Адсорбция очистка сточных вод

Адсорбция очистка сточных вод

Адсорбционные методы применяются для очистки сточных вод от растворенных органических веществ после биохимической очистки, а также в локальных установках, если концентрация этих веществ в воде невелика и они биохимически не разлагаются или являются сильнотоксичными. Применение локальных установок целесообразно, если вещество хорошо адсорбируется при не­большом-удельном расходе адсорбента.

Сущность метода. Адсорбция — это процесс поглощения вещества из раствора поверхностью твердого тела (адсорбента). Адсорбция может быть физическая и химическая (хемосорбция). При физической адсорбции взаимодействие между адсорбентом и сорбируемым веществом осуществляется за счет сил межмолеку­лярного взаимодействия (сил Ван-дер-Ваальса). При физической адсорбции возможен обратный процесс — десорбции. При хемо- сорбции происходит химическое взаимодействие между сорбентом и сорбируемым веществом.

Процесс адсорбции складывается из трех стадий: перенос вещества из раствора к поверхности зерен адсорбента (внешне- диффузионная область), перенос вещества внутри зерен адсор­бента (внутридиффузионная область).

Адсорбционная очистка вод может быть регенеративной, то есть с извлечением вещества из адсорбента и его утилизацией, и деструктивной, при которой извлеченные из сточных вод вещества уничтожаются вместе с адсорбентом. Эффективность адсорбцион­ной очистки достигает 80-95% и зависит от химической природы ад­сорбента, величины адсорбционной поверхности и ее доступности, от химического строения вещества и его состояния в растворе.

Адсорбцию используют для обезвреживания сточных вод от фенолов, гербицидов, пестицидов, ароматических нитросоедине- ний, ПАВ, красителей и др. Достоинством метода является высо­кая эффективность, возможность очистки сточных вод, содержа­щих несколько веществ, а также рекуперации этих веществ.

Адсорбенты. В качестве сорбентов используют активные угли, синтетические оорбент-м-некоторые отходы производства- (золу, шлаки, опилки и др.). Минеральные сорбенты — глины, сили- кагели, алюмогели и гидроксиды металлов для адсорбции различ­ных веществ из сточных вод используют мало, так как энергия взаимодействия их с молекулами воды велика — иногда превышает энергию адсорбции. Наиболее универсальными из адсорбентов являются активные угли, однако, они должны обладать опреде­ленными свойствами.

Активные угли должны слабо взаимодействовать с молеку­лами воды и хорошо — с органическими веществами. При малом времени контакта с водой они должны иметь высокую адсорбцион­ную емкость, высокую селективность и малую удерживающую спо­собность при регенерации.

Адсорбционная способность активных углей является след­ствием сильно развитой поверхности и пористости. Угли должны обладать малой каталитической активностью по отношению к ре­акциям окисления, конденсации и др., так как некоторые органиче­ские вещества, находящиеся в сточных водах, способны окислять­ся в присутствии катализатора. Они должны иметь низкую стои­мость, не уменьшать адсорбционную емкость после регенерации и обеспечивать большое число циклов работы.

Скорость процесса адсорбции зависит от концентрации, при­роды и структуры растворенных веществ, температуры воды, вида и свойств адсорбента. В общем случае процесс адсорбции скла­дывается из трех стадий: переноса вещества из сточной воды к поверхности зерен адсорбента (внешнедиффузионная область), собственно адсорбционный процесс, перенос вещества внутри зе­рен адсорбента (внутридиффузионная область).

Адсорберы. Применяются адсорберы различных типов (рис. 5.1). В цилиндрическом одноярусном адсорбере (рис. 5.1, а) активный уголь через воронку по трубе непрерывно поступает под распределительную решетку, диаметр отверстий которой ра­вен 5-10 мм. Сточная вода захватывает зерна адсорбента и про­ходит вместе с ними через отверстия решетки. Над решеткой об­разуется псевдоожиженный слой, в котором идет процесс очист­ки. Избыток угля поступает в сборник и далее на регенерацию. Очищенную воду отводят через желоба в верхней части колонны. Уносимые частицы угля попадают в тот же сборник.

В одноярусном адсорбере с выносным смесителем (рис. 5.1, б) уголь поступает в смеситель, снабженный лопастной мешалкой, совершающей 40-60 об/мин. Туда же подают сточную воду. Из смесителя суспензию угля с водой Песковым насосом перекачива­ют в адсорбционную колонну.

Рис. 5.1. Схемы адсорберов: а — цилиндрический одноярусный: 1 — колонна; 2 — воронка;

3 — труба; 4 — решетка; 5 — сборник; б — одноярусный с выносным смесителем: 1 — смеситель;

2- насос; 3 — колонна; 4 — сборник; в — трехярусный: 1 — колонна; 2 — решетка; 3 — трубка для перемещения абсорбента; 4 — сборник

Адсорбер может представлять собой бак, внутри которого имеется усеченная пирамида квадратного сечения. Суспензию уг­ля с водой подают внутрь пирамиды, где возникает псевдоожи- женный слой. Избыток угля оседает в пространстве меяеду стенка­ми бака.

Более сложную конструкцию представляет собой трехъярус­ный адсорбер с переливными трубками (см. рис. 5.1, в). Псевдо- ожиженный слой возникает над тарелками (типа колпачковых). Ярусы соединены между собой коническими трубками. Широкая часть трубок выступает над тарелкой на высоту, соответствующую верхней границе псевдоожиженного слоя, а узкий конец трубок по­гружен в нижний псевдоожиженный слой. Сверху в колонну подают 15-20%-ю угольную суспензию, а снизу — сточную воду. Избыток угля отводят в сборник.

Адсорбционные установки. Процесс адсорбционной очи­стки сточной воды ведут при интенсивном перемешивании адсор­бента с водой, при фильтровании воды через слой адсорбента или в псевдоожиженном слое на установках периодического и непре­рывного действия. При смешивании адсорбента с водой использу­ют активный уголь в виде частиц 0,1 мм и меньше.

Процесс прово­дят в одну или несколько ступеней (рис. 5.2).

Статическая одноступенчатая адсорбция нашла применение в тех случаях, когда адсорбент очень дешев или является отходом производства. Более эффективно (при меньшем расходе адсор­бента) процесс протекает при использовании многоступенчатой установки. При этом в первую ступень вводят столько адсорбента, сколько необходимо для снижения концентрации загрязнений от сн до сц затем адсорбент отделяют отстаиванием или фильтровани­ем, а сточную воду направляют во вторую ступень, куда вводят свежий адсорбент.

В динамических условиях процесс очистки проводят при фильтровании сточной воды через слой адсорбента. Скорость фильтрования зависит от концентрации растворенных веществ и колеблется от 2-4 до 5-6 м 3 /(м 2 -ч). Вода в колонне движется снизу вверх, заполняя все сечение. Адсорбент применяют в виде частиц размером в пределах 1,5-5 мм. При более мелких зернах возрас­тает сопротивление фильтрованию жидкости. Уголь укладывают на слой гравия, расположенного на решетке. Во избежание забив­ки адсорбента сточная вода не должна содержать твердых взве­шенных примесей.

В одной колонне при неподвижном слое угля процесс очист­ки ведут периодически до проскока, а затем адсорбент выгружают и регенерируют. При непрерывном процессе используют несколько колонн (рис. 5.2, в). По такой схеме две колонны работают после­довательно, а третья отключена на регенерацию. При проскоке в средней колонне на регенерацию отключают первую колонну.

В момент проскока в колонне появляется слой адсорбента высотой L, который не работает. Этот слой называют «мертвым» слоем. Если одновременно выводить из колонны «мертвый» слой и вводить в нее такой же слой свежего адсорбента, то колонна бу­дет работать непрерывно. Для подачи адсорбента имеются специ­альные дозаторы.

Для регенерации углей может быть использована и экстрак­ция (жидкофазная десорбция) органическими низкокипящими и легко перегоняющимися с водяным паром растворителями. При регенерации органическими растворителями (метанолом, бензо­лом, толуолом, дихлорэтаном и др.) процесс проводят при нагре­ вании или без нагревания. По окончании-десорбции остатки рас­творителей из угля удаляют острым паром или инертным газом. Для десорбции адсорбированных слабых органических электроли­тов их переводят в диссоциированную форму. При этом ионы пе­реходят в раствор, заключенный в порах утя, откуда их вымывают горячей водой, раствором кислот (для удаления органических ос­нований) или раствором щелочей (для удаления кислот).

рисунок 5.2 схема адсорбционных установок:

а – с последовательным введением адсорбента. 2 – отстойники. б с противоточном введением адсорбента. 1- сместители. 2отстойники. 3- приемнике адсорбента. 4- насосы. в – непрерывного действия. 1 – усреднитель. 2- насос. 2- фильтр. 4- S- колонны 7 – емкость.

Читайте также:  Как залить бетон в подвале

Дата добавления: 2016-03-25 ; просмотров: 4933 | Нарушение авторских прав

Адсорбционный метод применяют для глубокой очистки сточных вод от растворенных органических веществ после биохимической очистки, а также в локальных установках, если концентрация этих веществ в воде невелика и они биологически не разлагаются или являются сильнотоксичными.

Адсорбцию используют для обезвреживания сточных вод от фенолов, гербицидов, пестицидов, ароматических нитросоединений, ПАВ, красителей. Достоинство метода — высокая эффективность, возможность очистки сточных вод, содержащих несколько веществ, а также рекуперации этих веществ. Адсорбционная очистка сточных вод наиболее рациональна, если в них содержатся преимущественно ароматические соединения, неэлектролиты или слабые электролиты, красители, непредельные соединения или гидрофобные (например, содержащие хлор или нитрогруппы) алифатические соединения. При содержании в сточных водах только неорганических соединений, а также низших одноатомных спиртов этот метод не применим.

Адсорбционная очистка вод может быть регенеративной, т.е. с извлечением вещества из адсорбента и его утилизацией, и деструктивной, при которой извлеченные из сточных вод вещества уничтожаются вместе с адсорбентом. Адсорбционная очистка может применяться самостоятельно и совместно с биологической очисткой как метод предварительной и глубокой очистки. Преимуществами этого метода являются возможность адсорбции веществ многокомпонентных смесей и, кроме того, высокая эффективность очистки (80. 95%), особенно слабоконцентрированных сточных вод.

Адсорбция растворенных веществ — результат перехода молекулы растворенного вещества из раствора на поверхность твердого адсорбента под действием силового поля поверхности. При этом наблюдаются два вида межмолекулярного взаимодействия: молекул растворенного вещества с молекулами (или атомами) поверхности адсорбента и молекул растворенного вещества с молекулами воды в растворе (гидратация). Разность этих двух сил межмолекулярного взаимодействия и есть та сила, с которой удерживается извлеченное из раствора вещество на поверхности адсорбента. Чем больше энергия гидратации молекул растворенного вещества, тем большее противодействие испытывают эти молекулы при переходе на поверхность адсорбента и тем слабее адсорбируется вещество из раствора.

Адсорбенты. В качестве адсорбентов применяют различные искусственные и природные пористые материалы: силикагели, алюмогели, активные глины, золу, шлаки, опилки, коксовую мелочь, торф и др. Эффективными адсорбентами являются активированные угли различных марок. Пористость этих углей составляет 60. 75%, а удельная площадь поверхности 400. 900 м 2 /г. Активированные угли должны обладать определенными свойствами: слабо взаимодействовать с молекулами воды и хорошо — с органическими веществами, быть относительно крупнопористыми, чтобы их поверхность была доступна для органических молекул. При малом времени контакта с водой они должны иметь высокую адсорбционную емкость, высокую селективность и малую удерживающую способность при регенерации. Угли должны быть прочными, быстро смачиваться водой, иметь определенный гранулометрический состав. В процессе очистки используют мелкозернистые адсорбенты с частицами размером 0,25. 0,5 мм и высокодисперсные угли с частицами размером менее 40 мкм.

Активность адсорбента характеризуется количеством поглощаемого вещества на единицу объема или массы сорбента (кг/м 3 , кг/кг).

Основы процесса жидкостной адсорбции. Процесс адсорбции может осуществляться в статических условиях (рис. 11.4, а), при которых частица жидкости не перемещается относительно частицы адсорбента, т.е. движется вместе с последней (аппараты с перемешивающими устройствами), а также в динамических условиях (рис. 11.4, б), при которых частица жидкости перемешается относительно адсорбента (фильтры, аппараты с псевдоожиженным слоем). В соответствии с этим различают статическую и динамическую активность адсорбента.

Р и с. 11.4. Процесс сорбции в статических (а) и динамических (б) условиях

Статическая активность адсорбента характеризуется максимальным количеством вещества, поглощенного единицей объема или массы адсорбента к моменту достижения равновесия при постоянных температуре жидкости и начальной концентрации вещества, динамическая активность адсорбента — максимальным количеством вещества, поглощенного единицей объема или массы адсорбента до момента появления адсорбируемого вещества, в фильтрате при пропуске сточной воды через слой адсорбента. Динамическая активность в промышленных адсорберах составляет 45. 90% статической.

Между количествами вещества, адсорбированного адсорбентом и оставшегося в растворе, в разбавленных растворах наступает равновесие, подчиняющееся закону распределения.

Одним из основных критериев оценки адсорбционных свойств адсорбента является изотерма адсорбции, которая аналитически описывается уравнениями Фрейндлиха или Ленгмюра. Вещества, хорошо адсорбируемые из водных растворов активными углями, имеют выпуклую изотерму адсорбции, а плохо адсорбирующиеся — вогнутую. Изотерму адсорбции вещества, находящегося в сточной воде, определяют опытным путем. Уравнение Ленгмюра после преобразования эмпирических коэффициентов и допущений, сделанных с учетом слабоконцентрированного раствора сточных вод, имеет вид

(11.20)

где а — удельная адсорбция, кг/кг; Кад— адсорбционная константа распределения адсорбата между адсорбентом и раствором, ее величина при прочих равных условиях зависит от температуры; Сравн — равновесная концентрация адсорбируемого вещества на адсорбенте, кг/кг.

Адсорбция — процесс обратимый, т.е. адсорбированное вещество (адсорбат) может переходить с адсорбента обратно в раствор. При прочих равных условиях скорости протекания прямого (сорбция) и обратного (десорбция) процессов пропорциональны концентрации вещества в растворе и на поверхности адсорбента. Поэтому в первые моменты адсорбции, т.е. при максимальной концентрации вещества в растворе, скорость адсорбции также максимальна. По мере повышения концентрации растворенного вещества на поверхности адсорбента увеличивается число адсорбированных молекул, переходящих обратно в раствор. С момента, когда количество адсорбируемых из раствора (в единицу времени) молекул становится равным количеству молекул, переходящих с поверхности сорбента в раствор, концентрация раствора становится постоянной; эта концентрация называется равновесной. Если после достижения адсорбционного равновесия несколько повысить концентрацию обрабатываемого раствора, то адсорбент сможет извлечь из него еще некоторое количество растворенного вещества. Однако нарушаемое таким образом равновесие будет восстанавливаться лишь до полного использования адсорбционной емкости (способности) данного адсорбента, после чего повышение концентрации вещества в растворе не изменяет величины адсорбции.

Кинетика адсорбции. Скорость процесса адсорбции зависит от концентрации, физико-химической природы и структуры растворенных веществ, температуры воды, вида и свойств адсорбента. В общем случае процесс адсорбции складывается из трех стадий: переноса вещества из сточной воды к поверхности зерен адсорбента (внешнедиффузионная область), собственно адсорбционный процесс, перенос вещества внутри зерен адсорбента (внутридиффузионная область). Лимитирующими стадиями процесса может быть внешняя или внутренняя диффузия, либо обе эти стадии.

Во внешнедиффузионной области скорость массопереноса определяется турбулентностью потока жидкости, которая зависит от скорости жидкости. Во внутридиффузионной области интенсивность массопереноса зависит от вида и размеров пор адсорбента, от форм и размера его зерен, размера молекул адсорбирующихся веществ, коэффициента массопроводности.

Оптимальный процесс адсорбции целесообразно проводить при интенсивных гидродинамических режимах, чтобы он лимитировался во внутридиффузионной области, сопротивление которой можно снизить, изменяя структуру адсорбента, уменьшая размеры зерна.

Процесс адсорбции в статических условиях (см. рис. 11.4, а) осуществляется путем интенсивного перемешивания обрабатываемой сточной воды с адсорбентом в течение определенного времени t и последующего отделения адсорбента от воды отстаиванием, фильтрованием и т.п. При последовательном введении новых порций адсорбента в очищаемую воду можно очистить ее от загрязняющих веществ до любой концентрации.

В основу расчета таких адсорбционных аппаратов с перемешивающими устройствами положено балансовое уравнение

(11.21)

где m — количество адсорбента, кг; Q — количество обрабатываемых сточных вод, м 3 .

Фильтры с неподвижным слоем адсорбента, работающие при динамических условиях адсорбции, применяют при регенеративной очистке сточных вод с целью утилизации выделенных относительно чистых продуктов.

При расчете насыпных фильтров время защитного их действия τз.д определяют по формуле

(11.22)

где kз.д — коэффициент защитного действия, определяемый экспериментально; Н — высота слоя адсорбента, м; τ — потеря времени защитного действия.

Коэффициент защитного действия равен:

(11.23)

где аравн — предельная насыщенность адсорбента, равновесная с концентрацией, кг/кг (устанавливается по экспериментальной изотерме адсорбции); ν — скорость фильтрования, м/ч; Сн — начальная концентрация вещества в сточной воде, кг/м 3 .

Читайте также:  Жареный хлеб польза и вред

При относительно высоком содержании в сточной воде мелко-диспергированных взвешенных частиц, заиливающих адсорбенты, а также в случае, если равновесие устанавливается медленно, рационально применять процесс с псевдоожиженным слоем адсорбента, протекающий в динамических условиях адсорбции. Псевдоожижение слоя наступает при повышении скорости потока сточной воды, проходящей снизу вверх, до такой величины, при которой зерна расширившегося слоя начинают интенсивно и беспорядочно перемещаться в объеме слоя, сохраняющего постоянную для данной скорости высоту. Важнейшим показателем работы установки с псевдоожиженным слоем адсорбента является относительная пористость

(11.24)

где Vc — объем частиц адсорбента, образующих псевдоожиженный слой; Vп.сл — объем псевдоожиженного слоя.

Регенерация адсорбента. Для извлечения адсорбированных веществ могут быть использованы следующие способы: экстрагирование органическим растворителем, изменение степени диссоциации слабого электролита в равновесном растворе, отгонка адсорбированного вещества с водяным паром, испарение адсорбированного вещества током инертного газообразного теплоносителя. В отдельных случаях осуществляют химические превращения адсорбированных веществ с последующей десорбцией.

Легколетучие органические вещества (бензол, нитробензол, толуол, этиловый спирт) десорбируют воздухом, инертными газами, перегретым паром. При этом температура воздуха должна быть 120. 140, перегретого пара — 200. 300, дымовых или инертных газов — 300. 500°С. В качестве десорбентов могут использоваться низ-кокипящие, легко перегоняющиеся с водяным паром органические растворители: бензол, бутилацетат, дихлорэтан, толуол и др. Процесс десорбции осуществляется при нагревании или на холоде, затем растворитель отгоняется из адсорбента острым водяным паром или другим теплоносителем. После десорбции пары конденсируют и вещество извлекают из конденсата.

При деструктивной очистке обычно применяют термические или окислительные методы.

АДСОРБЦИОННЫЕ МЕТОДЫ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД

Обсуждаются сорбционные и ионообменные методы очистки стоков, диапазон концентраций загрязнителей для адсорбционного способа. Обсуждаются ряд сорбентов. Процессы регенерации.

Ключевые слова: очистная система, очистные сооружения, сорбент, сорбция, очистка стоков , ионит, катионит, анионит, амфолит, сорбат, регенерация

Известно, что адсорбционные методы применяют в водоподготовке, в водоочистке для глубокой очистки сточных вод от растворенных органических веществ после биологической очистки, в локальных установках по очистке стоков, если концентрация этих веществ в воде невелика и они биологически не разлагаются или являются сильнотоксичными и в гидрометаллургии. Верхний предел применения сорбционных методов 1000 мг/л. Нижний предел применения 5 мг/л. Применение локальных установок считается целесообразным, если вещество хорошо адсорбируется при небольшом удельном расходе адсорбента, а концентрация загрязнителя приближается к верхнему пределу. Системы сорбционной доочистки работают при низких концентрациях загрязнителя (до 100 мг/л), высокой линейной скорости стока и высоких коэффициентах распределения сорбата в сорбенте по сравнению с раствором. Применяют сорбцию для обезвреживания сточных вод от фенолов, гербицидов, пестицидов, ароматических нитросоединений, ПАВ, красителей, тяжелых металлов и др. Достоинством метода является высокая эффективность, возможность очистки сточных вод содержащих ряд токсичных веществ, а также для извлечения и рекуперации этих веществ. На рынке есть самые разнообразные сорбенты. Адсорбционная очистка сточных вод может быть регенеративной, с извлечением вещества из адсорбента и его утилизацией. Она может быть деструктивной, при которой извлеченные из сточных вод вещества уничтожаются вместе с адсорбентом. Эффективность адсорбционной очистки стоков достигает 80-95% и зависит от химической природы адсорбента, величины адсорбционной поверхности и ее доступности, от химического строения вещества-загрязнителя и химической формы его нахождения в среде. Мы применяем преимущественно регенеративную сорбционную очистку стоков, с оригинальными методами регенерации и элюирующими средами.

Адсорбенты

В качестве сорбентов используют самые разные вещества: активные угли, синтетические сорбенты и некоторые отходы производства (золу, шлаки, опоки, опилки и др.). Минеральные сорбенты — глины, силикагели, алюмогели и гидроксиды металлов применяют для адсорбции различных веществ из сточных вод сравнительно редко, так как энергия взаимодействия их с молекулами воды велика и иногда превышает энергию адсорбции. Наиболее универсальными из адсорбентов являются активные угли, однако они должны обладать определенным комплексом свойств. Активные угли должны слабо взаимодействовать с молекулами воды и хорошо — с органическими веществами, быть относительно крупнопористыми (с эффективным радиусом адсорбционных пор в пределах 0,8-5,0 им, или 8-50 А), чтобы их поверхность была доступна для органических молекул. При малом времени контакта со сточной водой они должны иметь высокую адсорбционную емкость, высокую селективность и малую удерживающую способность при регенерации. При соблюдении последнего условия затраты на реагенты для регенерации угля будут небольшими. Угли должны быть механически прочными, быстро смачиваться стоком, иметь монодисперсный гранулометрический состав. В процессе очистки стоков используют мелкозернистые адсорбенты с частицами размером 0,25-0,5 мм и высокодисперсные угли с частицами размером менее 40 мкм. Угли должны обладать малой каталитической активностью по отношению к реакциям окисления, конденсации и др., так как некоторые органические вещества, находящиеся в сточных водах, способны окисляться и осмолятся при прохождении стока. Эти процессы ускоряются катализаторами. Осмелившиеся вещества забивают поры адсорбента, что затрудняет его низкотемпературную регенерацию. Наконец, они должны иметь низкую стоимость, не уменьшать адсорбционную емкость после регенерации и обеспечивать большое число циклов работы. Сырьем для активных углей может быть практически любой углеродсодержащий материал: уголь, древесина, полимеры, отходы пищевой, целлюлозно-бумажной и других отраслей промышленности. Адсорбционная способность активных углей является следствием сильно развитой поверхности и пористости. Карбохромы и карбопаки представляют собой гранулированные углеродные сорбенты. Они относятся к широкопористым материалам, их удельная поверхность от 10 до 100 м 2 /г (А.В.Киселев, Д.П.Пошкус, Я.И.Яшин Молекулярные основы адсорбционной хроматографии.-М.:Химия, 1980). Они обладают высокой сорбционной способностью, механически прочны, но настолько дороги, что применяются только в хроматографии. В очистке сточных вод до сих пор применяют угли, хотя созданы гораздо более эффективные материалы.

Основы процесса адсорбции

Вещества, хорошо адсорбируемые из сточных вод активными углями, имеют выпуклую изотерму адсорбции, а плохо адсорбирующиеся — вогнутую. Изотерму адсорбции вещества, находящегося в сточной воде, определяют опытным путем. Если в сточной воде присутствует несколько компонентов, то для определения возможности их совместной адсорбции для каждого вещества находят значение стандартной дифференциальной свободной энергии и определяют разность между максимальным и минимальным значением. Если разница больше некоторого критического значения, совместная адсорбция всех компонентов возможна. Если это условие не соблюдается, то очистку проводят последовательно в несколько ступеней. Скорость процесса адсорбции зависит от концентрации, природы и структуры растворенных в стоке веществ, температуры воды, вида и свойства адсорбента. В общем случае процесс адсорбции складывается из трех стадий: переноса вещества из сточной воды к поверхности зерен адсорбента (внешнедиффузионная область), собственно адсорбционный процесс, перенос вещества внутри зерен адсорбента (внутридиффузионная область). Принято считать, что скорость собственно адсорбции велика и не лимитирует общую скорость процесса. Следовательно, лимитирующей стадией может быть внешняя либо внутренняя диффузия. В некоторых случаях процесс лимитируется обеими этими стадиями. Во внешнедиффузионной области скорость массопереноса в основном определяется интенсивностью турбулентности потока, которая в первую очередь зависит от скорости жидкости. Во внутридиффузионной области интенсивность массопереноса зависит от вида и размеров пор адсорбента, от форм и размера его зерен, от размера молекул адсорбирующихся веществ, от коэффициента массопроводности. Учитывая все эти обстоятельства, определяют условия, при которых адсорбционная очистка сточных вод идет с оптимальной скоростью. Процесс целесообразно проводить при таких гидродинамических режимах, чтобы он лимитировался во внутридиффузионной области, сопротивление которой можно снизить, изменяя структуру адсорбента и уменьшая размеры зерна. Для ориентировочных расчетов рекомендуется принимать следующие значения скорости и диаметра зерна адсорбента: скорость 1,8 м/ч и размер частиц 2,5 мм. При значениях меньше указанных, процесс лимитируется по внешнедиффузионной области, при больших значениях — во внутридиффузионной.

Читайте также:  Детские книжки из ткани своими руками

Адсорбционные установки

Процесс адсорбционной очистки сточной воды ведут при интенсивном перемешивании адсорбента с водой, при фильтровании воды через слой адсорбента или в псевдоожиженном слое на установках периодического и непрерывного действия. При смешивании адсорбента со сточной водой используют активный уголь в виде частиц 0,1 мм и меньше. Процесс проводят в одну или несколько ступеней. Сверху подают 15-20%-ю угольную суспензию, а снизу сточную воду. Избыток угля отводят в сборник.

Мы производим и поставляем безнапорные сорбционные модули Альфа-7ХС, а также различные напорные фильтра. Безнапорные адсорберы имеют удобную верхнюю загрузку, что является преимуществом при сильной загрязненности стоков, когда нужно провести глубокую регенерацию сорбента.

Регенерация адсорбента

Важнейшей стадией процессаад­сорбционной очистки стока является регенерация активного угля. Адсорбированные вещества из угля извлекают десорбцией насыщенным или перегретым водяным паром либо нагретым инертным газом. Температура перегретого пара при этом (при избыточном давлении 0,3-0,6 МПа) равна 200-300 °С, а инертных: газов 120-140 °С. Расход пара при отгонке легколетучих веществ равен 2,5-3 кг на 1 кг отгоняемого вещества, для высококипящих в 12,5-30 кг. После десорбции пары конденсируют и вещество извлекают из конденсата. Для регенерации углей может быть использована и экстракция (жидкофазная десорбция) органическими низкокипящими и легко перегоняющимися с водяным паром растворителями. При регенерации органическими растворителями (метанолом, бензолом, толуолом, дихлорэтаном и др.) процесс проводят при нагревании или без нагревания. По окончании десорбции остатки растворителей из угля удаляют острым паром или инертным газом. Для десорбции адсорбированных слабых органических электролитов их переводят в диссоциированную форму. При этом ионы переходят в раствор, заключенный в порах угля, откуда их вымывают горячей водой, раствором кислот (для удаления органических оснований) или раствором щелочей (для удаления кислот). При этом за счет ионизации молекулы сорбата получают заряд и за счет этого десорбируются. В некоторых случаях перед регенерацией адсорбированное вещество путем химического превращения переводят в другое вещество, которое легче извлекается из адсорбента. В том случае, когда адсорбированные вещества не представляют ценности, проводят деструктивную регенерацию химическими реагентами (окислением хлором, озоном или термическим путем). Термическую регенерацию проводят в печах различной конструкции при температуре 700-800°С в бескислородной среде. Регенерацию ведут смесью продуктов горения газа или жидкого топлива и водяного пара. Она связана с потерей части углеродного сорбента (15-20%). Разрабатываются биологические методы регенерации углей, при которых адсорбированные вещества биохимически окисляются. Этот способ регенерации значительно удлиняет срок использования сорбента, но длителен и трудоемок.

Примеры адсорбционной очистки

Адсорбционная очистка сточных вод от нитропродуктов, содержание которых в воде находится в пределах 1400 мг/л, производят углями КАД до остаточного их содержания не более-20 мг/л. Уголь регенерируют растворителями (бензолом, метанолом, этанолом, метиленхлоридом). Растворитель и нитропродукты разделяют перегонкой. Остатки растворителя из угля удаляют острым паром. Для извлечения фенолов из сточных вод используют активные угли различных марок. Высокой поглотительной способностью обладают селективные сильнокарбонизированные малозольные угли с высокой пористой структурой, а также угли марок ИГП-90, КАД (йодный), БАУ, ОУ (сухой), АГ-3, АП-3. Степень извлечения фенолов этими углями изменяется от 50 до 99%. Сорбционная емкость уменьшается с повышением рН среды и при рН=9 составляет 10-15%. При концентрации фенолов до 0,5 г/л величина адсорбции соответствует экспонентной зависимостью. Регенерацию углей проводят термическим способом в многоподовых печах или печах с кипящим слоем при температуре 870-930 °С. При этом теряется 10-15% адсорбента. При регенерации углей растворителями (этиловым эфиром, бензолом, щелочью) регенерация достигает соответственно 85, 70 и 37%. Возможно удаление фенолов из углей и аммиачной водой.

В некоторых случаях очистку сточных вод от фенолов возможно проводить с применением таких сорбентов, как диатомиты, трепел, шлаки, кокс, торф, силикагель, кварцевый песок, керамзит, керамикулит и др. Однако адсорбционная емкость их мала. Для силикагеля она составляет 30%, а для полукокса всего 6%. Практически полной дефенолизации сточных вод добиваются, используя в качестве сорбента сульфат железа, модифицированный полиакриламидом и карбоксиметилцеллюлозой. Лигнин, пропитанный хлорным железом, способен сорбировать до 92% -фенола при концентрации последнего 3-9 мг/л. Активные угли в виде порошков применимы для удаления из воды хлорорганических пестицидов до их остаточной концентрации 10 -б мг/л. Наибольшую емкость имеют угли ОУ-А, КАД, БАУ, СКТ. Адсорбционная очистка сточных вод производства инсектицидных препаратов «Прима-7» и «Дихлофос» от токсичных компонентов до предельно допустимых концентраций достигается при удельном расходе угля АГ-3 -0,06 г/л и скорости фильтрования 2 м/ч. Для удаления небольших количеств ПАВ из сточных вод (не более 100—200 мг/л) используют адсорбционную очистку активными углями АГ-5 и БАУ, адсорбционная емкость которых по ОП-10 15%. Кроме того, можно применять активный антрацит (емкость — 2%) и природные сорбенты (торф, глины, бурые угли и др.), а также шлак и золу, сорбционная емкость которых зависит от рН среды. Например, анионные ПАВ сорбируются шлаком лучше всего в нейтральной среде. Наиболее эффективно процесс протекает в случае, если ПАВ находится в растворе в виде мицелл. Процесс очистки проводят в фильтрационных колонках с неподвижным слоем угля, пропуская воду снизу вверх со скоростью 2-6 м/с. Предварительно из воды должны быть удалены взвешенные вещества. Регенерацию углей проводят горячей водой, водными растворами кислот (для удаления катионообменных ПАВ) или щелочей (для удаления анионоактивных ПАВ), а также органическими жидкостями, растворяющими ПАВ. Для адсорбции ПАВ могут быть использованы осадки гидроксидов алюминия и железа, сульфиды меди и фосфаты кальция, которые образуются при добавлении в сточную воду коагулянтов. Свежевыделенные гидроксиды имеют крупнопористую структуру. Удельная поверхность их пор составляет 100-400 м 2 /г. При изучении процесса адсорбции ОП-7 гидроксидом алюминия установлено, что изотермы имеют сложную кривую, состоящую из трех участков. При увеличении рН сточной воды сорбция ОП-7 этим адсорбентом уменьшается. На адсорбцию также влияет содержание в сточной воде электролитов и масса сорбента. Введение в сточную воду полиакриламяда интенсифицирует процесс выпадения хлопьев гидроксидов и увеличивает их адсорбионную емкость. Преимущество углеродных сорбентов – сравнительно низкая стоимость. Недостаток их состоит в склонности к механическому разрушению, окисляемость. Угли плохо сорбируют полярные вещества. Гранулированные углеродные сорбенты имеют высокую стоимость. Низкая плотность и гидрофобность сильно осложняет укладку сорбента в слой, вследствие чего колонки с ними имеют низкое количество теоретических тарелок. В последние годы появились сорбенты, в которых сочетаются высокие сорбционные свойства, низкую стоимость, высокую плотность и способность сорбировать полярные вещества. В частности к ним относится сорбент ОДМ. Сорбент ОДМ — гранулированный фильтрующий материал терракотового цвета (светло-оранжевого) изготовленный из природного сырья, с содержанием основных компонентов: SiО2 до 84%; Fe 2 О 3 не более 3.2%; Al 2 О 3 , MgО, СаО — 8%. Токсичность водной вытяжки удовлетворяет санитарным требованиям.

Средняя насыпная масса, кг/м 3 : 680-720.

Удельная поверхность, м 2 /г: 120-180.

Полная сорбционная емкость, г/г: 1.3.

Условная механическая прочность, %: 0.85.

Общая пористость, %: 80.

Объем внутренних пор, см 3 /г: до 0.6.

Огнеупорность, оС: 1400.

Маслоемкость по нефтепродуктам, мг/г: 900.

Ионообменная емкость, мгэкв/г: до 1.2 по растворенным солям Cr, Ni и др. тяжелых металлов.

Ссылка на основную публикацию
Адаптер для black decker
Зарядное устройство BLACK+DECKER BDC2A-QW 18 В Зарядное устройство Black & Decker BDC2A, 18 В, 2 А. Аккумулятор для Black&Decker A12...
Svb 2400 садовый пылесос
Инструкции и файлы Файл Страниц Формат Размер Действие 2 pdf 114.3KB Чтобы ознакомиться с инструкцией выберите файл в списке, который...
Sy15p 101r как проверить
Неприхотливость и относительная физическая устойчивость позисторов позволяет их использовать в роли датчика для автостабилизирующихся систем, а также реализовать защиту от...
Адаптер для подкатного домкрата
Производитель: AE&T Артикул: 1220 Страна-изготовитель — Китай Вес нетто, кг/брутто — 14/15 кг Грузоподъемность — 2 т Длина — 690-1000...
Adblock detector