Wpływ zjawiska pęcznienia na pomiar dawki żywicy jonowymiennej MIEX®

Mołczan, M.

Artykuł - szczegóły

Tytuł artykułu

Wpływ zjawiska pęcznienia na pomiar dawki żywicy jonowymiennej MIEX®

Autorzy

Mołczan M.

Treść / Zawartość

Pełne teksty:

Pobierz

Identyfikatory

Warianty tytułu

Influence of swelling phenomenon on MIEX® ion exchange resin dose accuracy

Języki publikacji

Abstrakty

Pęcznienie żywic jonowymiennych uwarunkowane jest solwatacją grup funkcyjnych oraz dążeniem do równowagi wewnętrznego i zewnętrznego roztworu jonowego, co prowadzi do zmian objętości zajmowanej przez określoną porcję jonitu. Czas sedymentacji świeżej żywicy proszkowej MIEX^® w wodzie zdemineralizowanej oceniono w badaniach na około 5 min, dlatego w krótszym czasie bezwzględnie nie powinno się dokonywać pomiarów dawki jonitu. Wykazano, że rodzaj roztworu użytego do przygotowania suspensji żywicy wpływa na objętość jonitu na skutek jego zróżnicowanego pęcznienia. Stwierdzono 3,5% wzrost objętości porcji żywicy po zamianie wody zdemineralizowanej na roztwór modelowy zawierający kompozycję organicznych i nieorganicznych składników rozpuszczonych. Z tego względu jedyną możliwością uzyskania stałego odniesienia przy pomiarze dawki (zwłaszcza w aspekcie porównywania wyników różnych badań) jest posługiwanie się suspensją żywicy w wodzie zdemineralizowanej. Postępujące wysycanie żywicy wpływało na zmianę objętości zajmowanej przez określoną porcję jonitu. Rosnące pęcznienie żywicy obserwowano aż do obciążenia jonitu odpowiadającego krotności wymiany 400 cm³/cm³, po czym ulegało ono stabilizacji. Wówczas wzrost objętości porcji jonitu wyniósł 15% w stosunku do pomiaru zawartości świeżej żywicy w wodzie zdemineralizowanej oraz około 11% w stosunku do pomiaru dokonanego w roztworze modelowym zawierającym naturalne substancje organiczne. Maksymalne pęcznienie stwierdzono przy stosunkowo małym obciążeniu jonitu, dlatego należy oczekiwać, że stopień spęcznienia żywicy pracującej w typowo obciążonym reaktorze będzie stały. Wpływ procesu pęcznienia na odmierzane dawki żywicy świeżej oraz odpowiadające im zawartości żywicy wysyconej powinny być brane pod uwagę zarówno w badaniach, jak i podczas eksploatacji procesu wymiany jonowej z użyciem żywic proszkowych.

Swelling of ion exchange resins depends on solvation of functional groups and tendency to reach equilibrium between internal and external ionic solutions. These phenomena lead to changes in volume of an ionite portion. Sedimentation time of a fresh MIEX^® powdered resin in demineralized water was experimentally estimated at approximately 5 min. Therefore, any shorter time should definitely not be used for the ionite dose measurements. It has been proven that solution type used to prepare the resin suspension affects the ionite volume as a result of variations in its swelling. 3.5% increase in resin volume was determined after switching from demineralized water to model solution containing composition of dissolved organic and inorganic constituents. Therefore, in order to obtain a fixed reference value only resin suspension in demineralized water should be applied when calculating a dose (especially, when comparing different study results). Progressing resin saturation resulted in change in the volume of a certain ionite portion. Swelling increase was being observed until ionite load corresponding to the bed volume of 400 cm³/cm³ was reached, and then it stabilized. At that point an increase in the ionite volume was 15% when compared to the value for the fresh resin in demineralized water and about 11% when compared to the initial resin volume in the model solution containing natural organic substances. The maximum swelling was reported at the relatively small ionite load, therefore the degree of swelling of a resin working in a typically loaded reactor is expected to be constant. The impact of swelling on the measured doses of fresh resin and on the corresponding amounts of saturated resin should be considered not only in experiments but also while exploiting powdered resins in the ion exchange process.

Słowa kluczowe

oczyszczanie wody wymiana jonowa pęcznienie usuwanie substancji organicznych

water treatment ion exchange swelling NOM removal

Wydawca

Polskie Zrzeszenie Inżynierów i Techników Sanitarnych, Oddział Dolnośląski

Czasopismo

Ochrona Środowiska

Rocznik

2013

Tom

Vol. 35, nr 2

Strony

9--13

Opis fizyczny

Bibliogr. 34 poz., tab., wykr.

Twórcy

autor

Mołczan M.

marek.molczan@pwr.wroc.pl

Politechnika Wrocławska, Wydział Inżynierii Środowiska, Zakład Technologii Oczyszczania Wody i Ścieków, Wybrzeże Stanisława Wyspiańskiego 27, 50–370 Wrocław

Bibliografia

1. J.N. APPLE, T.H. BOYER: Combined ion exchange treatment for removal of dissolved organic matter and hardness. Water Research 2010, Vol. 44, No. 8, pp. 2419–2430.
2. B. BOLTO, D. DIXON, R. ELDRIDGE, S. KING, K. LINGE: Removal of natural organic matter by ion exchange. Water Research 2002, Vol. 36, No. 20, pp. 5057–5065.
3. T.H. BOYER, P.C. SINGER: Stoichiometry of removal of natural organic matter by ion exchange. Environmental Science & Technology 2008, Vol. 42, No. 2, pp. 608–613.
4. T.H. BOYER, P.C. SINGER, G.R. AIKEN: Removal of dissolved organic matter by anion exchange: Effect of dissolved organic matter properties. Environmental Science & Technology 2008, Vol. 42, No. 19, pp. 7431–7437.
5. Y.H. CHOI, J.H. KWEON, Y.M. JEONG, S. KWON, H.S. KIM: Effects of magnetic ion-exchange resin addition during coagulation on floc properties and membrane filtration. Water Environment Research 2010, Vol. 82, No. 3, pp. 259–266.
6. E.R. CORNELISSEN, N. MOREAU, W.G. SIEGERS, A.J. ABRAHAMSE, L.C. RIETVELD, A. GREFTE, M. DIGNUM, G. AMY, L.P. WESSELS: Selection of anionic exchange resins for removal of natural organic matter (NOM) fractions. Water Research 2008, Vol. 42, No. 1–2, pp. 413–423.
7. J.P. CROUE, D. VIOLLEAU, C. BODAIRE, B. LEGUBE: Removal of hydrophobic and hydrophilic constituents by anion exchange resin. Water Science & Technology 1999, Vol. 40, No. 9, pp. 207–214.
8. M. DRIKAS, M. DIXON, J. MORRAN: Long term case study of MIEX pre-treatment in drinking water; understanding NOM removal. Water Research 2011, Vol. 45, No. 4, pp. 1539–1548.
9. P.C. SINGER, T.H. BOYER, A. HOLMQUIST, J. MORRAN, M. BOURKE: Integrated analysis of NOM removal by magnetic ion exchange. Journal American Water Works Association 2009, Vol. 101, No. 1, pp. 65–73.
10. M. MOŁCZAN, A.M. KARPIŃSKA-PORTELA: Ocena teoretycznych i praktycznych możliwości usuwania substancji organicznych z wody w procesie magnetycznej wymiany anionowej. Ochrona Środowiska 2009, vol. 31, nr 1, ss. 31–36.
11. M. MOŁCZAN, A. KARPIŃSKA: Wpływ układu oczyszczania wody na zakres stosowalności procesu MIEX®DOC. Ochrona Środowiska 2007, vol. 29, nr 1, ss. 11–17.
12. A.M. KARPIŃSKA, R.A.R. BOAVENTURA, V.J.P. VILAR, A. BIŁYK, M. MOŁCZAN: Applicability of MIEX®DOC process for organics removal from NOM laden water. Environmental Science & Pollution Research 2013, Vol. 20, No. 6, pp. 3890–3899.
13. P.A. NEALE, A.I. SCHÄFER: Magnetic ion exchange: Is there potential for international development? Desalination 2009, Vol. 248, No. 1–3, pp. 160–168.
14. M. KABSCH-KORBUTOWICZ: Zastosowanie procesu wymiany jonowej do usuwania naturalnych substancji organicznych z wody. Ochrona Środowiska 2013, vol. 35, nr 1, ss. 1–8.
15. L. DING, X. LU, H. DENG, X. ZHANG: Adsorptive removal of 2,4-dichlorophenoxyacetic acid (2,4-D) from aqueous solutions using MIEX resin. Industrial & Engineering Chemistry Research 2012, Vol. 51, No. 34, pp. 11226–11235.
16. L. DING, C. WU, H. DENG, X. ZHANG: Adsorptive characteristics of phosphate from aqueous solutions by MIEX resin. Journal of Colloid and Interface Science 2012, Vol. 376, No. 1, pp. 224–232.
17. L. DING, C. WU, H. DENG, C. WU, X. HAN: Affecting factors, equilibrium, kinetics and thermodynamics of bromide removal from aqueous solutions by MIEX resin. Chemical Engineering Journal 2012, Vol. 181–182, pp. 360–370.
18. S. QI, L.C. SCHIDERMAN, T.H. BOYER: Determining minimum ion exchange resin usage for NOM removal. Journal of Environmental Engineering 2012, Vol. 138, No. 10, pp. 1058–1066.
19. M. MOŁCZAN: Wpływ warunków mieszania na kinetykę usuwania substancji organicznych z wody w procesie magnetycznej wymiany anionowej. Ochrona Środowiska 2012, vol. 34, nr 1, ss. 9–16.
20. T.H. BOYER, C.T. MILLER, P.C. SINGER: Modeling the removal of dissolved organic carbon by ion exchange in a completely mixed flow reactor. Water Research 2008, Vol. 42, No. 8–9, pp. 1897–1906.
21. M. RAJCA: The influence of selected factors on the removal of anionic contaminants from water by means of ion exchange MIEX®DOC process. Archives of Environmental Protection 2012, No. 1, pp. 115–121.
22. M.R.D. MERGEN, B.J. ADAMS, G.M. VERO, T.A. PRICE, S.A. PARSONS, B. JEFFERSON, P. JARVIS: Characterization of natural organic matter (NOM) removed by magnetic ion exchange resin (MIEX® resin). Water Science and Technology: Water Supply 2009, Vol. 9, No. 2, pp. 199–205.
23. M. MOŁCZAN: Opis i interpretacja wyników testu kinetycznego procesu MIEX®DOC. Ochrona Środowiska 2007, Vol. 29, nr 1, ss. 45–48.
24. W. CHEN, Y. LIU, C. LIU: Preparation and use of magnetic poly(glycidyl methacrylate) resin in drinking water treatment. Journal of Applied Polymer Science 2013 (DOI: 10.1002/app.39117).
25. A. GIERAK: Analiza jonów nieorganicznych w wodzie metodą chromatografii jonowej. Ochrona Środowiska 1997, vol. 19, nr 2, ss. 19–27.
26. M. KAMIŃSKI: Chromatografia cieczowa. Chromatografia jonowymienna i jonowa (rozdz. 6). Centrum Doskonałości Analityki i Monitoringu Środowiskowego, Gdańsk 2004.
27. J.P. CHEN, L. YANG, W.-J. NG, L.K. WANG, S.-L. THONG: Handbook of Environmental Engineering. Vol. 4: Advanced Physicochemical Treatment Processes: Ion Exchange (chapter 8). The Humana Press Inc., Totowa, NJ 2006.
28. R.E. ANDERSON: Ion-exchange separation. In: P.A. SCHWEITZER [Ed.]: Handbook of Separation Techniques for Chemical Engineers, 3rd ed., McGraw-Hill, New York 1996.
29. D.A. CLIFFORD: Ion exchange and inorganic adsorption. In: D. LETTERMAN [Ed.]: Water Quality and Treatment, 5th ed., McGraw-Hill, New York 1999.
30. D.A. CLIFFORD: Ion exchange and inorganic adsorption. In: F.W. PONTIUS [Ed.]: Water Quality and Treatment, 4th ed., McGraw-Hill, New York 1990.
31. M. SLUNJSKI, K. CADEE, J. TATTERSALL: MIEX® resin water treatment process. Proc. ‘Aquatech’, Amsterdam 2000 (www.miexresin.com/files/publishedPapers/AquatechNL 2000.pdf).
32. M.J. SEMMENS, M. BURCKHARDT, D. SCHULER, P. DAVICH, M. SLUNJSKI, M. BOURKE, H. NGUYEN: An evaluation of magnetic ion exchange (MIEX®) for NOM removal. Proc. ‘AWWA Annual Conference’, Denver 2000 (www.miexresin.com/files/publishedPapers/SPRWS_AWWA_Paper_2000.pdf).
33. MIEX®DOC Resin Process. Evaluation Procedure. Revision 2. Orica Watercare, 2005.
34. T.H. BOYER, P.C. SINGER: A pilot-scale evaluation of magnetic ion exchange treatment for removal of natural organic material and inorganic anions. Water Research 2006, Vol. 40, No. 15, pp. 2865–2876.

Typ dokumentu

Bibliografia

Identyfikator YADDA

bwmeta1.element.baztech-03b4327a-69f9-47dd-b7af-baf42953aef4