Очистка сточных вод адсорбцией Сорбция - это процесс поглощения вещества из окружающей среды твердым телом или жидкостью. Адсорбция- поглощение на поверхности Адсорбционные методы широко применяются 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.
Достоинством метода является высокая эффективность, возможность очистки сточных вод, содержащих несколько веществ, а также рекуперации этих веществ. 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. Эффективность адсорбционной очистки достигает 80… 95 % и зависит от химического строения извлекаемого вещества и его состояния в растворе, от химической природы адсорбента
Скорость процесса адсорбции зависит от концентрации, физикохимической природы и структуры растворенных веществ, вида, свойств и количества адсорбента, температуры воды. В общем случае процесс адсорбции складывается из 3 -х стадий: 1. переноса вещества из сточной воды к поверхности зерен адсорбента (внешнедиффузионная область), 2. собственно адсорбционный процесс, 3. 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. Чем выше средняя скорость движения воды, тем выше скорость адсорбции. 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. Поэтому основные направления оптимизации процесса адсорбции- это интенсификация гидродинамических режимов и регулирование структуры адсорбента и его активной поверхности.
Адсорбенты- природные и искусственные пористые материалы: зола, коксовая мелочь, торф, кремнезем (аморфная двуокись кремния), силикагели ( алюможелезомагниевые силикаты), активные глины, цеолиты ( природные алюмосиликаты) и др. Требования к сорбентам : - достаточно сильное взаимодействие с органическими веществами, - слабое взаимодействие с молекулами воды, - высокая адсорбционная емкость при малом времени контакта с водой - высокая селективность, - малая удерживающая способность при регенерации, - высокая прочность, - быстрое смачивание водой, - соответствующий гранулометрический состав.
Характерной особенностью сорбентов является высокая пористость. В процессе очистки используют мелкозернистые адсорбенты с частицами размером 0, 25… 0, 5 мм и высокодисперсные угли с размером частиц менее 40 мкм. Новое направление- использование наносорбентов для очистки воды. Активность сорбента (сорбционная емкость) характеризуется количеством поглощаемого вещества на единицу объема или массы сорбента (кг/м 3, кг/кг).
Активные угли Пористость углей составляет 60 -75% Удельная площадь поверхности составляет до 400 -900 м 2/г. Адсорбционные свойства углей в значительной мере зависят от их микропористой структуры. В зависимости от преобладающего размера пор активные угли подразделяются на крупно- и мелкопористые и смешанного типа. По размерам пор выделяются следующие группы: • макропоры- 0. 1 - 2 мкм, • мезопоры (переходный размер): 0. 004 – 0. 1 мкм ( 4 -100 нм), • микропоры < 0. 004 мкм (<4 нм). .
Активные угли, выпускаемые отечественной промышленностью, обладают достаточно низкой сорбционной способностью по отношению к ПАВ, особенно, в области малых концентраций (например, емкость углей АГ-3, АГ-5 и БАУ составляет 1, 5 -20 мг/г). Вследствие низкой эффективности регенерации активных углей и их низкой адсорбционной емкости по ПАВ рекомендуется применять активные угли в качестве сорбентов для очистки сточных вод с концентрацией ПАВ не более 80 -100 мг/л. Наиболее целесообразно их применение для глубокой доочистки сточных вод при оборотном использовании очищенных сточных вод в технологических процессах Вещества с меньшими размерами частиц, например, такие как гидроксиды алюминия и железа, гораздо лучше заполняют поверхность абсорбции углей.
Регенерация сорбентов. Восстановление адсорбционной способности чаще применяют для дорогостоящих сорбентовгранулированных активных углей. Регенерация бывает регенеративной и деструктивной. Регенеративная регенерация углей, насыщенных ПАВ, осуществляется их промывкой низкокипящими органическими растворителями, этиловыми, бутиловыми, изобутиловыми спиртами и щелочами. При этом адсорбент никогда полностью не вымываетсяоколо 20% всегда необратимо удерживается в порах. И таким образом активность углей с каждым циклом уменьшается.
В тех случаях, когда адсорбируемые вещества не представляют утилитарной ценности или затраты на их утилизацию превосходят их стоимость, применяют деструктивные технологии регенерации сорбентовтермическими или химическими методами. Термическую регенерацию проводят в печах при температурах 700 -800 о. С в бескислородной среде. Химическая регенерация представляет собой деструкцию органических сорбатов сильными окислителями- хлором Сорбенты на основе природных материалов Торф, шлаки, зола и т. п. обладают довольно низкой сорбционной емкостью. Их достоинством является невысокая стоимость и поэтому отсутствие необходимости регенерации
Полимерные сорбенты Пористые полимерные адсорбенты на основе стирола и дивинилбензола называются «полисорбы» . В них образуются поры с двумя характерными размерами- 5 и 17 нм, поэтому они относятся к классу узкомезопористых сорбентов. Количество малых пор в них мало (не более 10%). Мала и удерживающая способность по сравнению с активными углями. Полисорбы используются для извлечения из воды ряда органических соединений- например, нитро- и хлорпроизводных алифатических и ароматических углеводородов. Важным преимуществом этих сорбентов является возможность регенерации- при обработке паром или растворителями. Недостатком этих сорбентов является более высокая ( в десятки раз) стоимость по сравнению с природными. Таким образом целесообразность выбора природного или искусственного сорбента определяется исходя из технологических, экономических и других факторов.
Технологии и оборудование для адсорбционной очистки сточных вод. Процесс сорбции может осуществляться в статических условиях, при которых частица жидкости не перемещается относительно частицы сорбента, т. е. движется вместе с последней (в аппаратах с перемешивающими устройствами), а также в динамических условиях, при которых частица жидкости перемещается относительно сорбента (в фильтрах и аппаратах с неподвижным слоем сорбента). Процесс сорбции в статических условиях осуществляется путем интенсивного перемешивания обрабатываемой сточной воды с сорбентом в течение определенного периода времени и последующего отделения сорбента от воды отстаиванием, фильтрованием и т. п.
• Разделение суспензии в зависимости от ее свойств осуществляется в отстойниках или гидроциклонах. На промежуточных ступенях отделения сорбента задерживается 90 -95% твердой фазы. • На заключительной стадии очистки вода от остатков сорбента реализуется фильтрование. При этом используются фильтры различных типов: скорые с крупнозернистой загрузкой, патронные, листовые и другие Очистка воды в процессах статической сорбции может осуществляться по 3 принципиальным схемам: - - прямоточной с однократным использованием сорбента, противоточной с многократным использованием сорбента циркуляционной с использованием псевдоожиженного слоя.
. Процесс сорбции в динамических условиях осуществляют путем фильтрования сточных вод через слой плотно уложенного сорбента. Скорость фильтрования зависит от концентрации растворенных в сточных водах веществ и составляет 1… 6 м/ч; крупность зёрен сорбента — 1, 5… 5 мм. Наиболее рациональное направление фильтрования жидкости — снизу вверх, так как в этом случае происходит равномерное заполнение всего сечения колонны и относительно легко вытесняются пузырьки воздуха или газов, попадающих в слой сорбента вместе со сточной водой. Обычно сорбционная установка представляет собой несколько параллельно работающих секций, состоящих из 3… 5 последовательно расположенных фильтров. При достижении предельного насыщения головной фильтр отключается на регенерацию, а обрабатываемая вода подается на следующий фильтр. После регенерации головной фильтр включается в схему очистки уже в качестве последней ступени. Фильтры с неподвижным слоем сорбента применяют при регенеративной очистке сточных вод с целью утилизации выделенных относительно чистых продуктов.
Аппараты с псевдоожиженным слоем • Аппараты с псевдоожиженным слоем применяются для трудно фильтруемых сточных вод. • Псевдоожижение сорбента наступает при повышении скорости сточной воды, проходящей снизу вверх, до такой величины, при которой зерна расширяющегося слоя начинают интенсивно и беспорядочно перемещатья в объеме слоя, сохраняющего постоянную для данной скорости высоту. • Размер частиц сорбента: мелкозернистого- 40 мкм • пылевого – 0. 25 -0. 3 мм • Применяются цилиндрические адсорберы • высота Н=4 м • диаметр отстойной зоны в 1. 5 -2 раза превышает • диаметр корпуса • высота неподвижного слоя угля 2. 5 -2. 7 м. • Сточная вода поступает в нижнюю часть корпуса со скоростью, обеспечивающей расширение 1. 5 -1. 6 • Скорость потока воды при псевдоожижении угольной крупки обычно составляет 7 -15 м 3/м 2/час •
Сорбционная очистка может быть регенеративной или деструктивной. В зависимости от назначения сорбента применяют различные методы регенерации. Часто используют экстрагирование органическим растворителем, отгонку водяным паром, химические методы. Ионообменная сорбция • Ионообменная сорбция- это процесс обмена между ионами, находящимися в растворе, и ионами, присутствующими на поверхности твердой фазы- ионита. • Используется для умягчения ( снижения жесткисти), опреснения и обессоливания вод, а также рекуперации растворенных ионных компонентов. • Очистка методом ионного обмена позволяет извлекать и утилизировать ценные примеси – соединения мышьяка, фосфора, хром, свинец, медь , ртуть и др. металлы, ПАВ, радиоактивные вещества.
Скачать презентацию Очистка сточных вод адсорбцией Сорбция — это процесс
2012-7Очистка сточных вод адсорбцией.ppt