Хемосорбенты

Извлечение из воды солей жесткости с помощью хемосорбентов

В настоящее время очистку воды от солей жесткости (кальция и магния) осуществляют хемосорбентами, в составе которых содержатся группы, способные улавливать катионы Са²+ и Mg²+. Содержание этих ионов в питьевой воде, согласно СанПиН 2.1.4.559-96, не должно превышать 7 мг-экв/л, однако во многих регионах нашей страны, например в Татарстане, содержание солей жесткости в воде достигает 30 мг-экв/л и более. Поэтому в последние годы создаются устройства, позволяющие очищать воду с помощью фильтрующих материалов, обеспечивающих хемосорбцию этих солей.

В представленной статье приведены эксперимен­тальные данные по хемосорбции солей жесткости изводы гранулированным сорбентом «Леватит S-100» (Гер­мания), содержащим сульфокислотные группы и являю­щимся аналогом отечественного сорбента КУ-2-S; нетка­ным полотном из карбоксилсодержащего волокна ВИОН КН-1 и цеолитами. Статическая обменная емкость (СОЕ) указанных сорбентов равна 2.08; 4.18 и 0.65 ммоль/г со­ответственно. Однако в динамических условиях сорбционная способность определяется динамической обмен­ной емкостью (ДОЕ), которая, как известно, не явля­ется постоянной величиной, а зависит от скорости пото­ка, концентрации улавливаемых веществ в растворе и других факторов. При оптимальных технологических условиях сорбции ДОЕ составляет 70-75% от значения СОЕ. Поэтому применять для очистки воды природные цеолиты, имеющие низкую СОЕ, в отличие от синтети­ческих хемосорбентов, малоэффективно.

Было исследовано около двадцати источников воды с разной степенью жесткости. В табл.1 приведены дан­ные о сорбции катионов кальция и магния из воды с же­сткостью 16 мг-экв/л. Из таблицы следует, что чем боль­ше масса сорбента, тем лучше очищается вода до пре­дельно допустимого содержания в ней солей жесткости. Например, для очистки 10 л воды до содержания солей жесткости 7 мг-экв/л требуется 71 г волокнистого хемосорбента ВИОН КН-1, а 22.5 г этого же сорбента очища­ет воды в 2.2 раза меньше. При практически одинаковой массе сорбента объем умягченной воды, удовлетворяю­щей требованиям СанПиН 2.1.4.559-96, тем больше, чем выше СОЕ и удельная поверхность хемосорбционного материала (удельная поверхность волокнистых хемосор­бентов более 100 м!/г, а гранулированных - 10 мг/г). При пропускании первых порций воды объемом 2.5 л через волокнистый сорбент, имеющий большую удельную по­верхность, происходит быстрое поглощение солей, обусловливающих жесткость воды, в то же время сорбционная способность Леватита S-100 значительно ниже. Так, жесткость воды объемом 2.5 л уменьшается в 7 раз при использовании материала ВИОН КН-1 массой 22.5 г по сравнению с Леватитом S-100, имеющим большую мас­су - 28 г. При применении цеолита содержание солей жесткости превышает норму при пропускании воды бо­лее 1 л, поэтому умягчение воды с его помощью нецелесообразно.

_{Таблица 1. Зависимость хемосорбции солей жесткости от природы и массы сорбентов}

Обычно поставляемые на рынок устройства для умягчения воды с помощью гранулированных или во­локнистых сорбентов не подлежат регенерации. Авторы статьи несколько раз подвергали волокнистые сорбенты последовательной обработке растворами хлороводород­ной кислоты и гидрокарбоната натрия. После регенера­ции сорбенты промывали водой. Сорбционная способность волокнистого материала при этом сохраняется (табл. 2), что указывает на возможность многократного использования волокнистого хемосорбента для очистки воды не только от солей жесткости, но и от других вред­ных веществ, присутствующих в воде. Установлено, что волокнистый сорбент выдерживает 600-800 циклов регенерации.

Таблица 2. Влияние регенерации на сорбционную способность материала ВИОН КН-1

Для проверки сорбционных свойств материалов ВИОН и Леватит S-100 были проведены опыты, резуль­таты которых представлены в табл 3.

Таблица 3. Сорбционные свойства материалов ВИОН КН – 1 и Леватит S-100

Из табл. 3 видно, что ресурс фильтра определяется, как указывалось ранее, СОЕ и удельной поверхностью сорбента. Действительно, при одинаковой массе сорбента ресурс фильтра с материалом ВИОН КН-1 в два раза больше ресурса фильтра с Леватитом S-100. Однако СОЕ последнего вдвое ниже, поэтому объем воды, очищен­ной этим сорбционным материалом, должен быть рав­ным 566 л (если исходить только из значений СОЕ). Увеличение ресурса фильтра на 60 л связано, очевидно, с удельной поверхностью сорбента. При увеличении массы хемосорбента Леватит S-100 в 20 раз ресурс возрастает в такой же степени, но по сравнению с волокном ВИОН КН-1-лишь в 9 раз.

Следует отметить, что при увеличении массы материала, в данном случае Леватита S-100, возрастает со­противление потоку жидкости, что особенно важно при очистке промышленных стоков [3] и воды в теплосетях, а это требует дополнительных затрат энергии.

Таким образом, ресурс фильтра зависит от СОЕ сор­бента, его удельной поверхности и способности к реге­нерации.

Ф.В. Гафаров