Вакансии и резюме

Адсорбция

Адсорбция – это процесс поглощения вещества твердым телом. Поглощающее тело называется адсорбентом, а поглощаемое – адсорбатом.

Адсорбционная очистка может применяться как метод предварительной очистки и доочистки. Преимуществом этого метода является возможность адсорбции многокомпонентных смесей. Адсорбционный метод очистки сточных вод является эффективным методом.

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, как правило, этот метод неприменим.

В качестве адсорбентов применяют различные искусственные и природные пористые материалы: золу, коксовую мелочь, торф и др. Наиболее эффективным адсорбентом являются активированные угли (табл. 4.6).

Пористость активированных углей составляет 60-75 %, а удельная площадь поверхности 400-900 м2/г. Адсорбционные свойства активированных углей в значительной мере зависят от структуры пор, их размера, распределения пор по размерам.

Активность адсорбента характеризуется массой поглощаемого вещества на единицу объема или массы адсорбента (кг/м3; кг/кг).

Процесс адсорбции может осуществляться в статических условиях, при которых частица жидкости не перемещается относительно частицы адсорбента, т.е. движется вместе с последней (аппараты с перемешивающими устройствами), а также в динамических условиях, при которых частица жидкости перемещается относительно адсорбента (фильтры с неподвижной загрузкой, аппараты с псевдоожиженным слоем).

Таблица 4.6
Характеристика активированных углей, применяющиеся при очистке сточных вод
ОУ-Б
влажный
кислый
Порошок

4-6

1,8
0,15
0,35



0,44

ОУ-А
сухой
щелочной
Порошок



0,20
0,26-0,38



0,42

АР 3,5

7-8

0,6-0,7
0,3-0,5
0,06-0,07
0,28-0,33

1,0
1,95
0,6

БАУ 1,0-3,6

7-8

1,5-2,1
1,19-1,8
0,08-0,16
0,23-0,35

0,4-0,5
1,8
0,22-0,35

КАД молотый 0,04

7-8

0,09
0,11-0,23

иодный 1,0-1,5

7-8

1,0-1,3
0,51-1,0
0,11-0,15
0,29-0,34

0,55-0,65
2,1
0,45

АГ-5 1,0-1,5

7-8

0,8-1,0
0,46
0,18
0,43-0,46

0,8-0,9
2,0
0,45

АГ-3 1,5-2,5

7-8

0,8-1,0
0,41-0,52
0,12-0,16
0,32-0,42

0,8-0,9
2,0
0,45

ДАК 1,0-3,6

7-8

1,45
1,23
0,04
0,17

0,4-0,5
1,8
0,23

Характеристика
активированного угля
Основной размер зерен
(более 90 %), мм
рН водной вытяжки
Удельный объем пор, см3/г:
общий
макропор (0,1-0,004 мкм)
мезопор (0,0015-0,004 мкм)
микропор (менее 0,0015 мкм)
Удельная поверхность мезопор, м2
Плотность, г/см3:
кажущаяся
истинная
насыпная

В соответствии с этим различают статическую и динамическую активность адсорбента. 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 сорбируемого вещества в фильтрате при пропускании сточной воды через слой адсорбента. Динамическая активность в промышленных адсорберах составляет 45-90 % статической.

Одним из основных критериев оценки адсорбционных свойств адсорбента является изотерма адсорбции (рис. 4.22). Она выражает связь между концентрацией адсорбата в воде C, кг/кг, кг/м3, и адсорбционной концентрацией а, кг/кг, кг/м3.

Рис. 4.22. Изотерма сорбции органических загрязнений сточных вод на активном угле:
C – концентрация адсорбата в растворе

В инженерной практике адсорбции применяют уравнение

aравн = Kадс , (4.44)

где aравн – удельная адсорбция, кг/кг; Kадс – адсорбционная константа распределения адсорбата между адсорбентом и раствором, значение ее при прочих равных условиях зависит от температуры; Cравн – равновесная концентрация адсорбата в сточной воде, кг/кг.

В зависимости от дисперсного состава адсорбента принципиальные конструкции адсорберов можно подразделить на следующие типы:

загрузка…

I – адсорбер с неподвижной или движущейся загрузкой, через которую водный поток фильтруется или нисходящим потоком со скоростью до 20 м/ч, или восходящим – со скоростью до 12 м/ч, применяется для фракции 0,8-5 мм;

II – адсорбер с псевдоожиженной загрузкой при восходящем потоке воды со скоростью 10-40 м/ч, применяется для фракций 0,25-2,5 мм;

III – адсорберы-смесители применяются для фракций 0,05-0,5 мм в аппаратах с мешалками.

Адсорберы I типа (марки ФСУ) могут применяться для очистки любых объемов сточных вод самого широкого спектра концентраций и химического строения извлекаемых примесей (табл. 4.7 и рис. 4.23). Однако концентрация взвешенных веществ должна быть не более 5 мг/л.

Таблица 4.7

Конструктивные и технологические показатели адсорбционных фильтров с активированным углем

Марка фильтра Диаметр, мм Площадь, м2 Высота слоя
сорбента, м
Вместимость
фильтра
общий, м3
сорбционного
слоя, м3
ФСУ-2-0,6
ФСУ-2,6-0,6
ФСУ-3-0,6
3,14
5,3
2,5
2,5
2,5
2,5
10,7
19,0
26,0
7,85
13,2
17,8
Рис. 4.23. Схема насыпного сорбционного фильтра (типа ФСУ):
1 – вход обрабатываемой воды (конденсата); 2 – выход обрабатываемой воды (конденсата); 3 – подача промывочной-взрыхляющей воды; 4 – сброс промывочной воды; 05 – спуск первого фильтрата и опорожнение фильтрата; 6, 7 – штуцера для гидрозагрузки и гидровыгрузки активированного угля; 8 – воздушник; А – корпус; Б – активированный уголь; В – нижнее днище; Г – нижний дренаж (копирующий); Е – лаз; ВРП – верхнее распределительное устройство

Адсорберы II типа (рис. 4.24) наиболее целесообразно применять для очистки небольших объемов сточных вод с хорошо сорбируемыми загрязнениями. В них содержание взвешенных частиц должно быть не более 1,0 г/л, гидравлическая крупность не более 0,3 мм/с.

Рис. 4.24. Адсорберы :
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 – трехъярусный: 1 – колонна; 2 – решетки; 3 – трубка для перемещения адсорбента; 4 – сборник

В цилиндрических колоннах используется показатель «относительное расширение слоя», равный отношению высот псевдоожиженного и неподвижного слоев Нп.сл неп.сл , оптимальное значение которого равно 1,5. При этом размеры частиц активированного угля составляют 0,25-1 мм, что отвечает скорости потока воды 7-10 м/ч.

Во многих случаях в основном применяются цилиндрические одноярусные адсорберы (рис. 4.24, а). Одноярусный цилиндрический аппарат представляет собой колонну высотой около 4 м. Верхняя часть ее соединена с царгой, имеющей диаметр, в 1,5-2 раза больший диаметра основной колонны. В зависимости от диаметра колонны коническое днище имеет угол от 30о до 60о. Непосредственно над коническим днищем устанавливается распределительная решетка с отверстиями 5-10 мм и шагом отверстий около 10 мм, на которую загружается активированный уголь высотой неподвижного слоя угля 2,5-2,7 м.

Адсорбенты с насыпной плотностью свыше 0,7 т/м3 допускается дозировать в мокром или сухом виде, а менее 0,7 т/м3 – только в мокром виде.

В адсорберах с псевдоожиженным слоем по высоте 0,5-1,0 м следует устанавливать секционирующие решетки с круглой перфорацией диаметром 10-20 мм и долей живого сечения 10-15 %. Оптимальное число секций – три-четыре. Между секциями имеется переточная труба.

Скорость восходящего потока воды в адсорбере принимают 30-40 м/ч с размерами частиц 1-2,5 мм для активных углей и 10-20 м/ч – для углей с размерами частиц 0,25-1 мм.

Адсорберы III типа эффективно используют для очистки небольших объемов высококонцентрированных сточных вод. Для перемешивания сточных вод с активным углем рекомендуется использовать лопастные, турбинные или пропеллерные мешалки в аппаратах, изготавливаемых отечественной промышленностью.


Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *