Фазлутдинов К.К.

10.12.2020 (обновленно 10.12.2020)

6504 просмотров

Метод ионного обмена при очистке сточных вод

Содержание:

1. Введение

2. Очистка сточных вод от меди

3. Очистка сточных вод от никеля

4. Очистка сточных вод от цинка

5. Очистка сточных вод от кадмия

6. Ионнообменная очистка сточных вод от хрома

7. Комплексная ионнообменная очистка сточных вод от тяжелых металлов

1. Введение

Ионообменную очистку сточных вод отличает:

• Высокая глубина очистки;
• Снижение общего солесодержания стоков;
• Возможность одновременного извлечения из сточных вод как катионов, так и анионов за счет применения на одной и той же ионообменной установке процессов катионирования и анионирования;
• Возможность селективного извлечения загрязняющих компонентов с последующим их концентрированием;
• Возможность извлекать загрязнения, находящиеся в сверхнизких количествах, когда другие методы уже неэффективны;
• Низкая энергоемкость и высокая автоматизируемость.

К существующим ограничениям метода следует отнести:

• Верхняя граница концентрации загрязнителей в стоках - до 1 г/л.
• Максимальная производительность установок до 1-2 тыс.м³/сутки.
• Высокая стоимость ионообменных смол.
• Необходимость предварительной подготовки сточной воды и очистки ее от нефтепродуктов и иной органики.

Несмотря на указанные ограничения, ионный обмен считается одним из самых перспективных методов очистки сточных вод.

Для применения ионообменного метода необходимо:

• Идентифицировать все потоки сточных вод.
• Определить необходимость раздельной или совместной очистки стоков;
• Подобрать ионит;
• Определить оптимальные режимы работы ионитов;
• Обеспечить контроль выходной концентрации загрязнителей в очищенной воде;
• Определить схему работы колонок: параллельное или последовательное;
• Определить способ регенерирования смол: выбрать элюирующие растворы и определить режимы регенерации ионитов (прямоточное или противоточное);
• Решить вопрос утилизации или использования элюатов.

Основные аспекты работы ионообменных колонок представлены в статье об общих методах нейтрализации сточных вод. Напомним, что суть ионного обмена заключается в эквивалентном замещении подвижных ионов в составе ионита на ионы-загрязнители сточных вод.:

mA + RmB <-> mRA + B

где:

А - поглощаемый ион;

RmB - ионит с подвижным ионом B;

В - свободный ион, перешедший из ионита в раствор.

При этом замещаться могут как катионы, так и анионы. Замещение идет строго на ионы аналогичного знака.

Катиониты делятся на сильно- и слабокислотные (в H⁺ и Na⁺ форме). Сильнокислотные содержат функциональные группы SO₃H или PO(OH)₂, слабокислотные - COOH (карбоксильные) и C₆H₅OH (фенольные).

Аниониты делятся на сильно- и слабоосновные (в ОН- или солевой форме). Сильноосновные содержат функциональные группы R₃NOH (четвертичные аммониевые основания), слабоосновные ^-NH₂, =NH, =^-N (замещенные в различной степени аминогруппы).

Существуют иониты смешанного типа.

По составу ионообменные смолы могут представлять из себя стиролдивинилбензол, этилендиаминэтиленхлоргидрин, моносульфат и множество других соединений.

При обозначении смол используют букву К в названии катионита и А в названии анионита.

Иониты могут быть:

- Порошкообразными (0,04-0,07 мм)

- Зернистыми (0,3-2,0 мм)

- Волокнистыми.

- Листовыми / плиточными.

2.  Очистка сточных вод от меди

Метод ионного обмена для улавливания меди из медноаммиачных растворов применяли еще в 1936 году в Германии. Сорбцию осуществляли на катионите Вофатит - F в Н⁺- форме при скорости фильтрации 55 мл/см²*мин. Очищенную воду, а также сульфат меди, получаемый в процессе регенерации  катионита, возвращали в производство.

Осборн предложил очистку сточных вод от меди с использованием анионита Дуалит С-20 в  Сl^-- форме. Он показал, что при скорости фильтрации очищаемых растворов 2,73 м/ч степень очистки стоков может достигать 100%. Регенерацию анионитов проводили 5% раствором НСl.  Н. П. Колонина и др. также установили, что при сорбции меди из растворов, содержащих 140 г/л хлор- ионов, анионитами оптимальным является рН=3. Наибольшую емкость имел низкоосновной анионит АН-2Ф, величина которой составляла от 4-20 мг/л. Содержание меди в фильтрате равнялось 0,3мг/л.

Технологию очистки меди и других тяжелых металлов из сложных по составу растворов электролизного цеха разработали В.М. Розманов и др. В качестве сорбента использовали сильнокислый катионит КУ-2. Исходные растворы до 3,4 г/л меди, 1,5 г/л никеля и имели рН = 2. Содержание меди в фильтрате составляло около 0,1 мг/л, емкость используемой смолы достигала по меди 27 г/л  при общей величине с учетом сорбции никеля - 39 г/л. В качестве элюатов использовалась серная кислота с концентрацией 200г/л.

Ю. А. Кац, Л. П. Соколова для очистки промывных травильных растворов, содержащих 60-120 мг/л  меди, а также другие тяжелые металлы, использовали двухступенчатую очистку с использованием на первой ступени катионита КУ-2, а на второй ступени низкоосновного анионита АН-2Ф.  Линейная скорость пропускания растворов составляла 8-17 м/час, высота загрузки ионитов в колонках - 2м. В работе отмечается получение очищенных стоков с минимальным содержанием в них загрязнений, значения которых не указываются.

Возможность ионообменного извлечения меди из медноаммиачных растворов исследовали также А. Л. Григорян и Ж. О. Ахвердян. Оптимальными названы следующие условия процесса: сорбент КУ-1 или КУ-2 в Н⁺- форме, рН исходных растворов 10-11, обменная емкость сорбента 55-56 мг/л. Извлечение меди составило 98-99%, элюент - 5%-ная серная  кислота.

Е. И. Зубкова, А. В. Корниенко и др. изучали сорбцию иона Сu²⁺ и её комплексного иона с этилендиамином на катионите КУ-2. Сорбция комплексного иона значительно выше сорбции иона комплексообразователя (Сu²⁺). В работе подтверждена зависимость сорбционной способности комплексного иона меди с этилендиамином от степени гидратации меди.

Имеются также работы по освещению влияния рН среды, степени гидролизуемости меди, строения ионита на поглотительную способность анионитов, винилпиридинового ряда к ионам Сu(II). Статическая обменная емкость (далее СОЕ) в зависимости от вида сорбента находилась в пределах от 40-70%. Максимальное значение СОЕ составило 5,62 мг-экв/ч (микропористый анионит АН-401).

М. Д. Ивановский и В. Д. Васильев изучали кинетику сорбции ионов меди, цинка и железа (II и III) в зависимости от крупности зерен катионитов КУ-2-2П, КУ-2х8  и КБ-4Пх2. По уменьшению значений коэффициентов диффузии ионы металлов для катионита КУ2х8 располагаются в ряд:

Cu²⁺ >  Zn²⁺ >  Fe²⁺ > Fe³⁺

что указывает на предпочтительную сорбцию меди по сравнению с другими указанными металлами.

Изучалась также сорбируемость меди на карбоксильных катионитах в зависимости от рН среды. Было установлено, что медь извлекается в достаточно широком диапазоне рН: от 1,7 до 10,0. Оптимальной областью сорбции меди на карбоксильных катионитах является интервал рН = 3,4-4,6. По способности сорбировать медь изученные катиониты располагают в ряд:

СГ-1 > КБ-4 > КУ-2 > С-63

Описан механизм и основные закономерности сорбции меди из слабокислых растворов различными анионитами. По способности сорбировать медь аниониты могут быть расположены в следующей последовательности:

Ан-31 >  Ав-16 >  ЭДЭ-10П  >  АН2Ф >  АМП  >  ВП-1

Повышенная сорбируемость меди двумя первыми анионитами объясняется наличием в их структуре преимущественно вторичных  и третичных  аминогрупп, так как известно, что соединения типа этилендиамина обладают склонностью к комплексообразованию с медью и ионами ряда других известных металлов. Практически аналогичные результаты по извлечению меди из сернокислых растворов, имеющих рН = 4,5, анионитами получил К.М. Салдадзе. Составленный им ряд сорбируемости имеет вид:

АН-2Ф >  АВ-16 > ЭДЭ-10П  > АВ-17 > АН-18 > АН-25 > АН-23

При снижении рН от 4,5 до 2,0 емкость этих смол уменьшилась в 10 раз.

В свою очередь использование катионитов для селективного извлечения меди из сернокислых растворов с примерно таким же уровнем кислотности, дает лучшие результаты. Так полная динамическая обменная емкость (далее ПДОЕ) по меди в присутствии в растворе до 1,8 г/л железа для катионитов КУ-2х8 и КБ-4 в Na-форме  соответственно достигала 4,1 и 6,32 мг-экв/г. Полная  десорбция осуществлялась 10-20% H₂SO₄ и 10%-ным раствором сульфата натрия.

Амфолиты АНКБ-1 и АНКБ-5, синтезированные  путем  модификации анионитов ЭДЭ-10П и АН-2Ф,  за счет введения в них карбоксильных групп   имеют емкость по меди при рН = 1,5 соответственно 50 мг/г и 32 мг/г. С увеличением рН до 3,5 емкость возрастает до 140 и 80 мг/г,  в то время как максимальная сорбируемость  находящихся в их основе анионитов,  не превышает 90 мг/г. Эти же ионообменные смолы показали ПДОЕ по меди, достигающую 120-160 г/кг  при её извлечении из сернокислых растворов сложного состава, содержащих 0,4-0,7 г/л Fe(II) и  2,1-2,7г/л Al.

Имеются сведения о высокой селективности к меди амфотерных ионитов. Лучшие образцы смол при сорбции из растворов с рН = 4,5 имели емкость по меди 5-6 мг-экв/г или 15-20% (по массе). Элюирование меди осуществляли 4Н H₂SO₄.

Следует сказать, что высокие значения сорбируемости меди, приведенные в ряде работ для некоторых типов ионообменных смол, резко снижаются при изменении солевого фона растворов. Наглядным примером являются результаты использования относительного селективного к меди катионита СГ-1. Так,  при максимальной емкости по меди для этого сорбента 30 мг/г значения сорбируемости составляли 10-16 мг/г при извлечении меди из технологических растворов, а по некоторым данным даже при исходной концентрации меди в растворе до 6,25 г/л из-за сложного солевого фона  этот параметр снизился до 1-2 мг/г.

Имеются результаты испытаний наиболее эффективных к сорбции меди ионообменных смол при её извлечении из водных сред с рН = 2-4,8, содержащих, (г/л): 1,5-2,4 Cu; 0,6-1,2 Fe; 0,08-,1 Zn , а также Mg, Al, Ca и др. металлы. Сорбируемость меди сильно зависела от её равновесной концентрации (далее Сравн) в растворе и составила при рН = 2,3 для смол АНКБ-7, АВ-16Г, АН-31, КУ-2 при увеличении Сравн с 7-1985 (мг/л) соответственно 11,9-58,3; 3,0-25,7; 6,2-30,8 (мг/г). С увеличением рН раствора до 4,8 сорбируемость несколько возрастала, составив соответственно 7,1-124; 4,5-188; 14,3-806; 10,3-45,8 (мг/г). Наименьшие различия в сорбируемости меди при изменении Сравн было отмечено для сильнокислого катионита КУ-2.  При исходной концентрации меди 1,8 г/л, поступающей на аниониты АНКБ-7 и АВ-16Г, фильтраты после 8-10 стадий сорбции содержали 20-30 мг/л Cu . Продолжительность контакта раствора и ионитом составляла 40 мин. Элюирование Cu проводили 27-30% H₂SO₄ 2,5-3 объемами раствора. Содержание меди в элюате составило 40-50 г/л при извлечении 99,3-99,4%. Сорбция проводилась в пачуках в условиях противоточного полунепрерывного процесса при 30% загрузке ионита от рабочего объема сорбционного аппарата.

3.  Очистка сточных вод от никеля

В растворах никель присутствует в виде катиона Ni²⁺ , имеет склонность к образованию комплексных форм. В связи с этим для его извлечения могут быть использованы различные типы ионообменных смол.

На Горьковском автомобильном заводе была сконструирована и испытана опытная установка по очистке растворов участков никелирования объемом 5 м³/час. Содержание никеля в них находилось на уровне 0,5г/л. Использовался катионит КУ-2 в Н-форме.

Обменная емкость ионита составляла 300г/кг по NiSO₄. Десорбция никеля не превышала 98% от количества поглощенного металла при максимальной концентрации в его элюатах  150 г/л.

Для очистки сточных вод, содержащих сернокислый никель, описана установка производительностью 100 м³/сут.  В установке использовался катионит Вофатит-F, обменная емкость которого составила 54-61 кг-экв/ м³ .

Т. Л. Шкорбатова и Л. Н. Рыжова исследовали извлечение никеля из сточных вод на катионите КБ-4П-2. ДОЕ по никелю составила 5,8-6,5 мг-экв/г. В условиях оптимальной десорбции концентрация NiSO₄ в элюате достигала 20-80 г/л.

Наибольшей разделительной способностью в отношении ионов Ca²⁺ и Ni²⁺ обладает катионит КУ-2, а по отношению к ионам Mg²⁺ и Ni²⁺ - КУ-1. Присутствие в растворе до 116 г/ л. NaCl мало влияет на селективность этих ионитов к никелю.

Из разбавленных сернокислых растворов никель может быть извлечен на смоле Talsion -14 в Н-форме.  Вымывание никеля осуществлялось 2,2н серной кислотой.

При сорбции из аммиачных растворов на катионитах СГ и КФ, как показали Б.Н. Ласкорин и В.К. Тимофеева, емкость СГ в NH₄⁺ - форме составляет 60 мг/г, а катионита КФ  - 40 мг/г. Сильно подавляет сорбцию никеля карбонат аммония. При его содержании до 4%, емкость снижается для смолы СГ - в 2 раза. Несколько меньше влияет сульфат аммония. Десорбцию проводили 3% раствором H₂SO₄.

В солянокислых растворах никель образует комплексы различной устойчивости. Сорбируемость его возрастает с увеличением кислотности среды до 9н  HCl. Наибольшая емкость была установлена для анионитов АПМ и АМХ за счет образования в фазе смолы комплексных соединений металла с матрицей пиридина или хинолина. Сорбции также способствует введение в раствор ионов  CN^- и SCN^-.

Из разбавленных сернокислых и солянокислых растворов никель сильно основными анионитами не сорбируется. В связи с этим,  эти сорбенты могут быть использованы для очистки никелевых электролитов или других растворов от цинка. Метод был реализован на комбинате «Южуралникель» с использованием анионита АМП. Электролит после очистки содержал 0,2-0,3 мг/л. цинка при его исходной концентрации 25-50 мг/л.

Положительные результаты были получены при сорбции никеля на макропористом катионите СS^-3 в присутствии натрий- кальциевых солей, а также на новом композиционном ионообменнике на основе отходов предприятий плодоовощного и химического производства (скорлупка косточек урюка и отходы производства нитрона), который за счет высокоразвитой поверхности эффективно сорбирует никель из кислых растворов. По результатам исследований украинских ученых природные цеолиты Закарпатья - морденит и клиноптилолит- не уступают по своим сорбционным свойствам к никелю синтетическим цеолитам. 

4.  Очистка сточных вод от цинка

Цинк, также как и медь и никель, может находиться в сточных водах как в форме катионов, так и в виде анионных комплексов.

Известны работы по извлечеию цинка из промывных вод катионитами. Так, А.Ю. Додабаев с сотрудниками проводили ионообменное извлечение цинка из растворов скоростных пылеуловителей с помощью катионита КУ-2х8. Емкость смолы составила 60г/кг. Извлечение цинка из растворов достигало 97%. Близкие результаты были получены К.Б. Лебедевым при очистке от цинка промывных вод Усть-Каменогорского свинцово - цинкового комбината. Лучшим катионитом здесь также была смола КУ-2х8. Её регенерация проводилась серной кислотой.

В работе освещены результаты сравнительного изучения степени очистки сточных вод с содержанием цинка до 200 мг/л. при применении ионного обмена и реагента осаждения известковым молоком. В качестве катионита использовалась смола Дауэкс-50Wx8, обменная емкость которого составила 0,6-0,75 мг-экв/мл. Катионитом сорбировалось из раствора до 80 % цинка, в то время как степень очистки с помощью известкового молока достигала 90%.

При сорбции цинка из сложного по составу промывного раствора с исходным содержанием до 120 мг/л. на катионите КУ-2 в Na - форме,  полная обменная емкость сорбента составила 0,6-1,6 мг-экв/г. Проскок цинка происходил почти одновременно для всех растворов независимо от их состава при содержании в них цинка более 20 мг/л.

В то же время в работах Л. А. Стемпковской и др. при сравнительных испытаниях катионитов КУ-1, КУ-2, КБ-4х2 в опытах по очистке сточных вод , лучшим сорбентом оказался КУ-1 с обменной емкостью 0,3г-экв/кг. При этом,  увеличение скорости фильтрации в диапазоне от 10 до 70 м/час не сказывалось на обменной емкости смолы. Содержание цинка в фильтрате составляло около 0,1 мг/л. При организации работы ионообменной смолы в «кипящем» слое, остаточное содержание цинка по данным работы не превышало 0,005мг/л.

В свою очередь В. М. Барбой и др. нашли, что обменная емкость катионитов КБ-4 по цинку в статических условиях при отсутствии других ионов в 16 раз превышает обменную емкость КУ-2, достигая 9,8 мг-экв/г, снижаясь в динамических условиях до 6,4 мг-экв/г.

Э. Е. Вайханская изучала сорбцию цинка из стоков с содержанием 50-80 мг/л. на катионитах: сульфо-угле; СБС; КБ-2. Лучшими по обменной емкости оказались КУ-2 и КБ-2, соответственно 2,04 и 2,0 мг-экв/г. В.Н. Демидов, обобщив результаты лабораторных исследований по очистке цинкосодержащих стоков, установил, что оптимальная скорость фильтрования - 5,5 м/час, а изменение рН среды от 2,2 до 7,5 на обменную емкость КУ-2 не влияет.

Использование анионитов для извлечения цинка эффективно только из сильнокислых растворов или растворов, содержащих комплексообразующие агенты. Так из 1н солянокислого раствора микрограммовые количества цинка могут быть извлечены в виде прочных хлоридных комплексов анионитом Дауэкс-1. Емкость анионита Варион АД при сорбции цинка из цианосодержащих растворов в динамических условиях составила 3,4 мг-экв/г. Регенерация осуществлялась раствором NaOH. При сорбции цинка из растворов щелочноземельных металлов кривые поглощения цинка проходят через максимум при концентрации Сl- ионов  3-4 г-экв/л.

Сорбция цинка из хлоридных растворов с относительно высоким содержанием других тяжелых металлов исследовалась различными типами ионообменных смол в работе. Лучшие результаты были получены на ионите марки Lewatit OC-1026. Элюирование цинка осуществлялось HCl.

Интересные результаты получены по извлечению цинка из разбавленных растворов с помощью ионообменной ткани при приложенном электрическом напряжении. Степень выделения цинка при этом достигала 95%, а расход электроэнергии был значительно ниже, чем в традиционных процессах электродиализа.

Эффективные способы соответственно очистки промывных вод хлористоаммонийного цинкования и ионообменного отделения цинка от меди на хелатообразующих ионитах в сульфатных растворах изложены также в работах. 

5.  Очистка сточных вод от кадмия

Кадмий является чрезвычайно токсичным элементом, имеющим очень низкое  ПДК. Поэтому при его извлечении важна  глубина очистки. В водных растворах обычно присутствует в виде иона Cd²+, с аммиаком образует комплексный катион  [Cd(NH₃)₄]²⁺  , а с цианом - комплексный анион  [Cd(CN)₄]^2- , образует также комплексы с галагенид - ионами: CdГ⁺ , CdГ₂ ,CdГ^3-  ,CdГ^2- , где Г - Cl^-  , Br^- ,  J^-. В связи с этим  для очистки сточных вод от кадмия можно использовать как катиониты , так и аниониты.

Для сорбции кадмия успешно применялись катиониты Дауэкс-50Wx8 в Н-форме, Биорад AG50Wx8, Левитит S115, КУ-2.

Для его элюирования использовались разные растворы HCl, (NH₄)SO₄ или H₂O₂, 1н КSCN, 3 н Н₂SO₄, NH₄Ac.

А. И. Субботина установила, что при очистке растворов, содержащих 20-70 мг/л кадмия, катионитом КУ-2, максимальное поглощение металла составляет 192 мг/г при рН = 6,5. В то же время при его извлечении из промышленных стоков, после технологической операции выщелачивания обжиговой пыли на сильнокислом катионите Цеoкарб -225, емкость по металлу составила 1,16 г-экв/л. Извлечение из сорбента находилось на уровне 99%.

Интересными являются результаты, полученные при извлечении кадмия из растворов на окисленном активированном угле КАУ и окисленных активных углях, полученных из косточек персика и грецкого ореха. Исследованные в этих работах сорбенты достаточно селективны ко всем тяжелым металлам. При этом по результатам сорбции в статических условиях на угле КАУ в полученных рядах селективности кадмий занимает лидирующее положение, уступая только свинцу.

При извлечении кадмия анионитами предложено дополнительно вводить в раствор 0,2-2,0 мол/л ионов хлора для связывания кадмия в анион CdCl^3-. Десорбцию при этом осуществляют раствором NaCl. Известно так же использование для сорбции кадмия и последующего его отделения от смеси тяжелых металлов анионообменной смолы ЭДЭ-10П, Пермутит Q, а также волокнистых сорбентов, на основе полиакрилонитрила, содержащего аминогруппы и группы тиоксина и пиразола.  Во втором случае,  присутствие в растворе до 0,5М хлорида, сульфата, нитрата или карбоната натрия не влияет на степень извлечения тяжелых металлов, в том числе кадмия. 

6. Ионообменная очистка сточных вод от хрома

Соединения хрома относятся к числу наиболее токсичных компонентов загрязнения. При этом наиболее токсичны соединения шестивалентного хрома. В зависимости от рН среды Сr (VI) находится в водной среде либо в форме иона CrO₄^2- (щелочные растворы), либо иона  Cr₂O₇^2- (кислые растворы). После восстановления хрома (VI) реагентными методами до трехвалентного состояния, возникает проблема очистки стоков от Cr³⁺. Трехвалентный хром обладает достаточно слабой комплексообразующей способностью, поэтому возможно его присутствие в растворах лишь с SCN^- и F^- ионами.

Исходя из образующихся объемов стоков после промывных операций травления и подготовки поверхности, а также токсичности этих стоков, наиболее актуальны вопросы очистки растворов от Cr(VI). Здесь широко применяются как высокоосновные аниониты - АВ-17, АВ-16, АВ-28 , так и низкоосновные - АН-2Ф, АН-18, АН-31, ЭДЭ-10П.

Ю. Ю. Лурье и П. С. Антипова рекомендовали для извлечения шестивалентного хрома из растворов с содержанием 190-250мг/л Cr⁶⁺ слабоосновной анионит АН-18 в Cl-форме.

М. А. Штерн и Г. Н. Горелик  установили, что ПДОЕ анионита АВ-17 по CrO₄^2- составила  2,1 мг-экв/мл. Элюирование поглощенных ионов рекомендовано проводить сначала раствором NaOH (30 г/л), а затем раствором поваренной соли (150 г/л). Ими же было отмечено, что из насыщенных хромом анионитов АН-2Ф, ЭДЭ-10П, АВ-16, хромат- ионы полностью извлекаются.

В работе  отмечается, что лучшими по емкости и химической устойчивости для поглощения шестивалентного хрома из кислой среды с исходной концентрацией 0,03-0,1 мг/л являются аниониты АВ-17х8 и АН-28. При этом обменная емкость по бихромат - иону составила 130 мг/г для АВ-17 и 116 мг/г для АВ-28. Емкость ионитов в солевой форме выше, чем в гидроксильной, а предварительное катионирование стоков увеличивает емкость по хрому. Отмечено также, что лучшими кинетическими свойствами обладает анионит АВ-28.

Практически такие же результаты сообщают другие авторы: обменная емкость для анионита АВ-17 в  Cl - форме достигает 12% от массы смолы, а для АВ-28 - 13%. Извлечение хрома (VI) из этих смол приближается к 100%.  В этой же статье отмечено окислительное действие бихромат - ионов на целый ряд низкоосновных анионитов, в том числе ЭДЭ-10П и АН-3. Исследование проведенные в ЦНИИолово, показали, что наиболее эффективно  Cr(VI) из сточных вод также сорбируется ионитом АВ-17 в Cl-форме - 151 мг/л. В 15% растворе  NaOH десорбция  составляла около 86%.

По рекомендациям ВНИИ водгео при очистке от хроматов сточных вод, содержащих от 15 до 850 мг/л  CrO₃,  необходимо использовать  установки, состоящие из катионитовых и анионитовых фильтров. В качестве анионита предложено использовать АВ-17 (обменная емкость до 17% по массе) при скорости фильтрации 5-10 м/час. Регенерацию рекомендовано  проводить смесью 2% раствора NaOH  и 6% NaCl  со скорость. 0,25 м/час. Извлечение хрома составляет 91-96% от сорбированного количества.

При удалении хроматов из сточных вод с содержанием 30 мг/л при рН = 6, обменная емкость анионита Дауэкс-SBK  по хромат - иону составила 46 кг/м³ . При этом с увеличением кислотности среды обменная емкость снижалась.

При удалении из сточных вод Cr³⁺ лучшие результаты были получены при использовании отечественных катионитов КУ-2х8, КУ-2х20, а также КУ-21 и КБ-4Пх2. Емкость смолы Amberlit по трехвалентному хрому достигала 31 мг/г при сорбции из стоков сложного состава. Отмечена перспективность для этой цели ионообменных смол ВОНИТ КС-3 и ВОНИТ КС-34. В японском патенте для полного извлечения Cr³⁺ из стоков, растворы последовательно пропускали через пористый материал, слабокислый катионит, слабоосновной и сильноосновной анионит. 

7.  Комплексная ионообменная очистка сточных вод от тяжелых металлов

При очистке сточных вод сложного состава, содержащих ряд тяжелых металлов: медь, цинк, железо, хром, свинец, в литературе предлагаются как методы их совместного извлечения, так и приемы постадийной очистки от одного или нескольких металлов. При этом предлагаются решения по разделению металлов на стадии десорбции.

Для непрерывного концентрирования тяжелых металлов рекомендуется применять ионообменник Хелекс-100 для Ni, Zn, Cu, Cd, а для  Cr, Zn, Fe, Cu, Pb  - сорбент 8HQ-CPG.

Окисленные угли типа КАУ в зависимости от преимущественного содержания в них карбоксильных или фенольных групп связывают ионы тяжелых металлов в соответствии со следующими рядами селективности:

Pb> Cd>> Cu> Ni> Co> Zn
Pb>> Cd >Co>Ni> Zn>Cu

Следует отметить относительно невысокие емкости окисленных углей по этим металлам: 0,7-1,0 мг-экв/г.

В качестве перспективных сорбентов тяжелых металлов из сточных вод гальванического производства могут быть перспективны также торф, природные цеолиты: клиноптилолит и содержащие его породы, гейландит, а также активированный алюмосиликатный адсорбент, композиционные сорбенты на основе гидратированного диоксида циркония и диоксида марганца, хелатообразующие сорбенты.  Применение указанных ионитов дает различные практические результаты. Как правило, емкость природных и неорганических сорбентов ниже ионообменных смол, но они в ряде случаев значительно превосходят их в селективности. Установлены ряды селективности на клиноптилолите и гейландите, имеющие соответственно вид:

Pb²⁺ > Cd²⁺ > Zn²⁺ > Co²⁺ > Cu²⁺ > Ni²⁺ > Cr²⁺
Mn²⁺ > Zn²⁺ > Cu²⁺ > Ni²⁺

Относительно высокие емкости по тяжелым металлам, превышающие в ряде случаев 2,0-2,5 мг-экв/г, авторы работ отмечают при извлечении из сточных вод сложного состава композиционными сорбентами, являющиеся, судя по всему, наиболее перспективными ионообменными материалами в технологии очистки стоков.

Известно большое количество примеров внедрения ионообменных технологий для очистки сточных вод от тяжелых металлов на предприятиях различного профиля. Так,  схема ионообменной очистки гальваностоков,  разработанная Малкиным В. П. и др., позволяет получать концентрированный раствор  CuSO₄ и умягченную воду для нужд производства.

На заводе «Ижмаш» комплексная ионообменная установка обеспечивает местную очистку от Cr(VI), Cu, Ni, Zn  и очистку кислотно - щелочных вод объемом до 1000 м³/час.

Канадской фирмой «Есо-Тес» для гальванических производств выпускаются ионообменные установки, в состав которых входят как катионнообменные, так и анионообменные фильтры, позволяющие одновременно выделять медь, никель и хром с получением полностью обессоленной воды.

В связи с усилением требований, предъявляемых в Японии к составу очищенных сточных вод гальванических производств, значительно возросло количество  ионообменных производственных установок с возвратом очищенной воды в производство.

На одном из предприятий в Монреале (Канада), производящем гальванические покрытия для автомобилей, продолжительное время работает сорбционная установка для извлечения Cu, Ni и Cr с хорошими экономическими показателями.

Хорошо зарекомендовали себя модульные (кассетные) установки ионообменной очистки фирмы «Дорье» (Германия) для извлечения  Ni, Cu, Cd, Cr и других металлов из гальваностоков.