Dom » CCTV

Metoda sorpcije u prečišćavanju vode. Sorpcija (pročišćavanje otpadnih voda). Na koje se vrste sorpcionog prečišćavanja vode dijele?


Izbor sorbenata. Asortiman sorbenata za prethodno prečišćavanje vode koje proizvodi industrija vrlo je raznolik. Za prečišćavanje vode od organskih supstanci koriste se aktivni ugalj, gel i makroporozni izmjenjivači, itd. Aktivni uglji imaju sporu sorpciju iz otopina, što zahtijeva velike površine filtracije, slabu regeneraciju pomoću reagensa (zaostali kapacitet nakon prve regeneracije je značajno). manje od polovine originala), mehanička krhkost, visok sadržaj pepela.

Anionski izmjenjivači, posebno makroporozni, nemaju mnoge od navedenih nedostataka. Inicijalna selekcija najboljeg od njih vrši se u statičkim uslovima kada sorbenti dođu u kontakt sa modelnim rastvorima ili sa datom vodom tokom jednog sata.

Nakon odabira najboljih uzoraka (u ovom slučaju su se pokazali domaći sorbenti polimerizacijskog tipa AB-171 i kondenzacijskog tipa IA-1), provode se kinetička istraživanja. Njihov cilj je utvrđivanje prirode faze koja ograničava proces, pronalaženje koeficijenata difuzije i vremena za uspostavljanje ravnoteže. Stupanj koji ograničava proces određuje se sljedećim kriterijem: ako miješanje otopine ubrzava sorpciju, to ukazuje na preovlađujući utjecaj vanjske difuzije; direktan dokaz mehanizma intradifuzije pruža eksperiment „prekidanja“. Ako se nakon prekida proces sorpcije nastavi i sorpcijska aktivnost čvrste faze poraste, možemo sa sigurnošću govoriti o intradifuzijskoj prirodi procesa.

Sorpcija huminskih materija. Kinetika intradifuzije, prema podacima, ograničava sorpciju humusnih materija, odnosno sorpciono prethodno prečišćavanje vode.

Analiza ove jednačine pokazuje da je gubitak zaštitnog efekta, izražen u linearnim ili volumetrijskim jedinicama sorbenta, što je veći (a period rada kolone kraći) što je veći protok, radijus zrna sorbenta i dato dubina prečišćavanja.

Iz kinetičkih eksperimenata određuju se koeficijenti difuzije i vrijeme uspostavljanja ravnoteže u sistemima ionski izmjenjivač-rastvor i konstruiraju se izoterme sorpcije. Izoterme sorpcije huminskih i fulvo kiselina putem anjonskih izmjenjivača IA-1 i AB-171 opisane su Langmuir-ovom jednačinom.

U radovima se porede rezultati eksperimentalnog određivanja sorpcionog kapaciteta prije proboja humusnih tvari sa sorpcijskim kapacitetom izračunatim pomoću jednačina; odstupanja ne prelaze 10-15%. Promjenom brzine protoka, dubine prečišćavanja, radijusa zrna sorbenta i samog sorbenta, moguće je odrediti gubitak vremena zaštitnog djelovanja kolone za svaku opciju. Pritom, treba imati na umu da ovo postavlja veoma veliku odgovornost na tačnost određivanja koeficijenata difuzije i ravnoteže u sistemima sorbent-rastvor, koji daju početne podatke za proračun dinamike sorpcije.

Dakle, najbolji sorbent za prethodno prečišćavanje vode pokazao se makroporoznim anionskim izmenjivačem IA-1, koji radi u obliku hlora, pri pH prečišćenog rastvora od 3,0-3,5. Što se tiče veličine zrna, njen izbor je ograničen prirodom drenažnog sistema i željenim protokom vode.

Prirodne vode sadrže huminske i fulvo kiseline. Prvi se lošije upijaju, a njihov „proboj“ praktički ograničava proces čišćenja. Stoga vrijednost treba izračunati na osnovu sadržaja huminskih kiselina u prečišćenoj vodi. Ako ih nema nakon koagulacionog prečišćavanja, radni period sorpcione kolone izračunava se na osnovu sadržaja fulv kiselina u vodi.

Činjenica da je sorpcija slabo disocijirajućih huminskih i fulvo kiselina bolja u kiseloj sredini i na anionskom izmjenjivaču u obliku soli ukazuje na mehanizam nejonske izmjene za apsorpciju ovih tvari i sugerira ekonomski i tehnološki povoljnu shemu za preliminarnu vodu. pročišćavanje. Sorpcionu kolonu sa izmenjivačem jona IA-1 treba postaviti posle kationskog izmenjivača H-forme i sledećeg dekarbonizera. Ovo eliminiše potrebu za zakiseljavanjem vode, jer ona spontano zakiseli tokom kationizacije. Tako sorpciona kolona postaje sastavni deo postrojenja za odsoljavanje. Kada se kombinuje koagulaciono prečišćavanje sa sorpcijom, voda je 80-85% oslobođena organskih nečistoća. Nadalje, dublje prečišćavanje vode od organskih nečistoća vrši se na jonskim izmjenjivačima u dijelu instalacije za odsoljavanje.

Ekstrakcija drugih organskih materija. Površinske i arteške vode sadrže organske tvari koje pripadaju različitim klasama spojeva. Utvrđeno je da supstance kao što su šećeri, supstance slične proteinima, aminokiseline prolaze kroz sistem kolona za jonsku izmjenu i ulaze u duboko demineraliziranu vodu. Štaviše, njihova količina zavisi od sastava izvorne vode i značajno premašuje sadržaj mineralnih nečistoća. Neophodna je maksimalna ekstrakcija ovih materija iz vode prilikom njenog preliminarnog prečišćavanja metodom sorpcije.

U radu se uspoređuje sposobnost nekih aktivnih ugljika i makroporoznih anionskih izmjenjivača da apsorbiraju različite analitički određene organske spojeve otopljene u prirodnim vodama. Da bi se to postiglo, 100 zapremina riječne vode propušteno je kroz sloj sorbenta visine 60 cm brzinom od 7 m/h nakon njihove H-kationizacije, što je stvorilo najpovoljnije uslove za sorpciju.

Fulvokiseline se bolje izdvajaju smolama nego ugljem, a kapaciteti jonskih izmjenjivača za fulvokiseline su skoro isti. Ali i u ovom slučaju je svrsishodnija upotreba ionskog izmjenjivača IA-1, jer se lakše regenerira i uz manju potrošnju reagensa.

Druga vrlo značajna grupa spojeva koji ulaskom u duboko demineraliziranu vodu mogu utjecati na njenu električnu otpornost su karboksilne kiseline. Za njihovu sorpciju najpogodniji su izmjenjivači uglja SKT-VTU-2 i AV-171. Od ova dva sorbenta prednost bi, naravno, trebalo dati ionskom izmjenjivaču, jer se njegov kapacitet može obnoviti pomoću kemijskih reagensa. Za uklanjanje jednostavnih i složenih aminokiselina treba koristiti i AB-171 anionski izmjenjivač.

Jednostavni i složeni šećeri koji ne utječu na električnu otpornost demineralizirane vode uglavnom se sorbiraju samo BAU ugljikom. Stoga, pri odabiru sorbenata za pročišćavanje vode, treba se voditi ne samo veličinom njihovog kapaciteta i mogućnošću njegovog oporavka, već i potrebom uklanjanja određenog spoja iz vode.

Za približnu procjenu distribucije organskih tvari u slojevima ovih sorbenata snimljene su odgovarajuće izlazne krive. Opterećenje jonskih izmjenjivača u obliku hlora je bilo 1 litar na visini sloja od 60 cm; brzina protoka rastvora je 10 m/h.

Filtrat za analizu je kontinuirano sakupljan u frakcijama od po 10 L. Trajanje radnog perioda kolone se bira jednako 200 smanjenih volumena; pH propuštene vode je stvoren preliminarnom kationizacijom izvorne vode. Koristeći različite sorbente i njihove kombinacije, moguće je ukloniti značajan dio organskih tvari otopljenih u vodi. Međutim, teško je moguće dobiti vodu potpuno oslobođenu od organskih tvari korištenjem navedenih sredstava.

Sadržaj i odnos organskih neelektrolita kao što su šećeri, proteini, estri itd. variraju ne samo od jedne geografske zone do druge, već i unutar jednog regiona. Stoga se ne može očekivati ​​da će uz iste tehnološke sheme i načine demineralizacije demineralizirane vode biti iste u pogledu kvantitativnog i kvalitativnog sadržaja organskih tvari. U tom smislu, treba biti oprezan prema pokušajima standardizacije suvog ostatka vode visoke otpornosti bez uzimanja u obzir sastava izvora.

Uklanjanje gvožđa (deferrizacija). Željezne vode su vode koje sadrže više od 1 mg/l željeza. Kationski izmenjivač apsorbuje dvovalentne ione gvožđa na približno isti način kao i jone kalcijuma, a jone gvožđa još efikasnije. Moglo bi se očekivati ​​da će tokom jonoizmenjivačkog odsoljivanja voda istovremeno biti "deironizovana". Međutim, ovaj proces otežavaju određene fizičko-hemijske karakteristike jedinjenja gvožđa prisutnih u prirodnim vodama.

U otvorenim rezervoarima, dobro aeriranim, značajan dio gvožđa je u obliku jedinjenja Fe različitog stepena hidrolizacije.

Tokom koagulacije i naknadnog sorpcionog pročišćavanja, voda se oslobađa ne samo od obojenih (uglavnom jedinjenja humusa), već i od koloidnih i složenih oblika željeza. Dakle, pročišćavanje od organskih supstanci je istovremeno i čin odmrzavanja vode.

Preduzećima koja troše posebno čistu demineralizovanu vodu preporučuje se da je, kad god je to moguće, dobijaju iz podzemnih voda, koje obično ne sadrže organske zagađivače. Poznato je da više od 25% svih vodovodnih sistema dobija podzemnu vodu sa sadržajem gvožđa od 1 do 5 mg/l.

U podzemnim vodama bez kiseonika, gvožđe se uglavnom nalazi u obliku delimično hidrolizovanog rastvora bikarbonata. Kada bi se ova supstanca dovela u smolu za kationsku izmjenu u neoksidiranom i nehidroliziranom obliku ili nije oksidirala u samom filteru katjonske izmjenjive smole, očekivala bi se gotovo potpuna izmjena iona željeza za jone vodonika. Međutim, uz reakciju ionske izmjene, čija je brzina određena difuzijskim procesima, postoje reakcije hidrolize soli željeza, oksidacije i prijelaza u slabo disocijacijske i praktično netopive spojeve sposobne za stvaranje koloida. Kombinacija ovakvih procesa dovodi do činjenice da se voda koja sadrži, na primjer, u ravnotežnom stanju 0,16 mg/l željeza u jonskom obliku, može okarakterizirati ukupnim sadržajem željeza od 2 mg/l. Kationski izmjenjivač će apsorbirati samo jonski oblik željeza i otopit će se uz apsorpciju neke od najmanje postojanih produkata hidrolize.

Oslobađanje vodikovih jona tokom rada kationskog izmenjivača moglo bi da obuzda reakciju, pa čak i da je pomeri ulevo, pogotovo jer je broj vodonikovih jona u H-katjonizovanoj vodi određen ukupnim sadržajem soli, koji iznosi skoro dva reda od veličina veća od broja jona gvožđa u vodi.

Kako se aktiviraju gornji slojevi kationskog izmjenjivača, dvije okolnosti će doprinijeti pomaku reakcije udesno: prisustvo Fe(II) jona u sloju, katalitički ubrzavajući njihovu konverziju u Fe(III) ione, i djelomična apsorpcija vodikovih jona od strane kationskog izmjenjivača, zamjena za jone natrijuma i kalcija kojima je ispunjen sloj smole. Fe(III) hidroksid i drugi produkti hidrolize koji nastaju u ovim uslovima više neće učestvovati u ionskoj razmeni i preći će u H-kationizovanu vodu, baš kao i onaj deo sličnih jedinjenja gvožđa koji je bio prisutan u izvornoj vodi.

Kvantitativni opis ovih procesa je još uvijek težak. Istovremeno, prisustvo željeza u nejonskom obliku u H-kationiziranim i deslanim vodama je na zadovoljavajući način objašnjeno predloženim konceptom i ukazuje na potrebu uklanjanja željeza iz željeznih podzemnih voda prije nego što se njime unese u instalaciju za odslađivanje jona. Gornja jednadžba predlaže glavne načine uklanjanja željeza iz vode. To su aeracija (zasićenje kiseonikom) i alkalizacija (vezivanje vodonikovih jona). U bikarbonatnim vodama, ovo drugo se javlja spontano uz oslobađanje stehiometrijske količine ugljičnog dioksida. Aeracija se može postići upuhivanjem zraka, prskanjem vode u zrak ili primjenom ozona; Aktivni hlor i kalijum permanganat se mogu koristiti kao druga oksidaciona sredstva. Pod uticajem oksidacionih sredstava, jonski izmenjivači „stare“, pa je preporučljivo izvršiti uklanjanje gvožđa metodom bez reagensa.

Uklanjanju gvožđa iz podzemnih voda posvećena je monografija koja sažima i teorijske i tehnološke aspekte problema. S obzirom na specifičnosti dobijanja relativno malih količina visoko čiste demineralizovane vode za industrijske potrebe i specifičnosti samih industrija koje troše takvu vodu, treba se fokusirati na metodu pojednostavljene aeracije praćene filtracijom.

Iznad otvorenog filtera voda prska kroz rupe u dovodnim cijevima. Debljina sloja pijeska u filteru je obično najmanje 1,2 m, a veličina zrna od 0,8 do 1,6 mm. Filteri sa dvoslojnim opterećenjem ukupne debljine 1,2-1,5 m i debljine gornjeg sloja od 0,5 m odlikuju se većim kapacitetom zadržavanja prljavštine. Za donji sloj, kvarcni pijesak veličine zrna 0,8-1,2 mm koristi se, a za vrh - antracit čips od 0,9-2,4 mm. Brzina filtracije u otvorenim filterima dostiže 10 m/h. U pravilu, sa smanjenjem brzine prijenosa vode, kapacitet filtera za zadržavanje prljavštine se povećava, pa stoga otvorene filtere treba projektirati za brzinu koja ne prelazi 5-7 m/h.

U zavisnosti od usvojene brzine filtracije, početnog sadržaja gvožđa u vodi i drugih faktora, trajanje filtera prirodno varira. Pri brzini filtracije od 5-7 m/h i početnom sadržaju gvožđa u vodi od 3-4 mg/l, radni ciklus instalacije je 60-100 sati 15-18 l/(s-m2) za 10-15 min.

Zapremina vode za pranje filtera u sekciji za odmrzavanje vode dostiže 4% zapremine prečišćene vode. Kada je rad postrojenja za odmrzavanje ovog tipa dobro prilagođen, sadržaj gvožđa u filtratu je 0,05-0,1 mg/l.

Za razliku od destilata koji sadrži do 5 µg/l željeza, tehnički kondenzat može biti obogaćen produktima korozije. Prilikom dobivanja posebno čiste demineralizirane vode iz takvog kondenzata neophodna je prethodna deferizacija. U tu svrhu koriste se sulfonski ugljeni filteri koji rade sa efikasnošću od 25-50%, ili efikasniji magnetni filteri, aluvijalni celulozni filteri, aluvijalni jonitni filteri (u inostranstvu se nazivaju powdex). Predloženi su anjonski izmjenjivači filteri, gdje se uklanjanje gvožđa zasniva na koagulacionom efektu anjonskog izmenjivača u OH obliku. Aluvijalni filteri za izmjenu jona rade s efikasnošću koja se približava 100% zbog gotovo trenutne kinetike procesa. Ovdje, uz sorpciju jona iz tekuće faze, dolazi do mehaničkog zadržavanja čestica čvrste faze, koagulacije i stvaranja kompleksa sa anjonskim izmjenjivačem ako se za aluvijalni sloj koristi mješavina katjona i anjonskih izmjenjivača.

Eksperimenti su pokazali pogodnost aluvijalnih ionizmjenjivačkih filtera za ekstrakciju humusnih tvari koje kompleksiraju željezo i druge metale iz vode.

Ozbiljnost problema uklanjanja gvožđa kao faze preliminarnog prečišćavanja vode posebno je otkrivena u vezi sa potrebom korišćenja ultračiste vode za proizvodnju mikroelektronike. Za konačno prečišćavanje vode prije isporuke za pranje dijelova instrumenta koristi se mikrofilter s porama od 0,2 mikrona koji zadržava mikrobna tijela. Ako se željezo ne ukloni dovoljno iz demineralizirane vode u prethodnim fazama, tada se mikrofilteri brzo začepljuju.

Omekšavanje vode. Prilikom djelimičnog odsoljavanja vode metodom elektrodijalize ili reverznom osmozom, u nekim slučajevima je potrebno vodu prvo omekšati, odnosno osloboditi je od kationa kalcija i magnezija, koji uz odgovarajući anjonski sastav vode mogu formirati sedimente na membrane za izmjenu jona ili na membrane (vlakna) koje se koriste u mašinama za reverznu osmozu.

Preporučljivo je izvršiti omekšavanje kao preliminarni korak prečišćavanja pri odsoljavanju relativno malih masa vode metodom jonske izmjene. Regeneracija kationskog izmjenjivača, odnosno njegovo pretvaranje u natrijev oblik, provodi se propuštanjem 6-10% otopine natrijum hlorida kroz istrošeni sloj sorbenta i naknadnim ispiranjem vodom.

Iz razloga o kojima će biti riječi u nastavku, potrošnja kuhinjske soli za regeneraciju premašuje stehiometrijsku za 2,5-5 puta. Prilikom rada s vodom s visokim udjelom soli, za omekšavanje preporučljivo je koristiti jaki kiseli kationski izmjenjivač tipa KU-2. Istovremeno, u usporedbi s takvim kationskim izmjenjivačima kao što su sulfonirani ugalj ili KU-1, potrošnja soli za regeneraciju je prilično značajno smanjena.

Među postojećim metodama obrade vode, metoda sorpcije je jedna od najčešćih. Šta je sorpciono prečišćavanje vode i zašto je potrebno? Ovaj postupak se odnosi na efikasne metode dubinskog čišćenja tečnosti, omogućavajući uklanjanje štetnih nečistoća i hemijskih jedinjenja vezivanjem čestica na molekularnom nivou. Jedinstvenost takve filtracije leži u sposobnosti uklanjanja organske tvari iz vode koja se ne može odvojiti na drugi način.

Sorpciona metoda pročišćavanja vode korištenjem visoko aktivnih sorbenata omogućava dobivanje tekućine u kojoj gotovo da nema zaostalog koncentrata. Visoka aktivnost sorbenata omogućuje interakciju s tvarima, bez obzira na njihovu koncentraciju: čak i s malim dozama štetnih nečistoća, ova metoda će raditi.

Koncept adsorpcije i njena efikasnost

Termin "adsorpcija" odnosi se na proces apsorpcije zagađivača u vodi površinom čvrstih tvari. Zasnovan je na principu prolaska molekula takvih nečistoća kroz poseban film koji okružuje adsorbens i privlače ih na njegovu površinu. Gore navedeni proces se dešava kada se tečnost za čišćenje meša.

Ova metoda može postići najveći učinak uz niske koncentracije štetnih tvari, što se uočava u slučaju jakog čišćenja. Sve što se nije taložilo na prethodnim filterima uklanja se sorpcijom, a izlaz je čista voda.

Brzina procesa i njegova efikasnost zavise od niza faktora:

  • Sorbentne strukture.
  • Temperature.
  • Koncentracija zagađivača i njegov sastav.
  • Reakciona aktivnost okoline.

U modernim instalacijama, najbolja opcija sorbenta koja efikasno pročišćava vodu je aktivni ugljen raznih vrsta. Što više mikropora ima određena tvar, to je veći kvalitet prečišćavanja vode sorpcijom ugljika.

Stručnjaci Ruswater pomoći će vam da odaberete najbolju opciju za filtarske jedinice koje rade na principu sorpcije, što će omogućiti organiziranje učinkovitog tretmana vode i pročišćavanje vode od različitih nečistoća, bez obzira na njenu namjenu.

Filtriranje vode kroz aktivni ugalj trebalo bi spriječiti da tekućine s otopljenim suspenzijama i koloidnim česticama uđu u sorbent, jer kvare površinu ugljena, štiteći njegove pore. Ssorbent, koji je zbog takvog izlaganja postao neupotrebljiv, obnavlja se ili zamjenjuje.

Za dehlorisanje vode koriste se sorpcioni filteri na bazi aktivnog uglja, koji čine vodu boljom i omogućavaju njeno pročišćavanje od azotnih inkluzija. Kombinovana upotreba sorpcije i ozoniranja uvelike povećava efikasnost čišćenja uz istovremeno povećanje sposobnosti aktivnog uglja. Kada se kao sorbent koriste prirodni minerali sa Ca i Mg, kao i aluminijumski oksidi, jedinjenja fosfora se uklanjaju iz vode.

Zašto je potrebna sorpcija i gdje se koristi?

Filtracija vode ugljem pomoću sorpcionih jedinica različitih tipova koristi se za dubinsko prečišćavanje tečnosti u zatvorenim sistemima, uključujući i prečišćavanje otpadnih voda od organskih materija.

Među postojećim metodama finog pročišćavanja, sorpcija je prepoznata kao jedna od najefikasnijih metoda za uklanjanje organskih tvari iz vode bez značajnih troškova. Tehnologija je popularna u slučajevima kada je potrebno očistiti otpadnu vodu od boja, kao i ukloniti druga hidrofobna jedinjenja.

Ova metoda nije prikladna ako otpadna voda sadrži samo anorganske zagađivače ili organske tvari otopljene u njoj imaju nisku molekularnu strukturu. Sorpcija se može koristiti u kombinaciji s biološkim tretmanom ili djelovati kao samostalno sredstvo.

Sorptivno pročišćavanje vode omogućava vam da oslobodite tekućinu od okusa sumporovodika i hlora i uklonite neugodne mirise. Efikasnost upotrebe aktivnog uglja kao sorbenta objašnjava se njegovom strukturom: filtracija se vrši pomoću postojećih mikropora. Aktivni ugljen se dobiva iz drveta, treseta, životinjskih proizvoda ili ljuske oraha. Nanošenjem čestica jona srebra na površinu aktivnog uglja štiti se materijal od oštećenja raznim mikroorganizmima.

U većini slučajeva, aktivni ugljen se koristi za pročišćavanje vode od organske tvari i za provođenje procesa obrade vode prije reverzne osmoze. Sorpcija vam omogućava da efikasno uklonite hlor iz vode, poboljšavajući njen kvalitet. U ovom slučaju, hlor se također uklanja ovom metodom za pripremu procesne vode koja se koristi u higijenske svrhe.

Naši sistemi za čišćenje ugljika

Sorpcijski filteri nisu ništa manje traženi u cjelokupnom sistemu za uklanjanje gvožđa. Sorptivno pročišćavanje vode od željeza je neophodno da bi se uklonile njegove čvrste čestice nakon oksidacije do nerastvorljivih oksida.

Sistemi za sorpciono prečišćavanje mogu biti različiti. Izbor određene opcije se dešava nakon analize vode i identifikacije nečistoća koje ona sadrži. Takav posao treba da obavljaju profesionalci, tako da su naši stručnjaci uvijek spremni pomoći vam u tome.

Metode sorpcije

Sorpcione metode se zasnivaju na apsorpciji radionuklida čvrste faze kroz mehanizme jonske razmene, adsorpcije, kristalizacije i dr.

Sorpcija se vrši u dinamičkim i statističkim uslovima. Kod dinamičke sorpcije početni tekući otpad se kontinuirano filtrira kroz sorbent, a kod statičkog se vrši privremeni kontakt dvije faze uz miješanje uz daljnje odvajanje.

Dinamička sorpcija se provodi u aluvijalnim ili bulk filterima. Razlika je u tome što filteri za rasuti teret koriste sorbente u obliku zrnastog izdržljivog materijala; u filterima za prethodno premaz, anorganski i organski materijali vještačkog i organskog porijekla koriste se kao sorbent.

Za pročišćavanje tečnog radioaktivnog otpada od radionuklida, sorbenata (jonskih izmjenjivača) tipa KB-51-7, KU-2-8 (kationski izmjenjivač jake kiseline), AV-17-8 (anionski izmjenjivač jake baze), AN-31 i AN-2FN (slabo bazični anjonski izmjenjivači), vermikulit. Sorbenti se proizvode u obliku granula, koje se prije upotrebe potapaju u posebnu otopinu za aktivaciju. Svi navedeni sorbenti imaju visoke koeficijente prečišćavanja i dobra svojstva filtriranja.

Heterogene reakcije jonske razmene su reverzibilne, što omogućava regeneraciju sorbenta, ali stvara uslove za ispiranje radionuklida tokom skladištenja istrošenog sorbenta. Gotovo sav kapacitet izmjene sorbenta koristi se za sorpciju makrokomponenti - soli, zbog njihove sličnosti sa svojstvima mikrokomponenti. Zatim, da bi došlo do sorpcije mikrokomponenti (radionuklida), potrebno je izvršiti prethodno odsoljavanje. U suprotnom, to će dovesti do čestih regeneracija sorbenta i, posljedično, povećanja troškova čišćenja.

Tečni radioaktivni otpad visokog saliniteta neisplativo je pročišćavati organskim sorbentima zbog činjenice da je pri regeneraciji sorbenta potreban 2-2,5 puta višak lužine i kiseline (trošak pročišćavanja se povećava).

Situacija je suprotna za radionuklide, čija se svojstva razlikuju od onih njihovih makrokomponenti. Multivalentni radionuklidi se dobro sorbuju na kationskom izmenjivaču u prisustvu jona natrijuma. Zbog toga se joni natrija koji se nalaze u tekućem radioaktivnom otpadu ne sorbiraju, što dovodi do primjetnog smanjenja volumena regeneratora, sekundarnog otpada i frekvencije regeneracije.

Upotreba sintetičkih organskih sorbenata omogućava uklanjanje svih radionuklida u jonskom obliku iz tekućeg radioaktivnog otpada. Ali takvi sorbenti imaju određena ograničenja u upotrebi, koja se razvijaju u ozbiljne nedostatke. Kada se koriste takvi sorbenti, radionuklidi u molekularnom i koloidnom obliku ne uklanjaju se iz tekućeg radioaktivnog otpada. Također, ako tekući radioaktivni otpad sadrži koloide ili organske tvari s velikim molekulima, tada sorbent gubi svojstva i propada zbog začepljenja pora.

U praksi se prije izvođenja jonske izmjene koristi filtracija na filterima za pretpremaz za uklanjanje koloidnih čestica. Upotreba metode koagulacije umjesto filtracije dovodi do stvaranja velikih količina otpada. Organska jedinjenja iz tečnog radioaktivnog otpada uklanjaju se ultrafiltracijom. Uočljiv je jedan od glavnih nedostataka primjene jonske izmjene za pročišćavanje tečnog radioaktivnog otpada - potreba za preliminarnom pripremom takvog otpada.

Sintetički organski sorbenti se ne koriste za pročišćavanje visokoaktivnog tečnog otpada zbog njihove nestabilnosti na djelovanje visokoaktivnog zračenja. Takvo izlaganje dovodi do uništenja sorbenta.

Kako bi se osigurao visok stepen prečišćavanja, proces prečišćavanja jonskom izmjenom provodi se u dvije faze. U prvoj fazi se iz tečnog otpada uklanjaju soli i male količine radionuklida, au drugoj fazi se nuklidi direktno odstranjuju iz osoljenog tečnog otpada. Regeneracija sorbenta se vrši u protivstruji. Za povećanje performansi filtara, brzina na početku ciklusa je podešena na (90h100) m/h, a na kraju ciklusa se smanjuje na vrijednosti (10h20) m/h.

Pročišćavanje odslanog otpada omogućava korištenje efikasnih filtera mješovitog djelovanja (njihova regeneracija je otežana) i filtera za pretpremazivanje zbog činjenice da je kod čišćenja takvog otpada potreba za regeneracijom minimalna. Zahvaljujući mješovitom punjenju anjonskih izmjenjivača i kationskih izmjenjivača u oblicima H+ i OH-, eliminiše se kontrajonski efekat, a to dovodi do povećanja stepena prečišćavanja i mogućnosti povećanja brzine filtracije do 100 m/h. .

Sav tečni radioaktivni otpad sadrži određenu količinu suspenzije, koja ima sklonost ka molekularnoj i ionizmjenjivačkoj sorpciji. Takođe, proizvodi korozije sa hidratisanim oksidima gvožđa, mangana, kobalta i nikla mogu da apsorbuju mikrokomponente. S tim u vezi, predlaže se odvajanje suspendovanih materija kako bi se značajno poboljšao stepen prečišćavanja tečnog otpada.

Za uklanjanje komponenti kao što su 137 Cs, 99 Sr, 60 Co iz otpada koriste se dodatci selektivnih sorbenata, u ovom slučaju nanoglina (montmorilonit), što osigurava 98% prečišćavanja ovih komponenti. Sorpcija na selektivnim komponentama se provodi u kombinaciji sa koagulacijom.

Hemijska precipitacija je jedna od efikasnih opcija za statičku sorpciju. Prednosti hemijskih metoda su niska cena, dostupnost reagensa, mogućnost uklanjanja radioaktivnih mikrokomponenti u jonskom i koloidnom obliku, kao i prerada fiziološkog tečnog otpada.

Glavna karakteristika hemijskog taloženja je selektivnost na različite mikrokomponente, posebno na 137 Cs, 106 Ru, 60 Co, 131 I, 90 Sr. Koagulacija i omekšavanje su metode hemijske precipitacije; Korištenjem ovih metoda radionuklidi se uklanjaju iz koloidnih, ionskih i molekularnih oblika.

Kada se koristi omekšavanje natrijum-kalc, CaCO 3 i MgOH 2 talože se i služe kao sakupljači 90 Sr, koji se uklanja kristalizacijom sa CaCO 3. Također, korištenje ove metode omogućava vam da uklonite 95 Zr i 95 Nb.

Cezijum (137 Cs) se uklanja taloženjem ferocijanida gvožđa, nikla (najefikasniji), bakra i cinka, sa faktorom prečišćavanja 100.

Rutenijum (106 Ru) i kobalt (60 Co) su slabo koncentrirani u sedimentima zbog velikog broja njihovih hemijskih oblika. Rutenijum se uklanja pomoću sorbenata kao što su kadmijum sulfid, gvožđe sulfid i olovo sulfid. Uklanjanje kobalta je efikasno na oksihidrate hroma i mangana. Radioaktivni jod 131I nastaje koprecipitacijom sa bakarnim ili srebrovim jodidom.

Hemijsko taloženje se završava postupcima odvajanja faza. Kada se faze razdvoje, većina tečnog otpada se bistri i mulj se koncentriše. Razdvajanje faza se vrši filtracijom ili izlaganjem sistema polju sila koje može biti gravitaciono (taložnici i taložnici) i inercijalno (centrifuge). Zbog formiranja velikih količina pulpe sa vrlo visokom vlažnošću, taložni rezervoari se koriste izuzetno rijetko, a za tu svrhu se koriste taložnici. Prečišćavanje se u takvim uređajima odvija pri velikim brzinama i pruža visok stepen pročišćavanja.

Da bi se tečnost dodatno razbistrila, vrši se filtriranje. Upotreba filtera u rasutom stanju omogućava finiju filtraciju, takvi filteri imaju veću produktivnost, a prilikom njihove regeneracije stvara se mala količina otpada. Rasprostranjeni filteri postali su sve rasprostranjeniji zbog svoje jednostavnosti i pouzdanosti, unatoč stvaranju velike količine sekundarnog otpada tijekom regeneracije.

Sorpcijski filteri su prilično popularni proizvodi za uklanjanje raznih mehaničkih i organoklornih nečistoća apsorbiranjem zagađivača na unutrašnjoj površini zrna za punjenje.

O odabiru i ugradnji sorpcijskih filtera bit će riječi u ovom članku.

Šta je adsorpcija

Termin „adsorpcija“ se odnosi na proces apsorpcije tečne kontaminacije površinskim slojem čvrste materije. Temelji se na difuziji molekula zagađivača kroz poseban tekući film koji okružuje čestice adsorbenta do površine potonjeg, što nastaje kada se tekućina koja se pročišćava miješa.

Zatim se difuzija nastavlja brzinom koja je određena strukturom upotrijebljenog adsorbenta i veličinom molekula prikupljenih tvari.

Ovaj proces je najefikasniji u slučajevima kada tekućina ima nisku koncentraciju zagađivača (tokom faze dubinskog čišćenja). U takvim slučajevima efikasnost procesa omogućava da se na izlazu dobije praktički nulta koncentracija zagađivača.

Efikasnost i brzina adsorpcije direktno zavise od:

  • sorbentne strukture;
  • koncentracije zagađivača i njihova hemijska priroda;
  • aktivna reakcija okoline;
  • temperaturu.

Danas su najbolji sorbenti namijenjeni za pročišćavanje vode aktivni ugalj različitih marki. Efikasnost potonjeg određena je prisustvom mikropora. Njihova ukupna zapremina je glavna karakteristika i naznačena je za svaku marku.

U toku procesa sorpcije mora se spriječiti kontakt uglja sa vodom u kojoj su rastvorene koloidne i suspendirane tvari, jer prekrivaju pore aktivnog uglja. Ugalj koji je izgubio sposobnost sorpcije zamjenjuje se ili regeneriše.

Dodavanje ozona ili hlora (oksidativnog agensa) prije nego što voda uđe u filter produžava vijek trajanja aktivnog ugljena prije zamjene, poboljšava kvalitet izlazne vode i pročišćava je od postojećih azotnih spojeva.

Kombinirana implementacija ozoniranja i sorpcije omogućava postizanje sinergijskog efekta, koji povećava mogućnosti aktivnog uglja za skoro 3 puta.

Ako se sorpcija dogodi nakon prethodnog hloriranja, tada se amonijačni dušik uklanja iz tekućine koja se pročišćava.

Ako se kao sorbenti koriste minerali koji sadrže Mg i Ca prirodnog porekla ili aluminijum oksidi, jedinjenja fosfora se vrlo efikasno uklanjaju iz vode.

Svrha i obim

Sorpcijski filteri različitih marki koriste se za dubinsko prečišćavanje vode u zatvorenim vodovodnim sistemima, kao i za prečišćavanje organskih zagađivača (uključujući i biološki tvrde) iz otpadnih voda.

Prečišćavanje postupkom sorpcije smatra se jednom od najefikasnijih metoda finog prečišćavanja ovih voda od zagađivača organskog porijekla.

Tehnologija je najefikasnija kod čišćenja otpadnih voda od boja, hidrofobnih i aromatičnih spojeva alifatske grupe, slabih elektrolita itd.

Metoda sorpcije se ne koristi za prečišćavanje otpadnih voda kontaminiranih isključivo supstancama neorganskog porijekla ili niskomolekularnim organskim tvarima (aldehidi, alkoholi).

Tehnologije sorpcionog prečišćavanja koriste se kako samostalno, tako i u bloku sa biološkim prečišćavanjem u fazi dubokog preliminarnog pročišćavanja.

Klasifikacija postrojenja za sorpcionu obradu

Po vrsti procesa:

  • periodično;
  • kontinuirano.

Prema hidrodinamičkom režimu:

  • Instalacije za pomicanje;
  • Instalacije za miješanje;
  • instalacije srednjeg tipa.

Prema stanju slojeva sorbenta:

  • kretanje;
  • fiksno.

Po smjeru filtracije:

  • protivtok;
  • direktni tok;
  • mješoviti saobraćaj.

Kontaktom faza u interakciji:

  • stepenasto;
  • kontinuirano.

Prema dizajnu filtera:

  • stupasti;
  • kapacitivni

Dizajn sorpcionog filtera

Sorpcioni filter se sastoji od:

  • tijelo, koje je cilindar od fiberglasa potrebnih dimenzija;
  • fiksni sloj aktivnog ugljena sa šljunčanom podlogom;
  • kontrolni ventil različitih tipova (opcija - mehanički ventil);
  • cjevovod kroz koji se dovode otpadne vode;
  • cjevovod kroz koji se ispušta pročišćena voda;
  • cjevovod kroz koji se dovodi voda za otpuštanje;
  • sistem odvodnje i distribucije.

Linearna brzina filtracije u velikoj mjeri zavisi od stepena kontaminacije vode koja se isporučuje za tretman. Njegova vrijednost može biti od 1 do 10 m3/sat. Veličina zrna sorbenta se kreće od 1 do 5 mm.

Najoptimalnijom opcijom čišćenja smatra se filtracija, tijekom koje se tekućina dovodi odozdo prema gore. U ovom slučaju, cijelo područje poprečnog presjeka filtera je jednoliko ispunjeno, a mjehurići zraka koji ulaze s vodom se prilično lako istiskuju.

Filteri sa fiksnim slojem sorbenata koriste se za regenerativni tretman otpadnih voda uz istovremeno rješavanje problema recikliranja vrijednih komponenti prisutnih u njima. Desorpcija se vrši pomoću hemijskih rastvarača ili vodene pare.

Princip rada

Razmotrimo princip rada sorpcionog filtera na primjeru modela serije FSB, koji se koristi u tehnološkim shemama atmosferske kanalizacije. Hvatač peska i hvatač ulja postavljeni su direktno na njegovom ulazu, što omogućava smanjenje indikatora za ove vrste zagađenja na dozvoljene koncentracije.

Voda, prošavši kroz prethodno opisani predfilter, ulazi u sorpcijski blok kroz dovodnu cijev. Odavde se kroz razvodnu i ispusnu cijev voda kreće u donju razvodnu zonu.

Ovdje se ravnomjerno raspoređuje po cijeloj površini ugrađenog sorbenta, čija marka i zapremine ovise o početnoj i konačnoj koncentraciji zagađivača i potrebnoj produktivnosti. P

Nakon toga, voda se uzlaznim tokom usmjerava u sabirnu kružnu tacnu, a odatle se ispušta kroz cijev.

Ugradnja sorpcionog filtera

Proces instalacije:

  • iskopava se jama potrebnih dimenzija;
  • dno se prosipa pijeskom, čiji sloj dostiže debljinu od 300 mm, a zatim se pažljivo zbija;
  • preko ovog jastuka se izlije armirano-betonska ploča (300 mm ili više), čije su geometrijske dimenzije određene vrijednošću "prečnik kućišta filtera + 1000 mm";
  • kućište sorpcione jedinice za naknadnu obradu postavljeno je strogo okomito na ploču;
  • radi stabilnosti, voda se prvo napuni u kućište približno do nivoa perforiranog dna;
  • kako bi se izbjeglo pomicanje tijela tijekom zasipanja, prethodno je osigurano ankerima;
  • Jama se puni u slojevima od 300 mm pijeskom bez kamenja, pri čemu se svaki sloj pažljivo zbija. Zatrpavanje se završava nakon dostizanja nivoa izlaznih i ulaznih cijevi;
  • cjevovodi su spojeni (preljevni, izlazni, dovodni). Zatim se proces punjenja nastavlja do vrha kućišta filtera. Potrebno je kontrolirati rad vibratora na spojnim mjestima gore navedenih cjevovoda, kako ih ne bi oštetili;
  • teret se unosi unutar kućišta u vrećama. Štoviše, sljedeći se servira nakon što se sadržaj prethodnog ravnomjerno rasporedi po cijeloj površini perforiranog dna;
  • Prije puštanja u rad, napunjeni teret se mora temeljito oprati.

Kućište mora biti napunjeno vodom za punjenje i čistom vodom.

Da bi sorpcioni filter koji odaberete da ukloni maksimalan mogući broj vrsta zagađivača, ugljeničnim filterima se moraju dodati različite supstance za izmjenu jona, čija se lista utvrđuje uzimajući u obzir prioritetne zagađivače u vašem preduzeću (lokaciji).

Općenito, sorpcija se odnosi na procese površinske (adsorpcija) i volumetrijske (apsorpcija) apsorpcije tvari na granici između dvije faze: čvrste i tekuće, čvrste i plinovite, tekuće i plinovite. Sorpcijski procesi igraju važnu ulogu u savremenoj tehnologiji poluprovodnika i dielektrika, jer omogućavaju odvajanje supstanci vrlo sličnih fizičko-hemijskih svojstava (retkozemnih elemenata, metala kao što su cirkonijum i hafnij, itd.).

Sistem adsorpcije se sastoji od adsorbent- tvar na čijoj površini dolazi do apsorpcije, i adsorbat - supstanca čiji se molekuli apsorbuju. Na osnovu prirode procesa razlikuju se fizička i hemijska adsorpcija. At fizička adsorpcija molekule adsorbata ne ulaze u hemijsku interakciju sa adsorbentom i na taj način zadržavaju svoju individualnost na površini apsorbera; adsorpcija je u ovom slučaju posljedica djelovanja van der Waalsovih sila. At hemijska adsorpcija, ili hemisorpcija, adsorbirani molekuli ulaze u hemijsku reakciju sa adsorbentom da bi na površini formirali hemijska jedinjenja. Obrnuti proces - proces uklanjanja molekula sa površine adsorbenta naziva se desorpcija. Fizička adsorpcija, za razliku od hemisorpcije, je reverzibilna. Proces desorpcije se također može koristiti kao metoda prečišćavanja. Adsorpcija je selektivan proces, tj. Na površini adsorbenta se adsorbiraju samo one tvari koje smanjuju slobodnu energiju površinskog sloja, odnosno, drugim riječima, smanjuju površinsku napetost u odnosu na okolinu. Dakle, koristeći različite sposobnosti adsorpcije tvari koje se nalaze, na primjer, u otopini, moguće ih je odvojiti i pročistiti tako što se jedna od njih apsorbira adsorbentom, a druga ostavi u otopini. Kvantitativna karakteristika adsorpcionog sistema je izoterma adsorpcije. Izražava odnos između koncentracije supstance WITH u rastvoru i njegovoj količini Cs, adsorbuje jedinica površine adsorbenta na konstantnoj temperaturi u uslovima adsorpcione ravnoteže. 1. Površina adsorbenta ima ograničen broj nezavisnih adsorpcionih mesta, a svako mesto može adsorbovati samo jedan molekul.

2. . MOS hidridna epitaksija poluvodiča.

Većina poluvodičkih spojeva A 3 B 5 , A 2 B 6 i A 4 B 6 može se uzgajati korištenjem MOS tehnologije. U slučaju rasta jedinjenja A 3 B 5, umesto organometalnih jedinjenja elemenata pete grupe mogu se koristiti hidridi odgovarajućih elemenata. U ovom slučaju uobičajeno je koristiti termin MOC-hidridna tehnologija. Neka organometalna jedinjenja: Ga(CH 3) 3 - trimetilgalijum (TMG), Ga(C 2 H 5) 3 - trietilgalijum (TEG), In(CH 3) 3 - trimetilindijum (TMI), In(C 2 H 5) 3 – trietilindijum (TEI), Al(CH 3) 3 – trimetilaluminijum (TMA) (uopšteno – MR3, gde je M metal, R 3 – (CH 3) ili (C 2 H 5) – alkil). Hidridi: AsH 3 – arsin, PH 3 – fosfin.

Šematski opis procesa tokom MOS hidridne epitaksije prikazan je na Sl. 2. Reakcija se odvija u struji gasa pri atmosferskom ili sniženom pritisku u reaktoru sa hladnim zidovima. Gas nosač je obično vodonik. Pojedinačne faze kompletne reakcije već se odvijaju u gasnoj fazi. Završne faze i ugrađivanje u rešetku odvijaju se na površini poluvodiča. Tipični reaktori omogućavaju povezivanje više organometalnih i hidridnih izvora, tako da se naizmjenični slojevi različitih materijala mogu uzgajati uzastopno u jednom ciklusu rasta. Ovo omogućava dobijanje višeslojnih višekomponentnih epitaksijalnih struktura.

Tehnološki proces organometalne epitaksije ne uključuje jetkače, a proces rasta nije rezultat nadmetanja između taloženja i jetkanja, kao u nekim drugim metodama epitaksije u parnoj fazi. Kao rezultat, osiguravaju se oštre granice između slojeva i ujednačenost rastućih slojeva u debljini i sastavu.

MOS hidridna epitaksija je najjednostavnija od svih tehnologija za proizvodnju epitaksijalnih slojeva jedinjenja A III B V iz gasne faze. Ukupna reakcija za stvaranje spojeva je reakcija tipa

Ga(CH 3) 3 +AsH 3 →GaAs (čvrsti) +3CH 4,