективности (качество достигаемых результатов, капитальные затраты и издержки при эксплуатации) - зависят непосредственно.

В заключение необходимо отметить, что добиться максимальной эффективности при использовании любой противоточной технологии можно только путем комплексного подхода, в котором оптимальность выбора технологии должна обязательно сочетаться с оптимальными режимными параметрами работы установки, с конструктивными характеристиками основного и вспомогательного оборудования, с грамотным выбором типа и качественных показателей применяемых ионитов и, наконец, при скрупулезном соблюдении положений технологического регламента. Пренебрежение даже одним из перечисленных критериев может снизить эффективность (экономичность) эксплуатации ВПУ, что будет служить дополнительным фактором, подталкивающим потребителей к выбору электродеионизации в качестве альтернативы ионному обмену в процессах деминерализации воды [13].

Глава 2. Методика эксперимента

2.1. Подготовка ионитов и модельной хромсодержащей сточной воды

Колонка для проведения ионного обмена представляла собой стеклянную бюретку на 50мл, закрепленную в штативе. В узкую её часть поместили стекловолокна, а затем заполняли бюретку суспензией анионита АВ-17-8, в ОН - форме, который предварительно замачивали в небольшом количестве дистиллированной воды для набухания. Легким постукиванием уплотняли анионит в колонке.

2.1.2. Подготовка модельного раствора хромсодержащей сточной воды

Модельный раствор промстока с содержанием Сr(VI) 100 мг/л и рН=2 (кислая среда)

Приготовление: 58 мл 0,1н раствора К₂Cr₂О₇ и 100 мл 0,1н раствора Н₂SO₄ разбавили в мерной колбе до 1 литра дистиллированной водой (исходный 0,1н раствор К₂Сr₂О₇ готовили из фиксанала).

Модельный раствор промстока с содержанием Сr(VI) 200 мг/л и рН=2 (кислая среда)

Приготовление: 116 мл 0,1н раствора К₂Сr₂О₇ и 200 мл 0,1н раствора Н₂SO₄ разбавили в мерной колбе до 1 литра дистиллированной водой.

Модельный раствор промстока с содержанием Сr(VI) 300 мг/л и рН=2 (кислая среда)

Приготовление: 174 мл 0,1н раствора К₂Сr₂О₇ и 300 мл 0,1н раствора Н₂SO₄ разбавили в мерной колбе до 1 литра дистиллированной водой.

Модельный раствор промстока с содержанием Сr(VI) 100 мг/л и рН=7 (нейтральная среда)

Приготовление: 58 мл 0,1н раствора К₂Сr₂О₇ разбавили до 1 литра дистиллированной водой в мерной колбе.

Модельный раствор промстока с содержанием Сr(VI) 200 мг/л и рН=7 (нейтральная среда)

Приготовление: 116 мг/л 0,1н раствора К₂Сr₂О₇ разбавили до 1 литра дистиллированной водой в мерной колбе [15].

Модельный раствор промстока с содержанием Сr(VI) 300мг/л и рН=7 (нейтральная среда)

Приготовление: 174 мг/л 0,1н раствора К₂Сr₂О₇ разбавили до 1 литра дистиллированной водой в мерной колбе.

Модельный раствор промстока с содержанием Сr(VI) 300 мг/л и рН=9 (щелочная среда)

Приготовление: 174 мл 0,1н раствора К₂Сr₂О₇ разбавили в мерной колбе до 1 литра дистиллированной водой. По каплям добавляли NaOH до достижения рН=9 (рН измеряли на рН - метре "Seven Easy").

Модельный раствор промстока с содержанием Сr(VI) 300мг/л и хлорид - ионы

Приготовление: 174 мл раствора К₂Сr₂О₇ разбавили до 1 литра дистиллированной водой и добавляли около 10 мл NaСI [15].

2.2. Определение содержания хрома (VI) фотоколориметрическим методом

Фотоколориметрический метод основан на законе светопоглощения Бугера - Ламберта - Бера.

I=I₀-10^-е_лС L

Где: I - слой вещества

I₀ - интенсивность падающего светового потока

е_л - величина молярного коэффициента поглощения

С - концентрация поглощающего вещества

L - толщина слоя раствора

Величина молярного коэффициента поглощения зависит от длины волны проходящего света, температуры раствора и природы растворенного вещества.

Молярный коэффициент поглощения отражает индивидуальные свойства окрашенных соединений и является их определяющей характеристикой [16].

Определение хромат - ионов основано на реакции с дифенилкарбазидом, в результате которой образуется соединение ярко-розового цвета. Измерение оптической плотности проводили на фотоэлектроколориметре КФК-2-УХЛ 4.2 при длине волны 540НМ, толщина кювет 30мм, используя метод калибровочного графика [15].

Построение калибровочного графика. Для построения калибровочного графика готовили растворы К₂Сr₂О₇ следующих концентраций: 0,00004; 0,0001; 0,0002; 0,0003; 0,0004; 0,0006; 0,0008; 0,001 мг/мл.

В мерные колбы емкостью 100 мл отмерили с помощью бюретки 0 (холостая проба), 2,5,10,15,20,30,40,50 мл стандартного раствора (1 мл стандартного раствора содержит 0,002 мг Сr(VI)). В каждую колбу добавляли дистиллированную воду до 50 мл, затем с помощью мерных цилиндров приливали 1 мл Н₂SO₄ (1:1), 3 мл Н₃РО₄ (1:1) перемешивали и добавляли пипеткой 2 мл дифенилкарбазида. Доводили объем дистиллированной водой до 100 мл, перемешивали и через 5-10 минут измеряли оптическую плотность (Д). По результатам измерения оптической плотности построили калибровочный график в координатах Д_иссл, С_{(концентрация)} Сr(VI) [15].

2.3. Очистка сточной воды на анионите

Очистку проводили на анионите АВ-17-8, пропуская по 300 мл модельных стоков (п.2.1.2) через колонку с анионитом со скоростью 13 мл/с. Масса сухого анионита составляла 10г; объем набухшего анионита в колонке=38,5 мл. В очищенной воде определили концентрацию СrO₄^{2 -} по измерению оптической плотности нашли по калибровочному графику, чему равна концентрация.

2.4. Регенерация СrО^2-₄

После пропускания через анионитную колонку модельных стоков, ее промывали несколько раз дистиллированной водой и 5% NaOH, до значения рН=10-11. Затем собирали промывной раствор для определения (оптической плотности и концентрации СrО₄^{2 -} в нем.

Для контроля за содержанием регенерированного СrО^2-₄ отбирали с помощью пипетки 1 мл промывного раствора и добавляли в него 1мл Н₂SO₄ (1:1), 3мл Н₃РО₄ (1:1) перемешивали и добавляли пипеткой 2мл дифенилкарбазида. Доводили объем дистиллированной водой до 100 мл и через 10-15 минут определяли оптическую плотность (Д).

2.5. Нейтрализация стоков, содержащих цианиды

Нейтрализация заключается в окислении цианидов до цианатов газообразным хлором:

СN ^- + 2 ОН ^- + Cl₂ > СNО ^- + 2Cl ^- + Н₂О.

После подачи 10%-го раствора щелочи NaOH (доводят рН до 1314) в резервуар подают газообразный хлор. После перемешивания для завершения реакции стоки сохраняются в спокойном состоянии 40-45 минут. В обезвреженных промстоках производится анализ на цианиды и остаточный хлор в химлаборатории. Содержание остаточного хлора должно быть не больше 20 мг/л.

В случае обнаружения остатков циана к стокам в реактор вновь добавляется хлор, производится перемешивание и отстаивание. После повторного анализа, при условии отсутствия цианидов, стоки перекачиваются насосами в смеситель теми же насосами, что перекачивают нейтрализованные хромовые стоки.

В процессе подачи хлора особо следует следить за рН стоков, так как при снижении рН при хлорировании возможно образование чрезвычайно ядовитого хлорциана:

СN+Сl= СNСl.

Такая реакция возникает при наличии побочных продуктов, например гипосульфита натрия. Для гарантии от образования опасного хлорциана рекомендуется процесс нейтрализации производить при рН=1314 [11].

2.6. Определение содержания цианидов в сточных водах

Фотометрический метод определения массовой концентрации цианидов основан на превращении цианида в хлорциан и взаимодействии последнего с пиридином и барбитуровой кислотой [12].

Методика определение цианидов

Нужно взять 5 мл испытуемой воды и параллельно сделать холостую пробу при рН=58. Добавить 0,2 мл хлорамина Т 0,1 % и 0,6 мл смешанного реактива (15см³ пиридин и 3г барбитуровой кислоты, 3см³ HCl_к в колбе емкостью 50 см³ ). Пробу выдержать 10 мин и затем измерить оптическую плотность на фотоколориметре.

Построение калибровочного графика

Измерение проводят при =540 нм, толщина кюветы 10 мм, холостая проба - вода.

Для построения калибровочного графика готовят стандартный раствор. 1мл стандартного раствора содержит 0,5 мкг/дм³ цианидов.

Глава 3. Результаты и их обсуждение

3.1. Очистка сточных вод от хромат-ионов

Расчет полной обменной емкости.

На доведение рН р-ра до 10-11было израсходовано раствора NaCI 10 мл

а) Затрачено на титрование 6мл 0,1 н р-ра НСl

б) Затрачено на титрование 6,5 мл НСl

Средний объем равен 6,25 мл

С_NaOH = C_HCl · V_HCl / V_NaCI = 0,1 · 6,25/10 = 0,0625 моль/л

ПОЕ = Vобщ · С_NaOH / m анионита

где: Vобщ - суммарный объем раствора, содержащий вытесненную из смолы щелочь, л

С - концентрация щелочи, моль/л

ПОЕ = 88 · 0,0625/10 = 0,55 ммоль/г

Построение калибровочного графика

Таблица 3

№ пробы (мл)	Оптическая плотность, D	Концентрация, С мг/л
2	0,07	0,04
5	0,16	0,1
10	0,31	0,2
15	0,485	0,3
20	0,64	0,4
30	0,95	0,6
40	1,3	0,8
50	1,5	1,0

Рис.1. Калибровочный график. Зависимость оптической плотности от концентрации СrО^2-₄.

1.1. Определение концентрации Сr(VI) в модельном стоке после очистки.

По данным измерительной оптической плотности строим калибровочный график по нему определяем концентрацию после очистки.

Концентрацию рассчитывали по формуле:

С(Сr(VI)) = С · 1000 / V

где: С - содержание Сr(VI), найденное по калибровочному графику, мг/л

V - объем пробы, взятый для анализа, мл.

Определение концентрации модельного раствора с начальным содержанием Сr(VI) 100 мг/л и рH = 2 (кислая среда)

С(Сr(VI)) = 0,04 · 1000 / 40 = 1,0 мг/л

С(Сr(VI)) = 0,05 · 1000 / 50 = 1,0 мг/л

Определение средней концентрации

Сср(Сr(VI)) = (1,0 + 1,0) / 2 =1,0 мг/л

Определение концентрации модельного раствора с начальным содержанием Сr(VI) 200 мг/л и рН = 2 (кислая среда)

С(Сr(VI)) = 0,1 · 1000 / 40 = 2,5 мг/л

С(Сr(VI)) = 0,13 · 1000 / 50 = 2,6 мг/л

Определение средней концентрации

Сср(Сr(VI)) = (2,5 + 2,6) / 2 = 2,55 мг/л

Определение концентрации модельного раствора с начальным содержанием Сr(VI) 300 мг/л и рН = 2 (кислая среда)

С(Сr(VI)) = 0,14 · 1000 / 40 = 3,5 мг/л

С(Сr(VI)) = 0,18 · 1000 / 50 = 3,6 мг/л

Определение средней концентрации

Сср(Сr(VI)) =(3,5 + 3,6) / 2 = 3,55 мг/л

Определение концентрации модельного раствора с начальным содержанием Сr(VI) 100 мг/л и рН = 7 (нейтральная среда)

С(Сr(VI)) = 0,03 · 1000 / 40 = 0,75 мг/л

С(Сr(VI)) = 0,04 · 1000 / 50 = 0,8 мг/л

Определение средней концентрации

Сср(Сr(VI)) = (0,75 + 0,8) / 2 = 0,775 мг/л

Определение концентрации модельного раствора с начальным содержанием Сr(VI) 200 мг/л и рН = 7 (нейтральная среда)

С(Сr(VI)) = 0,07 · 1000 / 40 = 1,75 мг/л

С(Сr(VI)) = 0,08 · 1000 / 50 = 1,6 мг/л

Определение средней концентрации

Сср(Сr(VI)) = (1,75 + 1,6) / 2 = 1,675 мг/л

Определение концентрации модельного раствора с начальным содержанием Сr(VI) 300 мг/л и рН = 7 (нейтральная среда)

С(Сr(VI)) = 0,37 · 1000 / 40 = 9,25 мг/л

С(Сr(VI)) = 0,47 · 1000 / 50 = 9,4 мг/л

Определение средней концентрации

Сср(Сr(VI)) = (9,25 + 9,4) / 2 = 9,325 мг/л

Определение концентрации модельного раствора с начальным содержанием Сr(VI) 300 мг/л и рН = 9 (щелочная среда)

С(Сr(VI)) = 0,02 · 1000 / 40 = 0,5 мг/л

С(Сr(VI)) = 0,15 · 1000 / 50 = 3 мг/л

Определение средней концентрации

Сср(Сr(VI)) = (0,5 + 3) / 2 = 1,75 мг/л

Определение концентрации модельного раствора с начальным содержанием Сr(VI) 300 мг/л в присутствии хлорид ионов

С(Сr(VI)) = 0,15 · 1000 / 40 = 3,75 мг/л

С(Сr(VI)) = 0,17 · 1000 / 50 = 3,4 мг/л

Определение средней концентрации

Сср(Сr(VI)) = (3,75 + 3,4) / 2 = 3,575 мг/л

Степени очистки рассчитывали по формуле:

Ст.оч. = ((С₀ - С_К) / С₀) · 100%

где: С₀ - начальная концентрация СrО₄^2-

С_К - конечная концентрация СrО₄^2-

Определение степени очистки для модельного раствора с содержанием Сr(VI) 100 мг/л, рН = 2

Ст.оч. = ((100 - 1) / 100) · 100 % = 99 %

Определение степени очистки для модельного раствора с содержанием Сr(VI) 200 мг/л, рН = 2

Ст.оч. = ((200 - 2,55) / 200) · 100 % = 99 %

Определение степени очистки для модельного раствора с содержанием Сr(VI) 300 мг/л, рН = 2

Ст.оч. = ((300 - 3,55) / 300) · 100 % = 99 %

Определение степени очистки для модельного раствора с содержанием Сr(VI) 100 мг/л, рН = 7

Ст.оч. = ((100 - 0,775) / 100) · 100 % = 99 %

Определение степени очистки для модельного раствора с содержанием Сr(VI) 200 мг/л, рН = 7

Ст.оч. = ((200 - 1,675) / 200) · 100 % = 99 %

Определение степени очистки для модельного раствора с содержанием Сr(VI) 300 мг/л, рН = 7

Ст.оч. = ((300 - 9,325) / 300) · 100 % = 99 %

Определение степени очистки для модельного раствора с содержанием Сr(VI) 300 мг/л, рН = 9

Ст.оч. = ((300 - 1,75) / 300) · 100 % = 99 %

Определение степени очистки для модельного раствора с содержанием Сr(VI) 300 мг/л и хлорид ионы

Ст.оч. = ((300 - 3,575) / 300) · 100 % = 99 %

Влияние рН среды на степень очистки

рН среды не влияет на степень очистки. Анионит полностью справился с очисткой при всех значениях рН в изученном интервале (табл. 4, 5, 6)

3.1.2. Определение концентраций хромат - ионов в промывных растворах.

Промывной раствор 100 мг/л (кислая среда)

С(Сr(VI)) = С · 1000/V

С(Сr(VI)) = 0,03 · 1000/1 мл = 30мг/л

Промывной раствор 200 мг/л (кислая среда)

С(Сr(VI)) = С · 1000/V

С(Сr(VI)) = 0,022 · 1000/1 мл = 22мг/л

Промывной раствор 300 мг/л (кислая среда)

С(Сr(VI)) = С · 1000/V

С(Сr(VI)) = 0,04 · 1000/1 мл = 40мг/л

Промывной раствор 100 мг/л (нейтральная среда )

С(Сr(VI)) = С · 1000/V

С(Сr(VI)) = 0,08 · 1000/1 мл = 80 мг/л

Промывной раствор 200 мг/л (нейтральная среда)

С(Сr(VI)) = С · 1000/V

С(Сr(VI)) = 0,085 · 1000/1 мл = 85 мг/л

Промывной раствор 300 мг/л (нейтральная среда)

С(Сr(VI)) = С · 1000/V

С(Сr(VI)) = 0,02 · 1000/1 мл = 20 мг/л

Промывной раствор 300 мг/л (щелочная среда)

С(Сr(VI)) = С · 1000/V

С(Сr(VI)) = 0,02 · 1000/1 мл = 20 мг/л

Промывной раствор 300 мг/л (хлорид ионы)

С(Сr(VI)) = С · 1000/V

С(Сr(VI)) = 0,035 · 1000/1 мл = 35 мг/л

3.1.3. Определение величины адсорбции

a = ((C₀-C_k)/m )·V [ммоль/г]

где: С₀ - начальная концентрация СrО₄^2- [моль/л]

С_К - конечная концентрация СrО₄^2- [моль/л]

m - масса сухого анионита [г]

V - объем раствора пропущенного через анионитную колонку [л]

1. Величина адсорбции модельного раствора "Сr(VI) 100 мг/л, рН=2"

а = ((1,92*10^-3 - 0,019*10^-3)/10) ·0,3=0,0570 ммоль/г

Величина адсорбции модельного раствора "Сr(VI) 200 мг/л, рН=2"

а = ((3,85*10^-3 - 0,049*10^-3)/10) ·0,3=0,114 ммоль/г

Величина адсорбции модельного раствора "Сr(VI) 300 мг/л, рН=2"

а = ((5,77*10^-3 - 0,068*10^-3)/10) ·0,3=0,172 ммоль/г

2. Величина адсорбции модельного раствора "Сr(VI) 100 мг/л, рН=7"

а = ((1,92*10^-3 - 0,014*10^-3)/10) ·0,3=0,0570 ммоль/г

Величина адсорбции модельного раствора "Сr(VI) 200 мг/л, рН=7"

а = ((3,85*10^-3 - 0,032*10^-3)/10) ·0,3=0,114 ммоль/г

Величина адсорбции модельного раствора "Сr(VI) 300 мг/л, рН=7"

а = ((5,77*10^-3 - 0,179*10^-3)/10) ·0,3=0,172 ммоль/г

3. Величина адсорбции модельного раствора "Сr(VI) 300 мг/л, рН=9"

а = ((5,77*10^-3 - 0,033*10^-3)/10) ·0,3=0,172 ммоль/г

4. Величина адсорбции модельного раствора "Сr(VI) 300 мг/л и хлорид ионы"

а = ((5,77*10^-3 - 0,068*10^-3)/10) ·0,3=0,172 ммоль/г

Таблица 4

Величины степеней очистки на анионите при начальной концентрации CrO^2-₄

100мг/л

Начальная концентрация Cr 100 мг/л	Степень очистки %
Концентрация после очистки мг/л С=1,0 С= 0,775	Ст.оч=99 Ст.оч=99

Таблица 5 Величины степеней очистки на анионите при начальной концентрации СrО^2-₄ 200 мг/л

Начальная концентрация Cr 200 мг/л	Степень очистки %
Концентрация после очистки мг/л С=2,55 С=1,675	Ст.оч=99 Ст.оч=99

Таблица 6

Величины степеней очистки на анионите при начальной концентрации СrО^2-₄ 300 мг/л

Начальная концентрация Cr 300 мг/л	Степень очистки %
Концентрация после очистки мг/л С=3,55 С=9,325 С=1,75 С=3,575	Ст.оч=99 Ст.оч=99 Ст.оч=99 Ст.оч=99

Таблица 7 Величины адсорбции хромат - ионов в зависимости от разности концентрации

Концентрация доочистки Сr (VI) моль/л (для 100 мг/л)	Концентрация после очистки СrO2-4 моль/л	Величина адсорбции Сr (VI) ммоль/г
С=1,92*10-3	С=0,016*10-3	а=0,0570
Концентрация доочистки Сr (VI) моль/л (для 200 мг/л)	Концентрация после очистки СrО2-4 моль/л	Величина адсорбции Сr (VI) `оль/г
С=3,85*10-3	С=0,040*10-3	а=0,114
Концентрация доочисткм Сr (VI) моль/л (для 300 мг/л)	Концентрация после очистки СrО2-4 моль/л	Величина адсорбции Сr (VI) ммоль/г
С=5,77*10-3	С=0,348*10-3	а=0,172

Рис. 2 Зависимость величины адсорбции от концентрации СrО^2-₄

Рис. 3 Зависимость величины адсорбции от конечной

концентрации СrО^2-₄

В таблицах 4-6 приведены данные по очистке модельных сточных вод, содержащих хромат - ионы, путем ионообменной сорбции на анионите АВ-17-8. Содержание хрома (VI) после пропускания через анионит при всех изученных начальных концентрациях не превышает ПДК (0,05 мг/л по токсикологическому показателю). Степень очистки во всех случаях составляет 99 %.

На рис. 2 и 3 представлены зависимости величины адсорбции СrО^2-₄ на анионите от начальной и равновесной (конечной) концентрации, из которых видно, что величина адсорбции увеличивается с увеличением концентрации в изученном интервале практически линейно.

Проведение, ионного обмена при различных значениях рН (2,7,9) показало независимость степени очистки от кислотности или щелочности среды, хотя не исключено, что в сильно кислой или сильно щелочной среде такое влияние может иметь место.

Введение ионов хлора также не повлияло на степень очистки по хромат - ионам, что можно объяснить разницей в размерах этих ионов, степенях их гидратации или селективностью ионита по отношению к хромат - ионам. Таким образом хлорид - ионы не мешают удалению хромат - ионов из стоков с помощью анионита.

Регенерация анионита 5%-ным раствором гидроксида натрия в течение часа и, соответственно, извлечение хромат - ионов не дала положительных результатов. Степень регенерации оказалась недостаточной. По - видимому, необходимо увеличить концентрацию гидроксида натрия или время регенерации.

Таким образом, можно признать удовлетворительной очистку хром содержащих сточных вод на анионите АВ-17-8, если подобрать подходящие условия регенерации с целью возврата хромат - ионов для повторного использования.

3.2. Очистка сточных вод от цианид - ионов

Зависимость концентрации от оптической плотности полученного раствора приведена в табл. 8

Таблица 8 Зависимость концентрации цианид-ионов от оптической плотности раствора

№	Содерж. Мкг в 5 см3 р-ра	D1	D2	D3	D4	D5	D6	D ср.
1	0.050	0.015	0.015	0.015	0.015	0.015	0.015	0,015
2	0,075	0,020	0,020	0,020	0,025	0,025	0,025	0,025
3	0,125	0,035	0,035	0,035	0,045	0,045	0,045	0,040
4	0,250	0,075	0,075	0,075	0,075	0,080	0,080	0,075
5	0,500	0,15	0,15	0,15	0,17	0,17	0,17	0,160
6	1,000	0,31	0,31	0,31	0,33	0,33	0,33	0,320
7	1,250	0,39	0,39	0,39	0,41	0,41	0,41	0,400
=3,25						D=1,0355

L=,

где L - определение средней оптической плотности.

Рис. 4 Калибровочный график

Зависимость концентрации цианид - ионов от оптической плотности раствора При проведении реагентной очистки содержание цианид - ионов уменьшилось с 8,3 до 0,03 мг/л, что ниже ПДК, степень очистки 99,6 % поэтому возможно использовать реагентную очистку в этом случае.

Глава 4. Экономическая часть

В данной работе проводилась очистка сточной воды машиностроительного предприятия , в процессе которой было использовано оборудование, химическая посуда, химические реактивы. В данной главе просчитаны общие затраты за год на очистку сточных вод адсорбционным методом и реагентным методом.

Материальные затраты

Таблица 9

Название реактива	Ед. Изм.	Цена, руб./ кг, руб./ л	Затраты на хим. показатели
			Кол-во (мл; шт)	Сумма затрат за год
Анионит АВ-17-8	гр	387,4	120	46,44
NaOH	гр	55,76	1200	66,96
NaCI	гр	79,56	1080	85,92
К 2Сr 2О7 (из фиксанала)	шт	128,23	24	3077,52
Н2 SO4 (конц.)	мл	32,13	720	23,04
Н2 SO4 (из фиксанала)	шт	70	12	840
Н3РО4	мл	112,59	360	40,56
Дифенилкарбазид	гр	11,70	60	34,56
Спирт этиловый	мл	98,20	1200	117,6
НCI	мл	36,60	360	5,76
Дистиллированная вода	л	20	240	4,8
Итого:				4338,36

Для расчета затрат на химическую посуду сроком использования до 6 месяцев, до 1 года и более:

Таблица 10

Наименование	Срок использ. м-ев	Цена материала	Затраты на хим. посуду за год
			Кол-во	сумма
Штатив	60	554,28	1	110,86
Мерная колба на 1 литр	36	120	1	40,00
Стаканы	6	34,50	2	69,00
Колбы конические	12	305,76	1	305,76
Бюретка	12	93,69	1	93,69
Пипетка	6	83,83	4	335,32
Цилиндр мерный	12	394,50	2	789,00
Мерные колбы	12	26,63	8	213,04
Кюветы с толщиной слоя до 3 см	12	59,16	2	118,32
Делительные воронки	6	114,66	2	229,32
Итого затрат на хим. посуду				2304,31

Затраты на оборудование

Опред. затрат на оборуд= Стоимость оборуд * % годов. норм. амортизации

Таблица 11

Наименование амортиз. имущества	Сред. срок экспл. лет	Первоначальн. Стоимость руб.	Годов. норма амортиз. %	Кол-во	Сумма амортиз. в год руб.
КФК	10	19090,00	10	1	1909
рН-метр	5	7000	20	1	1400
Весы аналитические	10	10000	10	1	1000
Итого затрат на оборудование					4309

Затраты на з/плату

За месяц лаборант получает 3000 рублей. Имея 8-ми часовой рабочий день и 5-ти дневную рабочую неделю.

З/пл. лаб=З/пл. м*n, где

З/пл. м - заработная плата лаборанта в месяц

N - количество отработанных месяцев

Отраб. 22 дня Оклад 3000 рублей

15% р/к - 3000*15%=450 рублей

Заработная плата лаборанта за месяц

3000+450=3450 рублей

Заработная плата лаборанта за год

3450*12=41400 рублей

ЕСН=41400*26%=10764 рублей

Всего отчислено в фонд 26% на сумму 10764 рублей

Прочие затраты (накладные расходы):

ПР=З/пл. лаб*20%

ПР=41400*20%=8280 рублей

Затраты на электроэнергию за год

Эксплуатация электроприборов при химических опытах использовалась 240 часов в течении всего года, потребление электроэнергии за 240 часов - 120 кВт (стоимость 1кВт - 1руб. 40коп.).

Потребление электроэнергии КФК в час 0,5кВт, использование его 192 часа. Потребление электроэнергии рН - метр в час 0,5 кВт использование его 48 часов. Затраты на электроэнергию = кол-во кВт*цена кВт

Таблица 12

Наименование	Время использ. час	Цена кВ	Затраты на электроэнергию
			Количество кВ	Сумма
КФК	192	1,40	96	134,40
рН-метр	48	1,40	24	33,60
Итого затрат на электроэнергию за год				168

Затраты за год на исследование очистки сточных вод, состоят из следующих статей затрат:

Материальные затраты - 6647,47 рублей

Затраты на оборудование (амортизация) - 4309 рублей

Затраты на з/плату (за год) - 60444 рублей

Затраты на электроэнергию - 168 рублей

Итого: 71568,47 рублей

Затраты на очистку сточных вод реагентным методом

Материальные затраты

Таблица 13

Название реактива	Ед. изм.	Цена (руб)	Затраты на хим. показатели
			Кол-во	Сумма затрат за год
Кислота фосфорная	кг	24,80	10	248
Кислота уксусная	кг	57	20	1140
Кислота серная	кг	9,40	20	188
Гипохлорид кальция	кг	10,20	3000	30600
Железный купорос	кг	9,80	22000	215600
Полиакриламид	т	9800	8	78400
Дифенилкарбазил	кг	506	0,4	202,40
Гидрат окиси кальция	т	2796,61	20	55932,2
Итого:				382310

Затраты на оборудование Опред. затрат на оборуд= стоимость оборудования* %годов. норм. амортиз.

Таблица 14

Наименование амортизационного имущества	Первоначальная стоимость руб.	Годов. норма амортиз. %	Кол-во	Сумма амортиз. в год руб.
Приемный резервуар	12325	20	1	2465
Хром-реактор	9236,90	20	3	1847,38
Емкости	44124	25	5	11031
Центробежные насосы	15559,36	20	20	3111,88
Электрические задвижки	24096	12,5	3	3012
Электрическая задвижка наполнения реакторов	7749,80	12,5	3	968,72
Реактор с механической мешалкой	8618,67	20	2	1723,73
Итого затрат на оборудование:				24159,71

Текущие затраты и затраты на капитальный ремонт сооружений и установок для очистки сточных вод и рационального использования водных ресурсов составляют за год 1562,2 тыс. руб.

Затраты на заработную плату

Аппаратчица, которая обслуживает очистные сооружения работает по 4 разряду, тарифная ставка 9 рублей, 4% вредности, 50% премии + 15% районный коэффициент.

Зарплата аппаратчицы за год считается:

9*180ч*1,04(4% вредности)*1,5(50%премии)*1,15*12месяцев=34875,36 рублей.

ЕСН=34875,36*26%=9067,59 рублей

Всего отчислено в фонд 26% на сумму 9067,59 рублей

Прочие затраты (накладные расходы):

Пр=З/пл. *20%

Пр=34875,36*20%=6,975 рублей

Затраты на электроэнергию

Затраты на электроэнергию = кол-во кВ * кВ цена

Таблица 15

Месяц	Кол-во кВ (за месяц)	Цена кВ	Сумма затрат электроэнергии за год
январь	14976	1,26	18869,7
февраль	17320	1,27	21996,4
март	15000	1,27	19050
апрель	10600	1,27	13462
май	17000	1,27	21590
июнь	1832	1,37	2509,84
июль	1000	1,37	1370
август	1508	1,39	2096,12
сентябрь	3608	1,39	5015,12
октябрь	15080	1,39	20961,2
ноябрь	16944	1,39	23552,16
декабрь	16600	1,39	23074
Итого:			173546,54

Затраты за год на очистные сооружения, которые состоят из следующих статей затрат:

- материальные затраты - 382310 руб.;

- затраты на оборудование (амортизация) - 24159,71 руб.;

- затраты на капитальный ремонт сооружений и установок - 1562,2 руб.;

- затраты на заработную плату - 43949,93 руб.;

- затраты на электроэнергию - 625528,38 руб.;

Итого: 625528,38 руб.

Сравнение методов очистки сточных вод

Таблица 16

Метод очистки сточных вод	Затраты за год
	Матери-альные затраты, руб.	Затраты на оборудова-ние, руб.	Затраты на заработную плату, руб.	Затраты на Электроэ-нергию, руб.	Общие затраты, руб.
Реагентный метод	382310	25722	43949,93	173546,54	625528,47
Адсорбционный метод	6647,47	4309	60444	168	71568,47

Реагентный метод/ адсорбционный метод = 625528,47 / 71568,47 = 8,7 раз.

После проведенного экономического расчета можно сделать вывод, что адсорбционный метод очистки сточных вод, а именно ионообменная адсорбция, в 8,7 раз дешевле реагентного метода.

Выводы

1. С целью оценки возможности обезвреживания цианид - и хромат - содержащих сточных вод гальванических цехов исследована их реагентная и сорбционная очистка.

2. Установлено, что реагентный метод позволяет достигать ПДК по цианид - ионам, а метод ионообменной сорбции на анионите АВ-17-8 по хромат - ионам.

3. Рассчитаны величины удельной адсорбции хромат - ионов на анионите. Изотермы адсорбции имеют восходящий характер.

4. Обнаружено, что введение ионов хлора в модельный хромат содержащий сток, а также изменение его рН не влияет на степень очистки на анионите.

5. Проведена регенерация хромат - ионов и (анионита), показавшая необходимость увеличения ее продолжительности.

6. Определены затраты на очистку реагентным и ионообменным методом. Показано, что ионообменная сорбция в 8,7 раз дешевле реагентного метода, что дает возможность рекомендовать ионный обмен для очистки от хромат - ионов.

Библиографический список

1. Белов С.В., Барбинов Ф.А., Козьяков А.Ф. и др. "Охрана окружающей среды", - М.: Высш. шк., 1991г.-339с (56-70с).

2. Богословская Т.М. "Фотоколориметрия", Методические указания, Омск-1977г-31с (4-5)

3. Виноградова Л.Д., Крюкова Л.Н., "Контроль качества воды". Методические Указания, Омск-1997г-38с (26-28).

4. Громов С.Л. Журнал "Теплоэнергетика" № 11 2006г., раздел: Водоподготовка - Регенерация ионитов.

5. Долгоносов А.М. "Ионный обмен и ионная хроматография" М.: Химия, 1993г.-360с (78-80).

6. Ершов Ю.А., Попков В.А. и др. "Общая химия". "Биофизическая химия". "Химия биогенных элементов". Учеб. Для вузов - 2-е изд., М.: Высш. шк., 2000-560с (264-266).

7. Жуков А.И., Монгайт И.Л., Родзиллер И.Д. "Методы очистки производственных сточных вод", - М.: Химия, 1996-345с (201-210с).

8. Кировская И.А., "Коллоидная химия". Поверхностные явления". Учебное пособие, Омск-1998г-176с (122-124).

9. Крамаренко В.Ф. "Токсикологическая химия", М.: Высш. шк., 1996г-350с (362-364).

10. Методика выполнения измерений массовой концентрации цианидов в природных и сточных водах фотометрическим методом с пиридином и барбитуровой кислотой.

11. Производственная инструкция. Для работников очистных сооружений по обезвреживанию хромсодержащих и кислотно-щелочных сточных вод.

12. Производственная инструкция. Для работников очистных сооружений по приему циансодержащих сточных вод и их обезвреживанию.

13. Проскуряков В.А., Шмидт Л.И., "Очистка сточных вод в химической промышленности" Л.: Химия, 1977-463с (310-312).

14. Скороходова В.А. "Очистка сточных вод" Омск-1982г-360с (194-198).

15. Технологическая инструкция по нейтрализации растворов ванн перед спуском в канализацию.

16. Филов В.А. "Вредные химические вещества". "Неорганические соединения элементов V-VIII групп" - М.: Химия, 1998г-600с (308-311).

17. Чикин Г.А., Мягков О.Н., "Ионообменные методы очистки веществ". Учебное пособие Воронеж: изд-во ВГУ, 1984г-372с (300-312).