Dom » CCTV

Metoda sorpcije u pročišćavanju vode. Sorpcija (pročišćavanje otpadnih voda). Na koje se vrste sorpcijskog pročišćavanja vode dijele?


Izbor sorbenata. Asortiman sorbenata za prethodno pročišćavanje vode koje proizvodi industrija vrlo je raznolik. Za pročišćavanje vode od organskih tvari koriste se aktivni ugljeni, gel i makroporozni anionski izmjenjivači itd. Aktivni ugljeni imaju sporu kinetiku sorpcije iz otopina, što zahtijeva velike površine filtracije, slabu regenerativnost pomoću reagensa (preostali kapacitet nakon prve regeneracije je značajno manje od polovice originala), mehanička krhkost, visok sadržaj pepela.

Anionski izmjenjivači, posebice oni makroporozni, lišeni su mnogih od navedenih nedostataka. Početni odabir najboljih od njih provodi se u statičkim uvjetima kada sorbenti dođu u kontakt s modelnim otopinama ili s danom vodom tijekom jednog sata.

Nakon odabira najboljih uzoraka (u ovom slučaju pokazalo se da su domaći sorbenti polimerizacijskog tipa AB-171 i kondenzacijskog tipa IA-1) provode se kinetička istraživanja. Njihov cilj je odrediti prirodu faze koja ograničava proces, pronaći koeficijente difuzije i vrijeme uspostavljanja ravnoteže. Faza koja ograničava proces određena je sljedećim kriterijem: ako miješanje otopine ubrzava sorpciju, to ukazuje na prevladavajući utjecaj vanjske difuzije; izravan dokaz intradifuzijskog mehanizma pruža pokus "prekida". Ako se nakon pauze proces sorpcije nastavi i sorpcijska aktivnost krute faze se poveća, možemo pouzdano govoriti o intradifuzijskoj prirodi procesa.

Sorpcija humusnih tvari. Intradifuzijska kinetika, prema podacima, ograničava sorpciju humusnih tvari, odnosno sorpcijsko preliminarno pročišćavanje vode.

Analiza ove jednadžbe pokazuje da je gubitak zaštitnog učinka, izražen u linearnim ili volumetrijskim jedinicama sorbenta, to veći (a radni period kolone kraći) što je veći protok, radijus zrna sorbenta i zadani dubina pročišćavanja.

Iz kinetičkih eksperimenata određuju se koeficijenti difuzije i vrijeme uspostavljanja ravnoteže u sustavima ionski izmjenjivač-otopina te se konstruiraju sorpcijske izoterme. Izoterme sorpcije huminske i fulvinske kiseline anionskim izmjenjivačima IA-1 i AB-171 opisane su Langmuir-ovom jednadžbom.

U radu se uspoređuju rezultati eksperimentalnog određivanja sorpcijskog kapaciteta prije proboja humusnih tvari s sorpcijskim kapacitetom izračunatim pomoću jednadžbi; odstupanja ne prelaze 10-15%. Promjenom brzine protoka, dubine pročišćavanja, polumjera zrna sorbensa i samog sorbensa moguće je odrediti gubitak vremena zaštitnog djelovanja kolone za svaku opciju. Istodobno, treba imati na umu da to stavlja vrlo veliku odgovornost na točnost određivanja koeficijenata difuzije i ravnoteže u sustavima sorbent-otopina, koji daju početne podatke za izračunavanje dinamike sorpcije.

Dakle, pokazalo se da je najbolji sorbent za prethodno pročišćavanje vode makroporozni anionski izmjenjivač IA-1, koji radi u obliku klora, pri pH pročišćene otopine od 3,0-3,5. Što se tiče veličine zrna, njen izbor ograničen je prirodom sustava odvodnje i željenom brzinom protoka vode.

Prirodne vode sadrže huminske i fulvinske kiseline. Prvi se gore apsorbiraju, a njihov "proboj" praktički ograničava proces čišćenja. Stoga vrijednost treba izračunati na temelju sadržaja huminskih kiselina u pročišćenoj vodi. Ako ih nema nakon koagulacijskog pročišćavanja, radni period sorpcijske kolone izračunava se na temelju sadržaja fulvokiselina u vodi.

Činjenica da je sorpcija slabo disocirajućih huminskih i fulvokiselina bolja u kiseloj sredini i na anionskom izmjenjivaču u obliku soli ukazuje na neionski izmjenjivački mehanizam za apsorpciju ovih tvari i sugerira ekonomski i tehnološki povoljniju shemu za prethodnu vodu pročišćavanje. Nakon kationskog izmjenjivača H-forme i sljedećeg dekarbonizatora treba postaviti sorpcijsku kolonu s ionskim izmjenjivačem IA-1. Time se eliminira potreba za zakiseljavanjem vode, jer se ona zakiseli spontano tijekom kationizacije. Tako sorpcijska kolona postaje sastavni dio postrojenja za odsoljavanje. Kada se kombinira koagulacijsko pročišćavanje s sorpcijom, voda je 80-85% oslobođena organskih nečistoća. Nadalje, dublje pročišćavanje vode od organskih nečistoća provodi se na ionskim izmjenjivačima u dijelu postrojenja za odsoljavanje.

Ekstrakcija ostalih organskih tvari. Površinske i arteške vode sadrže organske tvari koje pripadaju različitim klasama spojeva. Utvrđeno je da tvari kao što su šećeri, tvari slične proteinima, aminokiseline prolaze kroz sustav kolona ionske izmjene i ulaze u duboko demineraliziranu vodu. Štoviše, njihova količina ovisi o sastavu izvorne vode i znatno premašuje sadržaj mineralnih nečistoća. Potrebna je maksimalna ekstrakcija ovih tvari iz vode tijekom njenog prethodnog pročišćavanja sorpcijskom metodom.

U radu se uspoređuje sposobnost nekih aktivnih ugljena i makroporoznih anionskih izmjenjivača da sorbiraju različite analitički određene organske spojeve otopljene u prirodnim vodama. Da bi se to postiglo, 100 volumena riječne vode propušteno je kroz sloj sorbenta visine 60 cm brzinom od 7 m/h nakon njihove H-kationizacije, čime su stvoreni najpovoljniji uvjeti za sorpciju.

Fulvo kiseline se bolje ekstrahiraju smolama nego ugljenom, a kapaciteti ionskih izmjenjivača za fulvo kiseline su gotovo isti. Ali čak iu ovom slučaju, korištenje ionskog izmjenjivača IA-1 je svrsishodnije, jer se lakše regenerira i uz manji utrošak reagensa.

Druga vrlo značajna skupina spojeva koji ulaskom u duboko odsoljenu vodu mogu utjecati na njen električni otpor su karboksilne kiseline. Za njihovu sorpciju najprikladniji su ugljen SKT-VTU-2 i anionski izmjenjivač AV-171. Od ova dva sorbensa prednost treba, naravno, dati ionskom izmjenjivaču, jer se njegov kapacitet može obnoviti kemijskim reagensima. Za uklanjanje jednostavnih i složenih aminokiselina također treba koristiti anionski izmjenjivač AB-171.

Jednostavni i složeni šećeri koji ne utječu na električni otpor demineralizirane vode u velikoj mjeri sorbira samo BAU ugljik. Stoga se pri izboru sorbenata za pročišćavanje vode treba voditi ne samo veličinom njihovog kapaciteta i mogućnošću njegovog obnavljanja, već i potrebom uklanjanja određenog spoja iz vode.

Za približnu procjenu raspodjele organskih tvari u slojevima ovih sorbenata snimljene su odgovarajuće krivulje izlaza. Punjenje ionskih izmjenjivača u obliku klora iznosilo je 1 litru pri visini sloja od 60 cm; brzina protoka otopine je 10 m/h.

Filtrat za analizu kontinuirano je skupljan u frakcijama od po 10 L. Trajanje radnog razdoblja kolone odabrano je jednako 200 smanjenih volumena; pH propuštene vode stvoren je preliminarnom kationizacijom izvorne vode. Različitim sorbensima i njihovim kombinacijama moguće je ukloniti značajan dio organskih tvari otopljenih u vodi. Međutim, teško da je moguće dobiti vodu potpuno oslobođenu od organskih tvari navedenim skupom sredstava.

Sadržaj i omjer organskih neelektrolita kao što su šećeri, proteini, esteri itd. variraju ne samo od jedne geografske zone do druge, već i unutar jedne regije. 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 s pokušajima standardizacije suhog ostatka vode visokog otpora bez uzimanja u obzir sastava izvora.

Uklanjanje željeza (deferizacija). Željezne vode su vode koje sadrže više od 1 mg/l željeza. Kationski izmjenjivač sorbira ione dvovalentnog željeza na približno isti način kao i ione kalcija, a ione feri iona još učinkovitije. Moglo bi se očekivati ​​da će tijekom desalinizacije ionskom izmjenom voda istovremeno biti "deironizirana". Međutim, ovaj proces otežavaju određene fizikalno-kemijske značajke spojeva željeza prisutnih u prirodnim vodama.

U otvorenim rezervoarima, dobro prozračenim, značajan dio željeza nalazi se u obliku Fe spojeva različitog stupnja hidrolizacije.

Tijekom koagulacije i kasnijeg sorpcijskog pročišćavanja voda se oslobađa ne samo od obojenih (uglavnom humusnih spojeva), već i od koloidnih i složenih oblika željeza. Dakle, pročišćavanje od organskih tvari je ujedno i čin deferizacije vode.

Poduzećima koja troše posebno čistu demineraliziranu vodu preporučuje se da je dobivaju kad god je to moguće iz podzemne vode, koja je obično bez organskih kontaminanata. Poznato je da više od 25% svih vodoopskrbnih sustava prima podzemne vode sa sadržajem željeza od 1 do 5 mg/l.

U podzemnim vodama lišenim kisika, željezo se uglavnom nalazi u obliku djelomično hidrolizirane otopine bikarbonata. Ako bi se ova tvar dopremila u smolu za kationsku izmjenu u neoksidiranom i nehidroliziranom obliku ili ne bi bila oksidirana u samom filteru smole za kationsku izmjenu, očekivala bi se gotovo potpuna izmjena iona željeza za ione vodika. Međutim, uz reakciju ionske izmjene, čija je brzina određena difuzijskim procesima, postoje reakcije hidrolize željeznih soli, oksidacije i prijelaza u slabo disocirajuće i praktički netopljive spojeve koji mogu stvarati koloide. Kombinacija takvih procesa dovodi do činjenice da se voda koja sadrži npr. u ravnotežnom stanju 0,16 mg/l željeza u ionskom obliku može karakterizirati ukupnim sadržajem željeza od 2 mg/l. Kationski izmjenjivač će apsorbirati samo ionski oblik željeza i otopit će apsorpcijom neke od najmanje postojanih produkata hidrolize.

Oslobađanje vodikovih iona tijekom rada kationskog izmjenjivača moglo bi obuzdati reakciju i čak je pomaknuti ulijevo, pogotovo jer je broj vodikovih iona u H-kationiziranoj vodi određen ukupnim sadržajem soli, koji je gotovo dva reda magnituda veća od broja iona željeza u vodi.

Kako se aktiviraju gornji slojevi kationskog izmjenjivača, dvije će okolnosti pridonijeti pomaku reakcije udesno: prisutnost Fe(II) iona u sloju, koji katalitički ubrzava njihovu pretvorbu u Fe(III) ione, i djelomična apsorpcija vodikovih iona kationskim izmjenjivačem, zamjena za natrijeve i kalcijeve ione kojima je ispunjen sloj istrošene smole. Fe(III) hidroksid i drugi produkti hidrolize nastali u tim uvjetima više neće sudjelovati u ionskoj izmjeni i prijeći će u H-kationiziranu vodu, kao i onaj dio takvih spojeva željeza koji je bio prisutan u izvornoj vodi.

Kvantitativni opis ovih procesa još uvijek je težak. U isto vrijeme, prisutnost željeza u neionskom obliku u H-kationiziranim i odsoljenim vodama je na zadovoljavajući način objašnjena predloženim konceptom i ukazuje na potrebu uklanjanja željeza iz željeznih podzemnih voda prije nego što se dovede u postrojenje za desaljenje ionske izmjene. Gornja jednadžba sugerira glavne načine uklanjanja željeza iz vode. To su aeracija (zasićenje kisikom) i alkalizacija (vezivanje vodikovih iona). U bikarbonatnim vodama, potonje se događa spontano uz oslobađanje stehiometrijske količine ugljičnog dioksida. Prozračivanje se može postići upuhivanjem zraka, prskanjem vode u zrak ili primjenom ozona; Kao druga oksidacijska sredstva mogu se koristiti aktivni klor i kalijev permanganat. Pod utjecajem oksidirajućih sredstava, ionski izmjenjivači "stare", stoga je preporučljivo provesti uklanjanje željeza metodom bez reagensa.

Uklanjanju željeza iz podzemnih voda posvećena je monografija u kojoj su sažeto prikazani teorijski i tehnološki aspekti problema. S obzirom na specifičnosti dobivanja relativno malih količina demineralizirane vode visoke čistoće za industrijske potrebe i specifičnosti samih industrija koje takvu vodu troše, treba se fokusirati na metodu pojednostavljene aeracije nakon koje slijedi filtracija.

Iznad otvorenog filtera, voda prska kroz rupe u dovodnim cijevima. Debljina sloja pijeska u filteru je obično najmanje 1,2 m, a veličina zrna je od 0,8 do 1,6 mm. Filtri s dvoslojnim opterećenjem ukupne debljine 1,2-1,5 m i debljine gornjeg sloja od 0,5 m odlikuju se većom sposobnošću 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 filtrima doseže 10 m/h. U pravilu, sa smanjenjem brzine prijenosa vode, povećava se sposobnost zadržavanja prljavštine filtara, pa stoga otvoreni filtri trebaju biti projektirani za brzinu ne veću od 5-7 m/h.

Ovisno o usvojenoj brzini filtracije, početnom sadržaju željeza u vodi i drugim čimbenicima, trajanje filtara prirodno varira. Pri brzini filtracije od 5-7 m/h i početnom sadržaju željeza u vodi od 3-4 mg/l radni ciklus instalacije je 60-100 sati, nakon čega se filteri peru protustrujnim intenzitetom od 15-18 l/(s-m2) za 10-15 min.

Volumen vode za pranje filtera u dijelu za deferizaciju vode doseže 4% volumena pročišćene vode. Kada je rad postrojenja za deferizaciju ovog tipa dobro podešen, sadržaj željeza u filtratu iznosi 0,05-0,1 mg/l.

Za razliku od destilata koji sadrži do 5 µg/l željeza, tehnički kondenzat može biti obogaćen produktima korozije. Pri dobivanju posebno čiste demineralizirane vode iz takvog kondenzata potrebna je prethodna deferizacija. U tu svrhu koriste se sulfonski ugljeni filtri, koji rade s učinkovitošću od 25-50%, ili učinkovitiji magnetitni filtri, aluvijalni celulozni filtri, aluvijalni ionsko-izmjenjivački filtri (u inozemstvu zvani powdex). Predloženi su filtri anionskog izmjenjivača, gdje se uklanjanje željeza temelji na koagulirajućem učinku anionskog izmjenjivača u OH obliku. Aluvijalni filtri ionske izmjene rade s učinkovitošću koja se približava 100% zbog gotovo trenutne kinetike procesa. Ovdje uz sorpciju iona iz tekuće faze dolazi do mehaničkog zadržavanja čestica krute faze, koagulacije i stvaranja kompleksa s anionskim izmjenjivačem ako se za aluvijalni sloj koristi mješavina kationa i anionskih izmjenjivača.

Eksperimenti su pokazali prikladnost aluvijalnih filtara za ionsku izmjenu za ekstrakciju humusnih tvari koje kompleksiraju željezo i druge metale iz vode.

Ozbiljnost problema uklanjanja željeza kao faze preliminarnog pročišćavanja vode posebno je otkrivena u vezi s potrebom korištenja ultračiste vode za proizvodnju mikroelektronike. Za konačno pročišćavanje vode prije dopremanja za pranje dijelova instrumenata koristi se mikrofilter s porama od 0,2 mikrona koji zadržava mikrobna tijela. Ako željezo nije dovoljno uklonjeno iz demineralizirane vode u prethodnim fazama, mikrofilteri se brzo začepe.

Omekšavanje vode. Pri djelomičnom odsoljavanju vode metodom elektrodijalize ili reverznom osmozom u nekim je slučajevima potrebno vodu prethodno omekšati, odnosno osloboditi je od kationa kalcija i magnezija koji uz odgovarajući anionski sastav vode mogu stvarati talog na membrane za ionsku izmjenu ili na membrane (vlakna) koja se koriste u jedinicama reverzne osmoze.

Preporučljivo je provesti omekšavanje kao preliminarni korak pročišćavanja kada desalinizirate relativno male mase vode metodom ionske izmjene. Regeneracija kationskog izmjenjivača, tj. njegovo pretvaranje u natrijev oblik, provodi se propuštanjem 6-10% otopine natrijevog klorida kroz istrošeni sloj sorbenta i naknadnim pranjem vodom.

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

Među postojećim metodama obrade vode, sorpcijska metoda je jedna od najčešćih. Što je sorpcijsko pročišćavanje vode i zašto je potrebno? Ovaj postupak odnosi se na učinkovite metode dubinskog čišćenja tekućina, omogućujući uklanjanje štetnih nečistoća i kemijskih spojeva vezivanjem čestica na molekularnoj razini. Jedinstvenost takve filtracije leži u mogućnosti uklanjanja organske tvari iz vode koja se ne može odvojiti na drugi način.

Sorpcijska metoda pročišćavanja vode pomoću visoko aktivnih sorbenata omogućuje 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 će metoda djelovati.

Pojam adsorpcije i njezina učinkovitost

Izraz "adsorpcija" odnosi se na proces apsorpcije onečišćenja u vodi na površini krutih tvari. Temelji se na principu prolaska molekula takvih nečistoća kroz poseban film koji okružuje adsorbent i privlači ih na njegovu površinu. Gore navedeni proces događa se kada se tekućina za čišćenje miješa.

Ova metoda može postići najveći učinak s niskim koncentracijama štetnih tvari, što se opaža u slučaju jakog čišćenja. Sve što se nije istaložilo na prethodnim filterima uklanja se sorpcijom, a izlaz je čista voda.

Brzina procesa i njegova učinkovitost ovise o nizu čimbenika:

  • Strukture sorbensa.
  • Temperature.
  • Koncentracija onečišćujuće tvari i njezin sastav.
  • Aktivnost reakcije okoline.

U modernim instalacijama najbolja opcija sorbenta koja učinkovito pročišćava vodu je aktivni ugljen raznih vrsta. Što više mikropora određena tvar ima, to je veća kvaliteta pročišćavanja vode sorpcijom ugljika.

Stručnjaci Ruswater pomoći će vam odabrati najbolju opciju za filterske jedinice koje rade na principu sorpcije, što će omogućiti organiziranje učinkovite obrade vode i pročišćavanje vode od raznih nečistoća, bez obzira na njegovu namjenu.

Filtriranje vode kroz aktivni ugljen treba spriječiti da tekućine s otopljenim suspenzijama i koloidnim česticama uđu u sorbent, jer one kvare površinu ugljena, štiteći njegove pore. Sorbent, koji je zbog takve izloženosti postao neupotrebljiv, obnavlja se ili zamjenjuje.

Za deklorinaciju vode koriste se sorpcijski filtri na bazi aktivnog ugljena, koji vodu čine boljom i omogućuju joj pročišćavanje od dušikovih inkluzija. Kombiniranom primjenom sorpcije i ozonizacije uvelike se povećava učinkovitost čišćenja uz istovremeno povećanje mogućnosti aktivnog ugljena. Kada se kao sorbens koriste prirodni minerali s Ca i Mg, kao i aluminijevi oksidi, fosforni spojevi se uklanjaju iz vode.

Zašto je potrebna sorpcija i gdje se koristi?

Filtriranje vode s ugljenom pomoću sorpcijskih jedinica različitih vrsta koristi se za duboko pročišćavanje tekućina u zatvorenim sustavima, uključujući pročišćavanje kanalizacije od organskih tvari.

Među postojećim metodama finog pročišćavanja, sorpcija je prepoznata kao jedna od najučinkovitijih 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 druge hidrofobne spojeve.

Ova metoda nije prikladna ako otpadna voda sadrži samo anorganske zagađivače ili u njoj otopljena organska tvar ima nisku molekularnu strukturu. Sorpcija se može koristiti u kombinaciji s biološkom obradom ili djelovati kao neovisno sredstvo.

Sorptivno pročišćavanje vode omogućuje oslobađanje tekućine od okusa sumporovodika i klora i uklanjanje neugodnih mirisa. Učinkovitost korištenja aktivnog ugljena kao sorbenta objašnjava se njegovom strukturom: filtracija se vrši pomoću postojećih mikropora. Aktivni ugljen dobiva se iz drva, treseta, životinjskih proizvoda ili ljuske oraha. Nanošenje čestica iona srebra na površinu aktivnog ugljena štiti materijal od oštećenja raznim mikroorganizmima.

U većini slučajeva aktivni ugljen se koristi za pročišćavanje vode od organskih tvari i provođenje procesa obrade vode prije reverzne osmoze. Sorpcija vam omogućuje učinkovito uklanjanje klora iz vode, poboljšavajući njegovu kvalitetu. Istodobno se ovom metodom uklanja i klor za pripremu tehnološke vode koja se koristi u higijenske svrhe.

Naši sustavi za čišćenje ugljikom

Filtri za sorpciju nisu manje traženi u cjelokupnom sustavu uklanjanja željeza. Sorptivno pročišćavanje vode od željeza potrebno je za uklanjanje njegovih čvrstih čestica nakon oksidacije u netopljive okside.

Sustavi sorpcijskog pročišćavanja mogu biti različiti. Odabir određene opcije događa se nakon analize vode i utvrđivanja nečistoća koje sadrži. Takav posao trebaju obavljati profesionalci, stoga su naši stručnjaci uvijek spremni pomoći vam u tome.

Metode sorpcije

Metode sorpcije temelje se na apsorpciji radionuklida u čvrstoj fazi putem mehanizama ionske izmjene, adsorpcije, kristalizacije i drugih.

Sorpcija se provodi u dinamičkim i statističkim uvjetima. Kod dinamičke sorpcije, početni tekući otpad se kontinuirano filtrira kroz sorbent, a kod statičke sorpcije vrši se privremeni kontakt dviju faza uz miješanje uz daljnje odvajanje.

Dinamička sorpcija provodi se u aluvijalnim ili skupnim filtrima. Razlika je u tome što skupni filtri koriste sorbente u obliku granuliranog izdržljivog materijala; u predslojnim filtrima kao sorbens koriste se anorganski i organski materijali umjetnog i organskog podrijetla.

Za pročišćavanje tekućeg radioaktivnog otpada od radionuklida koriste se sorbenti (ionski izmjenjivači) kao što su KB-51-7, KU-2-8 (kationski izmjenjivač jake kiseline), AV-17-8 (anionski izmjenjivač jake baze), AN-31 i AN-2FN (slabo bazični anionski izmjenjivači), vermikulit. Sorbenti se proizvode u obliku granula, koji su prije upotrebe natopljeni posebnom otopinom za aktivaciju. Svi navedeni sorbenti imaju visoke koeficijente pročišćavanja i dobra svojstva filtriranja.

Heterogene reakcije ionske izmjene su reverzibilne, što omogućuje regeneraciju sorbenta, ali stvara uvjete za ispiranje radionuklida tijekom skladištenja istrošenog sorbenta. Gotovo sav kapacitet izmjene sorbenta koristi se za sorpciju makrokomponenata - soli, zbog njihove sličnosti sa svojstvima mikrokomponenata. Zatim, da bi došlo do sorpcije mikrokomponenata (radionuklida), potrebno je izvršiti prethodno odsoljavanje. Inače će to dovesti do čestih regeneracija sorbenta i, posljedično, do povećanja troškova čišćenja.

Tekući radioaktivni otpad s visokim salinitetom neisplativo je pročišćavati organskim sorbentima zbog činjenice da je za regeneraciju sorbenta potreban 2-2,5 puta višak alkalija i kiselina (troškovi pročišćavanja se povećavaju).

Situacija je suprotna za radionuklide, čija se svojstva razlikuju od svojstava njihovih makrokomponenti. Viševalentni radionuklidi dobro se sorbiraju na kationskom izmjenjivaču u prisutnosti natrijevih iona. Stoga se ioni natrija koji se nalaze u tekućem radioaktivnom otpadu ne sorbiraju, što dovodi do osjetnog smanjenja volumena regeneratora, sekundarnog otpada i učestalosti regeneracije.

Korištenje sintetskih organskih sorbenata omogućuje uklanjanje svih radionuklida u ionskom obliku iz tekućeg radioaktivnog otpada. Ali takvi sorbenti imaju određena ograničenja u upotrebi, što se razvija u ozbiljne nedostatke. Upotrebom takvih sorbenata 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 molekulama, tada sorbent gubi svoja svojstva i dolazi do kvara zbog začepljenja pora.

U praksi se prije provođenja ionske izmjene koristi filtracija na predslojnim filtrima za uklanjanje koloidnih čestica. Korištenje metode koagulacije umjesto filtracije dovodi do stvaranja velikih količina otpada. Organski spojevi iz tekućeg radioaktivnog otpada uklanjaju se ultrafiltracijom. Uočljiv je jedan od glavnih nedostataka korištenja ionske izmjene za pročišćavanje tekućeg radioaktivnog otpada - potreba za prethodnom pripremom takvog otpada.

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

Kako bi se osigurao visok stupanj pročišćavanja, postupak pročišćavanja ionskom izmjenom provodi se u dvije faze. U prvoj fazi iz tekućeg otpada uklanjaju se soli i male količine radionuklida, au drugoj fazi nuklidi se izravno uklanjaju iz odsoljenog tekućeg otpada. Regeneracija sorbenta se provodi u protustruji. Kako bi se povećala učinkovitost filtara, brzina na početku ciklusa je postavljena na (90h100) m/h, a na kraju ciklusa smanjena je na vrijednosti (10h20) m/h.

Pročišćavanje odsoljenog otpada omogućuje korištenje učinkovitih filtara mješovitog djelovanja (njihova regeneracija je teška) i filtara s predslojem zbog činjenice da je pri čišćenju takvog otpada potreba za regeneracijom minimalna. Zahvaljujući miješanom punjenju anionskih izmjenjivača i kationskih izmjenjivača u oblicima H + i OH-, protuionski učinak je eliminiran, a to dovodi do povećanja stupnja pročišćavanja i mogućnosti povećanja brzine filtracije do 100 m/h. .

Sav tekući radioaktivni otpad sadrži određenu količinu suspenzije koja je sklona molekularnoj i ionsko-izmjenjivačkoj sorpciji. Također, proizvodi korozije s hidratiziranim oksidima željeza, mangana, kobalta i nikla mogu apsorbirati mikrokomponente. U tom smislu, predlaže se odvajanje suspendiranih tvari kako bi se značajno poboljšao stupanj pročišćavanja tekućeg otpada.

Za uklanjanje komponenti kao što su 137 Cs, 99 Sr, 60 Co iz otpada koristi se dodatak selektivnih sorbenata, u ovom slučaju nanoglina (montmorilonit), što osigurava 98% pročišćavanje ovih komponenti. Sorpcija na selektivne komponente provodi se u kombinaciji s koagulacijom.

Kemijsko taloženje jedna je od učinkovitih opcija za statičku sorpciju. Prednosti kemijskih metoda su niska cijena, dostupnost reagensa, mogućnost uklanjanja radioaktivnih mikrokomponenata u ionskom i koloidnom obliku, kao i obrada slanog tekućeg otpada.

Glavna značajka kemijskog taloženja je selektivnost prema različitim mikrokomponentama, posebice prema 137 Cs, 106 Ru, 60 Co, 131 I, 90 Sr. Koagulacija i omekšavanje su kemijske metode taloženja; Primjenom ovih metoda uklanjaju se radionuklidi iz koloidnog, ionskog i molekularnog oblika.

Pri omekšavanju natrijevim vapnom, CaCO 3 i MgOH 2 se talože i služe kao kolektori za 90 Sr, koji se uklanja kristalizacijom s CaCO 3. Također, korištenje ove metode omogućuje vam uklanjanje 95 Zr i 95 Nb.

Cezij (137 Cs) uklanja se taloženjem ferocijanida željeza, nikla (najučinkovitiji), bakra i cinka, s faktorom pročišćavanja 100.

Rutenij (106 Ru) i kobalt (60 Co) slabo su koncentrirani u sedimentima zbog velikog broja svojih kemijskih oblika. Rutenij se uklanja pomoću sorbenata kao što su kadmijev sulfid, željezni sulfid i olovni sulfid. Uklanjanje kobalta učinkovito je na oksihidratima kroma i mangana. Radioaktivni jod 131I nastaje koprecipitacijom s bakrenim ili srebrnim jodidom.

Kemijsko taloženje se dovršava postupcima odvajanja faza. Kada se faze odvoje, većina tekućeg otpada se izbistri, a mulj se koncentrira. Razdvajanje faza provodi se filtracijom ili izlaganjem sustava polju sila, koje može biti gravitacijsko (taložnici i taložnici) i inercijsko (centrifuge). Zbog stvaranja velikih količina pulpe s vrlo visokom vlagom, taložnici se koriste izuzetno rijetko, u tu svrhu koriste se taložnici. Bistrenje u takvim uređajima odvija se velikim brzinama i osigurava visok stupanj pročišćavanja.

Za daljnje bistrenje tekućine provodi se filtriranje. Upotrebom skupnih filtera postiže se finija filtracija, takvi filteri imaju veću produktivnost, a tijekom njihove regeneracije nastaje mala količina otpada. Bulk filteri su postali sve rašireniji zbog svoje jednostavnosti i pouzdanosti, unatoč stvaranju velike količine sekundarnog otpada tijekom regeneracije.

Sorpcijski filtri vrlo su popularni proizvodi za uklanjanje različitih mehaničkih i organoklornih nečistoća upijanjem onečišćivača na unutarnjoj površini zrna za utovar.

O odabiru i ugradnji filtra za sorpciju raspravljat ćemo u ovom članku.

Što je adsorpcija

Izraz "adsorpcija" odnosi se na proces apsorpcije tekućeg onečišćenja površinskim slojem krutine. Temelji se na difuziji molekula zagađivača kroz poseban tekući film koji okružuje čestice adsorbensa na površini potonjih, što se događa kada se tekućina koja se pročišćava miješa.

Zatim se difuzija nastavlja brzinom određenom strukturom korištenog adsorbensa i veličinom molekula sakupljenih tvari.

Ovaj je postupak najučinkovitiji u slučajevima kada tekućina ima nisku koncentraciju kontaminanata (tijekom faze dubinskog čišćenja). U takvim slučajevima, učinkovitost procesa omogućuje postizanje praktički nulte koncentracije onečišćujućih tvari na izlazu.

Učinkovitost i brzina adsorpcije izravno ovisi o:

  • strukture sorbenta;
  • koncentracije onečišćujućih tvari i njihova kemijska priroda;
  • aktivna reakcija okoline;
  • temperatura.

Danas su najbolji sorbenti namijenjeni pročišćavanju vode aktivni ugljeni različitih marki. Učinkovitost potonjeg određena je prisutnošću mikropora. Njihov ukupni volumen glavna je karakteristika i naznačen je za svaku marku.

Tijekom procesa sorpcije mora se spriječiti kontakt ugljena s vodom u kojoj su otopljene koloidne i suspendirane tvari, jer prekrivaju pore aktivnog ugljena. Ugljen koji je izgubio sorpcijsku sposobnost zamjenjuje se ili regenerira.

Dodavanje ozona ili klora (oksidacijskog sredstva) prije ulaska vode u filtar produljuje životni vijek aktivnog ugljena prije zamjene, poboljšava kvalitetu izlazne vode i pročišćava je od postojećih dušikovih spojeva.

Kombinirana provedba ozonizacije i sorpcije omogućuje postizanje sinergijskog učinka, čime se mogućnosti aktivnog ugljena povećavaju gotovo 3 puta.

Ako do sorpcije dođe nakon prethodnog kloriranja, tada se amonijačni dušik uklanja iz tekućine koja se pročišćava.

Ako se kao sorbenti koriste minerali koji sadrže Mg i Ca prirodnog podrijetla ili aluminijeve okside, fosforni spojevi se vrlo učinkovito uklanjaju iz vode.

Svrha i opseg

Sorpcijski filtri različitih marki koriste se za dubinsko pročišćavanje vode u zatvorenim vodoopskrbnim sustavima, kao i za pročišćavanje organskih zagađivača (uključujući biološki teške) iz otpadnih voda.

Pročišćavanje sorpcijskim postupkom smatra se jednom od najučinkovitijih metoda finog pročišćavanja ovih voda od onečišćenja organskog podrijetla.

Tehnologija je najučinkovitija kod čišćenja otpadnih voda od boja, hidrofobnih i aromatskih spojeva alifatske skupine, slabih elektrolita itd.

Metoda sorpcije ne koristi se za pročišćavanje otpadnih voda onečišćenih isključivo tvarima anorganskog podrijetla ili organskim tvarima niske molekulske mase (aldehidi, alkoholi).

Tehnologije sorpcijskog pročišćavanja koriste se samostalno iu bloku s biološkim pročišćavanjem u fazi dubokog prethodnog pročišćavanja.

Klasifikacija sorpcijskih postrojenja za pročišćavanje

Prema vrsti procesa:

  • periodički;
  • stalan.

Prema hidrodinamičkom režimu:

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

Prema stanju slojeva sorbenta:

  • kretanje;
  • fiksni.

Prema smjeru filtracije:

  • protutok;
  • izravni protok;
  • mješoviti promet.

Kontaktom međudjelovanja faza:

  • stepenasto;
  • stalan.

Prema dizajnu filtera:

  • stupac;
  • kapacitet

Dizajn filtra za sorpciju

Filtar za sorpciju sastoji se od:

  • tijelo, koje je cilindar od stakloplastike potrebnih dimenzija;
  • fiksni sloj aktivnog ugljena s podlogom od šljunka;
  • kontrolni ventil različitih tipova (opcija - mehanički ventil);
  • cjevovod kojim se dovodi otpadna voda;
  • cjevovod kroz koji se ispušta pročišćena voda;
  • cjevovod kroz koji se dovodi voda za otpuštanje;
  • sustav odvodnje i distribucije.

Linearna brzina filtracije uvelike ovisi o stupnju onečišćenja vode koja se isporučuje za obradu. Njegova vrijednost može biti od 1 do 10 m3/sat. Veličine zrna sorbenta kreću se od 1 do 5 mm.

Najoptimalnija opcija čišćenja smatra se filtracijom, tijekom koje se tekućina dovodi odozdo prema gore. U ovom slučaju, cijelo područje poprečnog presjeka filtra je ravnomjerno ispunjeno, a mjehurići zraka koji ulaze s vodom vrlo se lako istiskuju.

Filtri s fiksnim slojem sorbenata koriste se za regenerativno pročišćavanje otpadnih voda, a istovremeno se rješavaju problemi recikliranja vrijednih komponenti prisutnih u njima. Desorpcija se izvodi pomoću kemijskih otapala ili vodene pare.

Princip rada

Razmotrimo princip rada filtra za sorpciju na primjeru modela serije FSB, koji se koristi u tehnološkim shemama oborinske kanalizacije. Neposredno na njegovom ulazu ugrađeni su hvatač pijeska i hvatač ulja, što omogućuje smanjenje pokazatelja za ove vrste onečišćenja na dopuštene koncentracije.

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

Ovdje se ravnomjerno raspoređuje po cijelom području ugrađenog sorbenta, čija marka i količina ovise o početnoj i konačnoj koncentraciji onečišćujućih tvari i potrebnoj produktivnosti. P

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

Ugradnja filtra za sorpciju

Postupak instalacije:

  • iskopana je jama potrebnih dimenzija;
  • dno je prosuto pijeskom, čiji sloj doseže debljinu od 300 mm, a zatim pažljivo zbijen;
  • armirano-betonska ploča (300 mm ili više) izlijeva se preko ovog jastuka, čije su geometrijske dimenzije određene vrijednošću "promjer kućišta filtra + 1000 mm";
  • kućište sorpcijske jedinice za naknadnu obradu postavljeno je strogo okomito na ploču;
  • za stabilnost, voda se prethodno puni u kućište približno do razine perforiranog dna;
  • kako bi se izbjeglo pomicanje tijela tijekom zatrpavanja, prethodno je osigurano sidrima;
  • Jama se puni u slojevima od 300 mm pijeskom bez kamenja, pri čemu se svaki sloj pažljivo nabija. Zatrpavanje se dovršava nakon postizanja razine odvodnih i dovodnih cijevi;
  • cjevovodi su spojeni (preljev, odvod, dovod). Zatim se proces punjenja nastavlja do vrha kućišta filtra. Potrebno je kontrolirati rad vibratora na mjestima spajanja gore navedenih cjevovoda, kako ih ne bi oštetili;
  • teret se stavlja unutar kućišta u vrećama. Štoviše, sljedeći se poslužuje nakon što se sadržaj prethodnog ravnomjerno rasporedi po cijeloj površini perforiranog dna;
  • Prije puštanja u pogon utovareni teret mora se temeljito oprati.

Kućište mora biti napunjeno vodom za punjenje i čistom vodom.

Kako bi sorpcijski filtar koji odaberete uklonio najveći mogući broj vrsta zagađivača, ugljični filtar moraju se dodati različite tvari za ionsku izmjenu, čiji se popis određuje uzimajući u obzir prioritetne zagađivače u vašem poduzeću (lokaciji).

Općenito, sorpcija se odnosi na procese površinske (adsorpcija) i volumetrijske (apsorpcija) apsorpcije tvari na granici između dviju faza: krute i tekuće, krute i plinovite, tekuće i plinovite. Sorpcijski procesi imaju važnu ulogu u suvremenoj tehnologiji poluvodiča i dielektrika, budući da omogućuju razdvajanje tvari s vrlo sličnim fizikalno-kemijskim svojstvima (elementi rijetkih zemalja, metali poput cirkonija i hafnija itd.).

Adsorpcijski sustav se sastoji od adsorbent- tvar na čijoj površini dolazi do apsorpcije, i adsorbat - tvar čije se molekule apsorbiraju. Prema prirodi procesa razlikujemo fizikalnu i kemijsku adsorpciju. Na fizička adsorpcija molekule adsorbata ne stupaju u kemijsku interakciju s adsorbentom i stoga zadržavaju svoju individualnost na površini apsorbera; adsorpcija je u ovom slučaju posljedica djelovanja van der Waalsovih sila. Na kemijska adsorpcija, ili kemisorpcije, adsorbirane molekule stupaju u kemijsku reakciju s adsorbensom i stvaraju kemijske spojeve na površini. Obrnuti proces – proces uklanjanja molekula s površine adsorbensa naziva se desorpcija. Fizička adsorpcija je, za razliku od kemisorpcije, reverzibilna. Proces desorpcije također se može koristiti kao metoda pročišćavanja. Adsorpcija je selektivan proces, tj. Na površini adsorbensa adsorbiraju se samo one tvari koje smanjuju slobodnu energiju površinskog sloja, odnosno smanjuju površinsku napetost u odnosu na okolinu. Dakle, korištenjem različitih adsorpcijskih sposobnosti tvari koje se nalaze, na primjer, u otopini, moguće ih je odvojiti i pročistiti tako da se jedna od njih apsorbira adsorbentom, a druga ostavi u otopini. Kvantitativna karakteristika adsorpcijskog sustava je izoterma adsorpcije. Izražava odnos između koncentracije tvari S u otopini i njegovu količinu Cs, adsorbirana jedinicom površine adsorbensa na konstantnoj temperaturi u uvjetima adsorpcijske ravnoteže. 1. Površina adsorbensa ima ograničen broj neovisnih adsorpcijskih mjesta, a svako mjesto može adsorbirati samo jednu molekulu.

2. . MOS hidridna epitaksija poluvodiča.

Većina poluvodičkih spojeva A 3 B 5 , A 2 B 6 i A 4 B 6 mogu se uzgajati pomoću MOC tehnologije. U slučaju rasta spojeva A 3 B 5, umjesto organometalnih spojeva elemenata pete skupine mogu se koristiti hidridi odgovarajućih elemenata. U ovom slučaju, uobičajeno je koristiti izraz MOC-hidridna tehnologija. Neki organometalni spojevi: Ga(CH 3) 3 - trimetilgalij (TMG), Ga(C 2 H 5) 3 - trietilgalij (TEG), In(CH 3) 3 - trimetilindij (TMI), In(C 2 H 5) 3 – trietilindij (TEI), Al(CH 3) 3 – trimetilaluminij (TMA) (općenito – MR3, gdje je M metal, R 3 – (CH 3) ili (C 2 H 5) – alkil). Hidridi: AsH 3 – arzin, PH 3 – fosfin.

Shematski opis procesa tijekom MOS hidridne epitaksije prikazan je na slici. 2. Reakcija se odvija u struji plina pri atmosferskom ili sniženom tlaku u reaktoru s hladnim stijenkama. Plin nositelj je obično vodik. Pojedini stupnjevi kompletne reakcije odvijaju se već u plinovitoj fazi. Završne faze i ugradnja u rešetku odvijaju se na površini poluvodiča. Tipični reaktori dopuštaju povezivanje više organometalnih i hidridnih izvora, tako da se izmjenični slojevi različitih materijala mogu uzgajati uzastopno u jednom ciklusu rasta. To omogućuje dobivanje višeslojnih višekomponentnih epitaksijalnih struktura.

Tehnološki proces metal-organske epitaksije ne uključuje jetkače, a proces rasta nije rezultat natjecanja između taloženja i jetkanja, kao kod nekih drugih metoda parno-plinske epitaksije. Kao rezultat, osigurane su oštre granice između slojeva i ujednačenost rastućih slojeva u debljini i sastavu.

MOS hidridna epitaksija je najjednostavnija od svih tehnologija za proizvodnju epitaksijskih slojeva spojeva A III B V iz plinovite faze. Ukupna reakcija stvaranja spojeva je reakcija tipa

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