Храброва Е.А., Григорьева В.Н., Шудра Д.В., Гринь И.Г.

Севастопольский национальный университет ядерной энергии
и промышленности, Украина

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ИОНОВ АММОНИЯ НА РАБОТУ КАТИОНИТОВ

В настоящее время одной из основных проблем экологической защиты окружающей среды является очистка сточных вод промышленных предприятий, ставшая на сегодняшний день сложной и актуальной проблемой.

Целью проведения данной работы является исследование процесса поглощения аммиака, используемого на теплоэлектростанциях (ТЭС) для корректировки водно-химического режима (ВХР) и консервации котлов, различными катионитами, а так же их регенерация.

Основными объектами, к которым применяется понятие коррекция ВХР, являются ТЭС с барабанными и ТЭС с прямоточными котлами.

На ТЭС применяются ВХР:

- для барабанных котлов режим с вводом гидразина и аммиака в питательную воду и с вводом фосфатов в котловую воду,

- для барабанных котлов среднего давления ‒ щелочно-фосфатный режим;

- для прямоточных котлов нейтрально-кислородный режим с вводом в теплоноситель кислорода или других;

- для прямоточных котлов кислородно-аммиачный режим;

- полиаминные режимы ‒ эпураминный, хеламинный, акваминный;

- режим без ввода корректирующих реагентов.

При заполнении поверхностей нагрева котла защитным аммиачно-щелочным раствором обеспечивается устойчивость ранее образованной на поверхностях металла защитной пленки в течение длительного времени даже при попадании в котел кислорода.

Консервацию поверхностей нагрева котла заполнять щелочными растворами рекомендуется полностью и на весь период останова с последующей откачкой отработанных растворов на установку нейтрализации.

Аммиак и его ионы относятся к загрязнителям 4-го класса [1] и обладают негативным воздействием по отношению к различным объектам окружающей среды. Вода, выходящая из котлов, содержит в себе примеси аммиака, представленные катионами аммония NH₄⁺. На некоторых ТЭС установка нейтрализации отсутствует, а для утилизации жидких стоков, содержащих аммиак, образующихся при работе ТЭС, используется промежуточный бак для хранения таких отходов, т.к. наличие катионов аммония в воде превышает норму сброса в гидрографическую сеть (2 мл/л) [2]. Поэтому возникла необходимость удаления ионов аммония из стоков, с последующим возвратом очищенной воды в технологический процесс на хозяйственно-бытовые нужды.

В условиях лаборатории кафедры ХТ АЭС было проведено исследование скорости насыщения и наибольшей поглотительной способности по аммиаку наиболее часто применяемых на Украине катионообменных смол: DOWEX-MAC-3, Амберлайт 650C, DOWEX Marathon C, Амберджет 1500H, IRN-77,
КУ-2-8.

Для проведения исследования 30 мл сухого катионита готовили обычным способом: на сутки замачивались в пятикратном объеме 25%-го раствора NaCl, после пропускался 5%-ый раствор соляной кислоты до равных концентраций на выходе и входе колонки, после чего катионит промывался дистилированой водой до нейтральной среды. Для сорбции использовался модельный раствор, содержащий NH₄OH. Концентрация аммиака составляла С_н = 10,29 г/л. Отбор проб осуществлялся из каждых 25 мл пропущенного модельного раствора. Определение концентрации аммиака в растворе производилось по методике [2]. Пропускание модельного раствора осуществлялось до полного насыщения ионита (концентрация модельного раствора на входе равнялась концентрации на выходе). После проведения сорбции катиониты подвергались регенерации
10%-й соляной кислотой и промывались дистиллированной водой.

По итогам выполненного эксперимента были получены следующие результаты, представленные на рис.1

Рисунок 1 ‒ Сорбция иона аммония

Катионит КУ-2-8 полностью насытился при пропускании 240 мл модельного раствора, что соответствует 9,94 г/л аммиака , Maraton С насытился через 175 мл, что соответствовало 10,01 г/л, IRN77 насытился через 150 мл, это соответствовало 9,87 г/л аммиака, Амберлайт 650 ‒ через 125, концентрация аммиака составила 9,59 г/л, Амберджет 1500Н ‒ через 225 мл, концентрация аммиака ‒ 9,59 и Dowex-mac-3 ‒ через 275 мл, концентрация аммиака ‒ 9,10 г/л при скорости пропускания раствора 8 мл/мин, так же была проведена регенерация катионитов 10 %-ой соляной кислотой (рис. 2).

Рисунок 2 ‒ Регенерация катионитов

При совмещении всех графиков видно, что наилучшие результаты по качеству и скорости сорбции показали КУ-2-8 и Амберлайт 650. Кроме того, наибольшие затраты по регенерационным растворам показали Амберджет 1500Н и Maraton.

По итогам выполненной работы можно сделать следующие выводы:

1. Наибольшую обменную ёмкость к ионам аммония имеют катиониты КУ-2-8 и Амберлайт 650, а наименьшую по аммиаку в сравнении с ионами щелочных металлов имеет Dowex-mac-3. Этот факт можно использовать при очистке сточных вод от аммиака.

2. Наибольшие затраты на регенерацию требуют катиониты марки Амберджет 1500Н и Maraton.

3. Применение ионообменных смол позволяет полностью удалить аммиак из раствора, причём его поглощение является приоритетным среди других щелочных металлов, содержащихся в воде.

Предложенные исследования позволят отказаться от технологии нейтрализации и значительно уменьшить выход жидких отходов с ТЭС, что положительно скажется на экономических и экологических показателях предприятия.

Кроме того, появляется возможность сократить расход кислоты и воды для приготовления регенерационных растворов.

Литература

1. Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности: ГОСТ 12.1.007-76 ССБТ: 01.01.1976. ‒ [Действующий от 1976-10-03]. ‒ М.: Стандартинформ, 2007. ‒ 7 с. ‒ (Межгосударственный стандарт).

2. Методические указания. Нормы качества питательной воды и пара, организация водно-химического режима и химического контроля паровых стационарных котлов-утилизаторов и энерготехнологических котлов: РД 24.032.01-91. ‒ [Действующий от 1991-01-07]. ‒ М.: Министерство тяжелого машиностроения СССР, 1993. ‒ (Руководящий документ по стандартизации).