dom » CCTV

Metoda sorpcyjna w oczyszczaniu wody. Sorpcja (oczyszczanie ścieków). Na jakie rodzaje sorpcyjnego oczyszczania wody dzielimy się?


Dobór sorbentów. Asortyment sorbentów do wstępnego oczyszczania wody produkowanych przez przemysł jest bardzo zróżnicowany. Do oczyszczania wody z substancji organicznych stosuje się węgle aktywne, żelowe, makroporowate anionity itp. Węgle aktywne mają powolną kinetykę sorpcji z roztworów, co wymaga dużych powierzchni filtracyjnych, słabej regenerowalności przy użyciu odczynników (pojemność resztkowa po pierwszej regeneracji jest znacznie mniej niż połowa oryginału), kruchość mechaniczna, wysoka zawartość popiołu.

Wymieniacze anionowe, zwłaszcza makroporowate, są wolne od wielu wymienionych wad. Wstępna selekcja najlepszych z nich odbywa się w warunkach statycznych, gdy sorbenty mają kontakt z roztworami modelowymi lub z zadaną wodą przez godzinę.

Po wybraniu najlepszych próbek (w tym przypadku okazały się to sorbenty krajowe typu polimeryzacyjnego AB-171 i typu kondensacyjnego IA-1) przeprowadza się badania kinetyczne. Ich celem jest określenie charakteru etapu ograniczającego proces, znalezienie współczynników dyfuzji oraz czasu do osiągnięcia równowagi. Etap ograniczający proces określa się na podstawie następującego kryterium: jeżeli mieszanie roztworu przyspiesza sorpcję, oznacza to dominujący wpływ dyfuzji zewnętrznej; Bezpośredniego dowodu na mechanizm intradyfuzji dostarcza eksperyment z „przerwaniem”. Jeżeli po przerwie proces sorpcji zostanie wznowiony i aktywność sorpcyjna fazy stałej wzrośnie, to śmiało możemy mówić o intradyfuzyjnym charakterze procesu.

Sorpcja substancji humusowych. Według danych kinetyka wewnątrzdyfuzji ogranicza sorpcję substancji humusowych, czyli sorpcyjne wstępne oczyszczanie wody.

Z analizy tego równania wynika, że ​​utrata efektu ochronnego, wyrażona w jednostkach liniowych lub objętościowych sorbentu, jest im większa (a czas pracy kolumny tym krótszy) im większe jest natężenie przepływu, promień ziaren sorbentu i zadany głębokość oczyszczania.

Na podstawie eksperymentów kinetycznych określa się współczynniki dyfuzji i czas ustalenia równowagi w układach wymieniacz jonowy-roztwór oraz konstruuje się izotermy sorpcji. Izotermy sorpcji kwasów huminowych i fulwowych przez anionity IA-1 i AB-171 opisuje równanie Langmuira.

W pracach porównano wyniki doświadczalnego wyznaczania pojemności sorpcyjnej przed przebiciem substancji humusowych z pojemnością sorpcyjną obliczoną za pomocą równań; rozbieżności nie przekraczają 10-15%. Zmieniając natężenie przepływu, głębokość oczyszczania, promień ziarna sorbentu i samego sorbentu, można określić stratę czasu działania ochronnego kolumny dla każdej opcji. Jednocześnie należy pamiętać, że nakłada to bardzo dużą odpowiedzialność na dokładność wyznaczania współczynników dyfuzji i równowagi w układach sorbent-roztwór, które dostarczają danych wyjściowych do obliczenia dynamiki sorpcji.

Zatem najlepszym sorbentem do wstępnego oczyszczania wody okazał się makroporowaty wymieniacz anionowy IA-1, pracujący w postaci chloru, przy pH oczyszczonego roztworu równym 3,0-3,5. Jeśli chodzi o wielkość ziarna, jego wybór jest ograniczony charakterem systemu drenażowego i pożądanym natężeniem przepływu wody.

Wody naturalne zawierają kwasy humusowe i fulwowe. Te pierwsze są gorzej sorbowane, a ich „przebicie” praktycznie ogranicza proces oczyszczania. Dlatego wartość należy obliczyć na podstawie zawartości kwasów huminowych w oczyszczonej wodzie. W przypadku ich braku po oczyszczeniu koagulacyjnym, czas pracy kolumny sorpcyjnej oblicza się na podstawie zawartości kwasów fulwowych w wodzie.

Fakt, że sorpcja słabo dysocjujących kwasów huminowych i fulwowych jest lepsza w środowisku kwaśnym i na wymieniaczu anionowym w postaci soli, wskazuje na niejonowymienne mechanizmy absorpcji tych substancji i sugeruje korzystny ekonomicznie i technologicznie schemat wstępnego przygotowania wody oczyszczenie. Za kationitem typu H i za nim dekarbonizatorem należy zamontować kolumnę sorpcyjną z wymiennikiem jonowym IA-1. Eliminuje to potrzebę zakwaszania wody, gdyż zakwasza się ona samoistnie podczas kationizacji. Tym samym kolumna sorpcyjna staje się integralną częścią instalacji odsalania. Łącząc oczyszczanie koagulacyjne z sorpcją, woda jest w 80-85% wolna od zanieczyszczeń organicznych. Ponadto głębsze oczyszczanie wody z zanieczyszczeń organicznych odbywa się za pomocą wymienników jonowych w części odsalania instalacji.

Ekstrakcja innych substancji organicznych. Wody powierzchniowe i artezyjskie zawierają substancje organiczne należące do różnych klas związków. Ustalono, że substancje takie jak cukry, substancje białkowe, aminokwasy przechodzą przez system kolumn jonowymiennych i dostają się do głęboko zdemineralizowanej wody. Ponadto ich ilość zależy od składu wody źródłowej i znacznie przewyższa zawartość zanieczyszczeń mineralnych. Konieczna jest maksymalna ekstrakcja tych substancji z wody podczas jej wstępnego oczyszczania metodą sorpcyjną.

W pracy porównano zdolność niektórych węgli aktywnych i makroporowatych anionitów do sorpcji różnych, oznaczanych analitycznie związków organicznych rozpuszczonych w wodach naturalnych. W tym celu 100 objętości wody rzecznej przepuszczono przez warstwę sorbentu o wysokości 60 cm z prędkością 7 m/h po ich kationizacji H, co stworzyło najkorzystniejsze warunki do sorpcji.

Kwasy fulwowe są lepiej ekstrahowane żywicami niż węglem, a wydajności wymienników jonowych dla kwasów fulwowych są prawie takie same. Ale nawet w tym przypadku zastosowanie wymieniacza jonowego IA-1 jest bardziej celowe, ponieważ regeneruje się go łatwiej i przy mniejszym zużyciu odczynnika.

Drugą bardzo istotną grupą związków, które wchodząc do głęboko odsolonej wody mogą wpływać na jej oporność elektryczną, są kwasy karboksylowe. Do ich sorpcji najlepiej nadają się węgiel SKT-VTU-2 i anionit AV-171. Spośród tych dwóch sorbentów należy oczywiście preferować wymieniacz jonowy, ponieważ jego pojemność można przywrócić za pomocą odczynników chemicznych. Do usunięcia aminokwasów prostych i złożonych należy zastosować również wymieniacz anionowy AB-171.

Cukry proste i złożone, które nie wpływają na oporność elektryczną wody demineralizowanej, są w dużej mierze sorbowane wyłącznie przez węgiel BAU. Dlatego przy wyborze sorbentów do oczyszczania wody należy kierować się nie tylko wielkością ich pojemności i możliwością jego odzysku, ale także koniecznością usunięcia z wody konkretnego związku.

W celu przybliżonej oceny rozkładu substancji organicznych w warstwach tych sorbentów zarejestrowano odpowiednie krzywe uzysku. Obciążenie wymieniaczy jonowych w postaci chloru wynosiło 1 litr przy wysokości warstwy 60 cm; szybkość przepływu roztworu wynosi 10 m/h.

Przesącz do analizy zbierano w sposób ciągły we frakcjach po 10 l każda. Czas trwania okresu pracy kolumny jest równy 200 zmniejszonym objętościom; Wartość pH przepływającej wody ustalano poprzez wstępną kationizację wody źródłowej. Stosując różne sorbenty i ich kombinacje, można usunąć znaczną część substancji organicznych rozpuszczonych w wodzie. Jednak przy użyciu wymienionego zestawu środków prawie nie jest możliwe uzyskanie wody całkowicie wolnej od substancji organicznych.

Zawartość i stosunek nieelektrolitów organicznych, takich jak cukry, białka, estry itp., różnią się nie tylko w zależności od strefy geograficznej, ale także w obrębie jednego regionu. Nie można zatem oczekiwać, że przy tych samych schematach technologicznych i sposobach demineralizacji wody zdemineralizowane będą takie same pod względem ilościowym i jakościowym zawartości substancji organicznych. W związku z tym należy zachować ostrożność w przypadku prób standaryzacji suchej pozostałości wody o wysokiej oporności bez uwzględnienia składu źródła.

Usuwanie żelaza (odmrażanie). Wody żelazne to wody zawierające więcej niż 1 mg/l żelaza. Wymieniacz kationowy absorbuje jony żelaza dwuwartościowego mniej więcej w taki sam sposób jak jony wapnia, a jony żelaza jeszcze skuteczniej. Można by się spodziewać, że podczas odsalania jonowymiennego woda będzie jednocześnie „odżelaziana”. Proces ten utrudniają jednak pewne właściwości fizykochemiczne związków żelaza występujących w wodach naturalnych.

W zbiornikach otwartych, dobrze napowietrzonych, znaczna część żelaza występuje w postaci związków Fe o różnym stopniu hydrolizy.

Podczas koagulacji i późniejszego oczyszczania sorpcyjnego woda jest uwalniana nie tylko od barwnych (głównie związków humusowych), ale także od koloidalnych i złożonych form żelaza. Zatem oczyszczanie z substancji organicznych jest jednocześnie aktem odmrażania wody.

Przedsiębiorstwa zużywające szczególnie czystą wodę zdemineralizowaną zaleca się, aby w miarę możliwości pozyskiwały ją z wód gruntowych, które zazwyczaj są wolne od zanieczyszczeń organicznych. Wiadomo, że ponad 25% wszystkich sieci wodociągowych otrzymuje wodę gruntową o zawartości żelaza od 1 do 5 mg/l.

W pozbawionych tlenu wodach gruntowych żelazo występuje głównie w postaci częściowo zhydrolizowanego roztworu wodorowęglanu. Gdyby substancja ta została dostarczona do żywicy kationowymiennej w postaci nieutlenionej i niezhydrolizowanej lub nie została utleniona w samym filtrze z żywicy kationowymiennej, można by oczekiwać niemal całkowitej wymiany jonów żelaza na jony wodorowe. Jednak wraz z reakcją wymiany jonowej, której szybkość zależy od procesów dyfuzyjnych, zachodzą reakcje hydrolizy soli żelaza, utleniania i przejścia do słabo dysocjujących i praktycznie nierozpuszczalnych związków zdolnych do tworzenia koloidów. Połączenie takich procesów powoduje, że woda zawierająca w stanie równowagi np. 0,16 mg/l żelaza w postaci jonowej może charakteryzować się całkowitą zawartością żelaza na poziomie 2 mg/l. Wymieniacz kationowy będzie absorbował tylko jonową formę żelaza i wraz z absorpcją rozpuści niektóre najmniej trwałe produkty hydrolizy.

Uwolnienie jonów wodorowych podczas pracy wymieniacza kationowego mogłoby zahamować reakcję, a nawet przesunąć ją w lewo, zwłaszcza że o liczbie jonów wodorowych w wodzie kationizowanej H decyduje całkowita zawartość soli, która wynosi prawie dwa rzędy większa niż liczba jonów żelaza w wodzie.

W miarę aktywacji górnych warstw wymieniacza kationowego na przesunięcie reakcji w prawo będą miały wpływ dwie okoliczności: obecność w warstwie jonów Fe(II), katalitycznie przyspieszających ich przemianę w jony Fe(III) oraz częściowa absorpcja jonów wodorowych przez wymieniacz kationowy, wymieniając na jony sodu i wapnia, którymi jest on wypełniony, warstwa zużytej żywicy. Wodorotlenek Fe(III) i inne produkty hydrolizy powstałe w tych warunkach nie będą już uczestniczyć w wymianie jonowej i przedostaną się do wody kationizowanej H, podobnie jak ta część związków żelaza, która była obecna w pierwotnej wodzie.

Ilościowy opis tych procesów jest nadal trudny. Jednocześnie obecność żelaza w postaci niejonowej w wodach kationizowanych H i odsolonych jest w sposób zadowalający wyjaśniona proponowaną koncepcją i wskazuje na konieczność usunięcia żelaza z żelazistych wód gruntowych przed wprowadzeniem ich do instalacji odsalania jonowymiennego. Powyższe równanie sugeruje główne sposoby usuwania żelaza z wody. Są to napowietrzanie (nasycenie tlenem) i alkalizacja (wiązanie jonów wodorowych). W wodach wodorowęglanowych ten ostatni zachodzi samoistnie wraz z uwolnieniem stechiometrycznej ilości dwutlenku węgla. Napowietrzanie można przeprowadzić poprzez nadmuch powietrza, rozpylanie wody w powietrzu lub zastosowanie ozonu; Jako inne środki utleniające można stosować aktywny chlor i nadmanganian potasu. Pod wpływem utleniaczy wymieniacze jonowe „starzeją się”, dlatego odżelazianie zaleca się przeprowadzać metodą bezodczynnikową.

Usuwaniem żelaza z wód podziemnych poświęcono monografię, w której podsumowano zarówno teoretyczne, jak i technologiczne aspekty zagadnienia. Biorąc pod uwagę specyfikę pozyskiwania stosunkowo małych ilości wody zdemineralizowanej o wysokiej czystości do celów przemysłowych oraz specyfikę samych gałęzi przemysłu zużywających taką wodę, należy skupić się na metodzie uproszczonego napowietrzania, a następnie filtracji.

Nad otwartym filtrem woda tryska przez otwory w rurach zasilających. Grubość warstwy piasku w filtrze wynosi zwykle co najmniej 1,2 m, a wielkość ziaren wynosi od 0,8 do 1,6 mm. Większą chłonnością zanieczyszczeń charakteryzują się filtry z dwuwarstwowym załadunkiem o łącznej grubości 1,2-1,5 m i grubości warstwy wierzchniej 0,5 m. Dla warstwy dolnej piasek kwarcowy o uziarnieniu 0,8-1,2 mm stosuje się, a na górze - antracytowe wióry o grubości 0,9-2,4 mm. Szybkość filtracji w filtrach otwartych sięga 10 m/h. Z reguły wraz ze spadkiem prędkości przesyłu wody wzrasta zdolność zatrzymywania zanieczyszczeń przez filtry, dlatego też filtry otwarte należy projektować na prędkość nie przekraczającą 5-7 m/h.

W zależności od przyjętej szybkości filtracji, początkowej zawartości żelaza w wodzie i innych czynników, czas działania filtrów jest w naturalny sposób zróżnicowany. Przy szybkości filtracji 5-7 m/h i początkowej zawartości żelaza w wodzie 3-4 mg/l cykl pracy instalacji wynosi 60-100 h. Następnie filtry są płukane z intensywnością przeciwprądową 15-18 l/(s-m2) przez 10-15 min.

Objętość wody płuczącej filtry w sekcji odmrażania wody sięga 4% objętości wody oczyszczonej. Przy dobrze dobranej pracy instalacji odmrażania tego typu zawartość żelaza w filtracie wynosi 0,05-0,1 mg/l.

W odróżnieniu od destylatu, który zawiera do 5 µg/l żelaza, kondensat techniczny może być wzbogacony produktami korozji. Przy otrzymywaniu szczególnie czystej wody zdemineralizowanej z takiego kondensatu konieczne jest wstępne odmrażanie. W tym celu stosuje się filtry z węgla sulfonowego, pracujące ze skutecznością 25-50%, lub bardziej wydajne filtry magnetytowe, filtry z celulozy aluwialnej, filtry z jonitu aluwialnego (zwane za granicą powdexem). Zaproponowano filtry anionitowe, w których usuwanie żelaza opiera się na działaniu koagulującym wymieniacza anionowego w postaci OH. Filtry aluwialne jonowymienne działają ze skutecznością sięgającą 100% ze względu na niemal natychmiastową kinetykę procesu. Tutaj wraz z sorpcją jonów z fazy ciekłej następuje mechaniczna retencja cząstek fazy stałej, koagulacja i tworzenie kompleksów z anionitem, jeśli do warstwy aluwialnej zostanie zastosowana mieszanina kationów i anionitów.

Doświadczenia wykazały przydatność aluwialnych filtrów jonowymiennych do ekstrakcji substancji humusowych kompleksujących żelazo i inne metale z wody.

Wagę problemu odżelaziania jako etapu wstępnego oczyszczania wody uwidoczniło się szczególnie w związku z koniecznością wykorzystania wody ultraczystej do produkcji mikroelektroniki. Do końcowego oczyszczenia wody przed podaniem jej do mycia części instrumentów stosuje się mikrofiltr o porach 0,2 mikrona, który zatrzymuje ciała drobnoustrojów. Jeśli na poprzednich etapach z wody zdemineralizowanej nie zostanie dostatecznie usunięte żelazo, wówczas mikrofiltry szybko się zatykają.

Zmiękczanie wody. Przy częściowym odsalaniu wody metodą elektrodializy lub metodą odwróconej osmozy, w niektórych przypadkach konieczne jest wcześniejsze zmiękczenie wody, czyli uwolnienie jej od kationów wapnia i magnezu, które przy odpowiednim składzie anionowym wody mogą tworzyć osady na membranach jonowymiennych lub na membranach (włóknach) stosowanych w urządzeniach odwróconej osmozy.

Zmiękczanie jest wskazane jako wstępny etap oczyszczania przy odsalaniu stosunkowo małych mas wody metodą wymiany jonowej. Regenerację wymieniacza kationowego, czyli przekształcenie go w formę sodową, przeprowadza się poprzez przepuszczenie 6-10% roztworu chlorku sodu przez warstwę zużytego sorbentu i późniejsze przemycie wodą.

Z powodów, które zostaną omówione poniżej, zużycie soli kuchennej do regeneracji przekracza stechiometryczne 2,5-5 razy. Przy pracy z wodą o dużej zawartości soli zaleca się do zmiękczania stosować silnie kwasowy wymieniacz kationowy typu KU-2. Jednocześnie w porównaniu z takimi kationitami jak węgiel sulfonowany czy KU-1, zużycie soli do regeneracji jest dość znacząco obniżone.

Spośród istniejących metod uzdatniania wody, jedną z najpowszechniejszych jest metoda sorpcyjna. Co to jest oczyszczanie wody sorpcyjnej i dlaczego jest potrzebne? Procedura ta odnosi się do skutecznych metod głębokiego oczyszczania cieczy, pozwalających na usunięcie szkodliwych zanieczyszczeń i związków chemicznych poprzez wiązanie cząstek na poziomie molekularnym. Wyjątkowość takiej filtracji polega na możliwości usunięcia z wody substancji organicznych, których nie da się oddzielić w żaden inny sposób.

Sorpcyjna metoda oczyszczania wody przy użyciu wysoce aktywnych sorbentów pozwala na otrzymanie cieczy, w której prawie nie ma pozostałości koncentratu. Wysoka aktywność sorbentów pozwala na interakcję z substancjami niezależnie od ich stężenia: nawet przy małych dawkach szkodliwych zanieczyszczeń metoda ta sprawdzi się.

Pojęcie adsorpcji i jej skuteczność

Termin „adsorpcja” odnosi się do procesu absorpcji zanieczyszczeń w wodzie przez powierzchnię ciał stałych. Polega ona na zasadzie przepuszczania cząsteczek takich zanieczyszczeń przez specjalny film otaczający adsorbent i przyciągania ich na swoją powierzchnię. Powyższy proces zachodzi podczas mieszania płynu czyszczącego.

Metoda ta pozwala osiągnąć największy efekt przy niskim stężeniu substancji szkodliwych, co obserwuje się w przypadku silnego czyszczenia. Wszystko, co nie osadziło się na poprzednich filtrach, jest usuwane poprzez sorpcję, a efektem końcowym jest czysta woda.

Szybkość procesu i jego efektywność zależą od wielu czynników:

  • Struktury sorbentów.
  • Temperatury.
  • Stężenie substancji zanieczyszczającej i jej skład.
  • Aktywność reakcji środowiska.

W nowoczesnych instalacjach najlepszym sorbentem, który skutecznie oczyszcza wodę, jest różnego rodzaju węgiel aktywny. Im więcej mikroporów ma dana substancja, tym wyższa jest jakość oczyszczania wody poprzez sorpcję węgla.

Specjaliści firmy Ruswater pomogą Państwu wybrać najlepszą opcję dla jednostek filtrujących działających na zasadzie sorpcji, co umożliwi zorganizowanie skutecznego uzdatniania wody i oczyszczenie wody z różnych zanieczyszczeń, niezależnie od jej przeznaczenia.

Filtracja wody przez węgiel aktywny powinna zapobiegać przedostawaniu się cieczy z rozpuszczonymi zawiesinami i cząsteczkami koloidalnymi do sorbentu, gdyż psują one powierzchnię węgla, osłaniając jego pory. Sorbent, który w wyniku takiego narażenia stał się bezużyteczny, jest odnawiany lub wymieniany.

Do odchlorowania wody stosuje się filtry sorpcyjne na bazie węgla aktywnego, które uszlachetniają wodę, a także pozwalają na jej oczyszczenie z wtrąceń azotowych. Łączne zastosowanie sorpcji i ozonowania znacznie zwiększa skuteczność czyszczenia, jednocześnie zwiększając możliwości węgla aktywnego. Zastosowanie jako sorbentu naturalnych minerałów zawierających Ca i Mg oraz tlenków glinu powoduje usunięcie z wody związków fosforu.

Dlaczego sorpcja jest potrzebna i gdzie się ją stosuje?

Filtracja wody węglem za pomocą różnego rodzaju jednostek sorpcyjnych służy do głębokiego oczyszczania cieczy w układach zamkniętych, w tym do oczyszczania ścieków z materii organicznej.

Spośród istniejących metod dokładnego oczyszczania sorpcja uznawana jest za jedną z najskuteczniejszych metod usuwania substancji organicznych z wody bez znacznych kosztów. Technologia ta cieszy się popularnością w przypadkach, gdy konieczne jest oczyszczenie ścieków z barwników, a także usunięcie innych związków hydrofobowych.

Metoda ta nie jest odpowiednia, jeśli ścieki zawierają wyłącznie zanieczyszczenia nieorganiczne lub rozpuszczona w nich materia organiczna ma niską strukturę molekularną. Sorpcję można stosować w połączeniu z oczyszczaniem biologicznym lub działać jako środek niezależny.

Sorpcyjne oczyszczanie wody pozwala uwolnić ciecz od smaku siarkowodoru i chloru oraz usunąć nieprzyjemne zapachy. Skuteczność wykorzystania węgla aktywnego jako sorbentu tłumaczy się jego budową: filtracja odbywa się poprzez istniejące mikropory. Węgiel aktywny pozyskiwany jest z drewna, torfu, produktów pochodzenia zwierzęcego lub łupin orzechów. Nałożenie cząstek jonów srebra na powierzchnię węgla aktywnego zabezpiecza materiał przed uszkodzeniem przez różne mikroorganizmy.

W większości przypadków węgiel aktywny służy do oczyszczania wody z materii organicznej oraz do przeprowadzenia procesu uzdatniania wody przed odwróconą osmozą. Sorpcja pozwala skutecznie usunąć chlor z wody, poprawiając jej jakość. Jednocześnie metodą tą usuwa się również chlor, przygotowując wodę technologiczną wykorzystywaną do celów higienicznych.

Nasze systemy oczyszczania węgla

Filtry sorpcyjne cieszą się nie mniejszym zainteresowaniem w całym systemie usuwania żelaza. Sorpcyjne oczyszczanie wody z żelaza jest konieczne w celu usunięcia jego cząstek stałych po utlenieniu do nierozpuszczalnych tlenków.

Systemy oczyszczania sorpcyjnego mogą być różne. Wybór konkretnej opcji następuje po analizie wody i identyfikacji zawartych w niej zanieczyszczeń. Takie prace powinni wykonywać profesjonaliści, dlatego nasi specjaliści są zawsze gotowi, aby Ci w tym pomóc.

Metody sorpcji

Metody sorpcyjne opierają się na absorpcji radionuklidów w fazie stałej poprzez mechanizmy wymiany jonowej, adsorpcji, krystalizacji i inne.

Sorpcję przeprowadza się w warunkach dynamicznych i statystycznych. Przy sorpcji dynamicznej początkowe odpady ciekłe są filtrowane w sposób ciągły przez sorbent, a przy sorpcji statycznej następuje chwilowy kontakt dwóch faz z mieszaniem i dalszym rozdzielaniem.

Sorpcję dynamiczną przeprowadza się w filtrach aluwialnych lub masowych. Różnica polega na tym, że w filtrach masowych stosowane są sorbenty w postaci granulowanego, trwałego materiału; w filtrach z powłoką wstępną jako sorbent stosuje się materiały nieorganiczne i organiczne pochodzenia sztucznego i organicznego.

Do oczyszczania ciekłych odpadów promieniotwórczych z radionuklidów, sorbentów (wymienników jonowych) typu KB-51-7, KU-2-8 (kationit mocnokwasowy), AV-17-8 (wymiennik anionowy silnie zasadowy), AN-31 i AN-2FN (słabo zasadowe wymieniacze anionowe), wermikulit. Sorbenty produkowane są w postaci granulatu, który przed użyciem nasącza się specjalnym roztworem w celu aktywacji. Wszystkie wymienione sorbenty charakteryzują się wysokimi współczynnikami oczyszczania i dobrymi właściwościami filtracyjnymi.

Reakcje heterogeniczne wymiany jonowej są odwracalne, co pozwala na regenerację sorbentu, ale stwarza warunki do wymywania radionuklidów podczas przechowywania zużytego sorbentu. Prawie cała pojemność wymienna sorbentu wykorzystywana jest do sorpcji makroskładników – soli, ze względu na ich podobieństwo do właściwości mikroskładników. Następnie, aby nastąpiła sorpcja mikroskładników (radionuklidów), należy przeprowadzić wstępne odsalanie. W przeciwnym razie będzie to prowadzić do częstych regeneracji sorbentu, a co za tym idzie, zwiększonych kosztów czyszczenia.

Oczyszczanie ciekłych odpadów promieniotwórczych o dużym zasoleniu jest nieopłacalne ze względu na to, że przy regeneracji sorbentu wymagany jest 2-2,5-krotny nadmiar alkaliów i kwasów (zwiększa się koszt oczyszczania).

Odwrotna sytuacja ma miejsce w przypadku radionuklidów, których właściwości różnią się od właściwości ich makroskładników. Wielowartościowe radionuklidy są dobrze absorbowane na kationinie w obecności jonów sodu. Dzięki temu jony sodu znajdujące się w ciekłych odpadach promieniotwórczych nie ulegają sorbcji, co prowadzi do zauważalnego zmniejszenia objętości regeneratora, odpadów wtórnych i częstotliwości regeneracji.

Zastosowanie syntetycznych sorbentów organicznych umożliwia usunięcie wszystkich radionuklidów w formie jonowej z ciekłych odpadów promieniotwórczych. Ale takie sorbenty mają pewne ograniczenia w stosowaniu, które prowadzą do poważnych wad. Przy stosowaniu takich sorbentów radionuklidy w postaci molekularnej i koloidalnej nie są usuwane z ciekłych odpadów promieniotwórczych. Ponadto, jeśli ciekłe odpady radioaktywne zawierają koloidy lub substancje organiczne o dużych cząsteczkach, wówczas sorbent traci swoje właściwości i zawodzi z powodu zatykania porów.

W praktyce przed przeprowadzeniem wymiany jonowej stosuje się filtrację na filtrach z powłoką wstępną w celu usunięcia cząstek koloidalnych. Stosowanie metody koagulacji zamiast filtracji prowadzi do powstawania dużych ilości odpadów. Związki organiczne z ciekłych odpadów promieniotwórczych usuwane są poprzez ultrafiltrację. Zauważalna jest jedna z głównych wad stosowania wymiany jonowej do oczyszczania ciekłych odpadów promieniotwórczych – konieczność wstępnego przygotowania takich odpadów.

Syntetyczne sorbenty organiczne nie są stosowane do oczyszczania wysokoaktywnych odpadów ciekłych ze względu na ich niestabilność na działanie promieniowania wysokoaktywnego. Takie narażenie prowadzi do zniszczenia sorbentu.

Aby zapewnić wysoki stopień oczyszczenia, proces oczyszczania jonowymiennego realizowany jest dwuetapowo. W pierwszym etapie z odpadów ciekłych usuwane są sole i niewielkie ilości radionuklidów, natomiast w drugim etapie nuklidy są bezpośrednio usuwane z odsolonych odpadów ciekłych. Regeneracja sorbentu odbywa się w przeciwprądzie. Aby zwiększyć wydajność filtrów, prędkość na początku cyklu ustawia się na (90h100) m/h, a na koniec cyklu zmniejsza do wartości (10h20) m/h.

Oczyszczanie odsolonych odpadów pozwala na zastosowanie skutecznych filtrów o działaniu mieszanym (ich regeneracja jest utrudniona) oraz filtrów z powłoką wstępną, ponieważ przy czyszczeniu takich odpadów potrzeba regeneracji jest minimalna. Dzięki mieszanemu obciążeniu anionitów i kationitów w postaci H+ i OH- eliminowany jest efekt przeciwjonowy, a to prowadzi do wzrostu stopnia oczyszczenia i możliwości zwiększenia prędkości filtracji do 100 m/h .

Wszystkie ciekłe odpady promieniotwórcze zawierają pewną ilość zawiesiny, która ma tendencję do sorpcji molekularnej i jonowymiennej. Również produkty korozji zawierające uwodnione tlenki żelaza, manganu, kobaltu i niklu mogą sorbować mikroskładniki. W związku z tym proponuje się oddzielenie zawiesiny w celu znacznej poprawy stopnia oczyszczenia odpadów płynnych.

Aby usunąć z odpadów takie składniki jak 137 Cs, 99 Sr, 60 Co, stosuje się dodatek selektywnych sorbentów, w tym przypadku nanoglinek (montmorylonit), co zapewnia 98% oczyszczenie tych składników. Sorpcję wybranych składników przeprowadza się w połączeniu z koagulacją.

Wytrącanie chemiczne jest jedną ze skutecznych metod sorpcji statycznej. Zaletami metod chemicznych są niski koszt, dostępność odczynników, możliwość usuwania mikroskładników promieniotwórczych w postaci jonowej i koloidalnej, a także przetwarzanie ciekłych odpadów solnych.

Główną cechą osadzania chemicznego jest selektywność na różne mikroskładniki, zwłaszcza na 137 Cs, 106 Ru, 60 Co, 131 I, 90 Sr. Koagulacja i zmiękczanie to metody wytrącania chemicznego; Stosując te metody, radionuklidy usuwane są z form koloidalnych, jonowych i molekularnych.

Podczas stosowania zmiękczacza wapniowo-sodowego CaCO 3 i MgOH 2 wytrącają się i służą jako kolektory dla 90 Sr, który jest usuwany przez krystalizację z CaCO 3. Zastosowanie tej metody pozwala również na usunięcie 95 Zr i 95 Nb.

Cez (137 Cs) usuwa się przez wytrącanie żelazocyjanków żelaza, niklu (najbardziej skutecznego), miedzi i cynku, przy współczynniku oczyszczenia 100.

Ruten (106 Ru) i kobalt (60 Co) są słabo skoncentrowane w osadach ze względu na dużą liczbę ich form chemicznych. Ruten usuwa się za pomocą sorbentów, takich jak siarczek kadmu, siarczek żelaza i siarczek ołowiu. Usuwanie kobaltu jest skuteczne w przypadku oksyhydratów chromu i manganu. Jod radioaktywny 131I powstaje w wyniku współstrącenia jodkiem miedzi lub srebra.

Osadzanie chemiczne kończy się procedurami rozdzielania faz. Po rozdzieleniu faz większość odpadów płynnych zostaje klarowana, a osad zatężony. Rozdzielenie faz odbywa się poprzez filtrację lub wystawienie układu na działanie pola siłowego, które może być grawitacyjne (odstojniki i osadniki) lub inercyjne (wirówki). Ze względu na powstawanie dużych objętości mas o bardzo dużej wilgotności, niezwykle rzadko stosuje się osadniki, wykorzystując w tym celu osadniki. Klarowanie w takich urządzeniach zachodzi przy dużych prędkościach i zapewnia wysoki stopień oczyszczenia.

W celu dalszego klarowania cieczy przeprowadza się filtrowanie. Zastosowanie filtrów masowych zapewnia dokładniejszą filtrację, filtry takie charakteryzują się większą wydajnością, a podczas ich regeneracji powstaje niewielka ilość odpadów. Filtry masowe stały się coraz bardziej powszechne ze względu na swoją prostotę i niezawodność, pomimo powstawania dużej ilości odpadów wtórnych podczas regeneracji.

Filtry sorpcyjne są dość popularnym produktem służącym do usuwania różnorodnych zanieczyszczeń mechanicznych i chloroorganicznych poprzez absorpcję substancji zanieczyszczającej na wewnętrznej powierzchni załadowczego ziarna.

Dobór i montaż filtrów sorpcyjnych zostaną omówione w tym artykule.

Co to jest adsorpcja

Termin „adsorpcja” odnosi się do procesu absorpcji zanieczyszczeń płynnych przez warstwę powierzchniową ciała stałego. Polega ona na dyfuzji cząsteczek substancji zanieczyszczających poprzez specjalną warstwę cieczy otaczającą cząsteczki adsorbentu aż do powierzchni tego ostatniego, co następuje podczas mieszania oczyszczanej cieczy.

Następnie dyfuzja przebiega dalej z szybkością określoną przez strukturę zastosowanego adsorbentu i wielkość cząsteczek zebranych substancji.

Proces ten jest najskuteczniejszy w przypadkach, gdy płyn ma niskie stężenie zanieczyszczeń (w fazie głębokiego czyszczenia). W takich przypadkach efektywność procesu pozwala na uzyskanie praktycznie zerowego stężenia zanieczyszczeń na wyjściu.

Wydajność i szybkość adsorpcji zależy bezpośrednio od:

  • struktury sorbentu;
  • stężenia zanieczyszczeń i ich charakter chemiczny;
  • aktywna reakcja otoczenia;
  • temperatura.

Obecnie najlepszymi sorbentami przeznaczonymi do oczyszczania wody są węgle aktywne różnych marek. O skuteczności tego ostatniego decyduje obecność mikroporów. Ich całkowita objętość jest główną cechą i jest wskazana dla każdej marki.

Podczas procesu sorpcji należy unikać kontaktu węgla z wodą, w której rozpuszczają się substancje koloidalne i zawieszone, gdyż zasłaniają pory węgla aktywnego. Węgiel, który utracił zdolność sorpcyjną, jest wymieniany lub regenerowany.

Dodanie ozonu lub chloru (utleniacza) przed wejściem wody do filtra zwiększa żywotność węgla aktywnego przed wymianą, poprawia jakość wody wylotowej i oczyszcza ją z istniejących związków azotu.

Łączne wdrożenie ozonowania i sorpcji pozwala uzyskać efekt synergiczny, który zwiększa możliwości węgla aktywnego niemal 3-krotnie.

Jeżeli po wstępnym chlorowaniu nastąpi sorpcja, wówczas z oczyszczanej cieczy usuwa się azot amonowy.

Jeśli jako sorbenty zastosuje się minerały zawierające Mg i Ca pochodzenia naturalnego lub tlenki glinu, związki fosforu są bardzo skutecznie usuwane z wody.

Cel i zakres

Filtry sorpcyjne różnych marek służą do głębokiego oczyszczania wody w zamkniętych systemach wodociągowych, a także do oczyszczania ścieków z zanieczyszczeń organicznych (w tym biologicznie twardych).

Oczyszczanie metodą sorpcji uważane jest za jedną z najskuteczniejszych metod dokładnego oczyszczania tych wód z zanieczyszczeń pochodzenia organicznego.

Technologia jest najskuteczniejsza przy oczyszczaniu ścieków z barwników, związków hydrofobowych i aromatycznych z grupy alifatycznej, słabych elektrolitów itp.

Metody sorpcyjnej nie stosuje się do oczyszczania ścieków zanieczyszczonych wyłącznie substancjami pochodzenia nieorganicznego lub substancjami organicznymi o niskiej masie cząsteczkowej (aldehydy, alkohole).

Technologie oczyszczania sorpcyjnego stosowane są zarówno samodzielnie, jak i w bloku z oczyszczaniem biologicznym na etapie głębokiego oczyszczania wstępnego.

Klasyfikacja oczyszczalni sorpcyjnych

Według typu procesu:

  • okresowy;
  • ciągły.

Zgodnie z reżimem hydrodynamicznym:

  • instalacje wyporowe;
  • instalacje mieszające;
  • instalacje typu pośredniego.

Według stanu warstw sorbentu:

  • poruszający;
  • naprawił.

Według kierunku filtracji:

  • licznik przepływu;
  • przepływ bezpośredni;
  • ruch mieszany.

Przez kontakt oddziałujących faz:

  • wkroczył;
  • ciągły.

Zgodnie z konstrukcją filtra:

  • kolumna;
  • pojemnościowy

Konstrukcja filtra sorpcyjnego

Filtr sorpcyjny składa się z:

  • korpus, który jest cylindrem z włókna szklanego o wymaganych wymiarach;
  • stała warstwa węgla aktywnego na podłożu żwirowym;
  • zawór regulacyjny różnych typów (opcja - zawór mechaniczny);
  • rurociąg, którym dostarczane są ścieki;
  • rurociąg, przez który odprowadzana jest oczyszczona woda;
  • rurociąg, którym dostarczana jest woda spulchniająca;
  • system odwadniający i dystrybucyjny.

Szybkość liniowa filtracji zależy w dużej mierze od stopnia zanieczyszczenia wody dostarczanej do uzdatniania. Jego wartość może wynosić od 1 do 10 m3/godz. Wielkość ziaren sorbentu waha się od 1 do 5 mm.

Najbardziej optymalną opcją czyszczenia jest filtracja, podczas której ciecz jest dostarczana od dołu do góry. W tym przypadku cała powierzchnia przekroju filtra jest równomiernie wypełniona, a pęcherzyki powietrza, które dostają się wraz z wodą, dość łatwo się przemieszczają.

Filtry ze stałą warstwą sorbentów służą do regeneracyjnego oczyszczania ścieków, rozwiązując jednocześnie problemy recyklingu występujących w nich cennych składników. Desorpcję przeprowadza się za pomocą rozpuszczalników chemicznych lub pary wodnej.

Zasada działania

Rozważmy zasadę działania filtra sorpcyjnego na przykładzie modelu serii FSB, stosowanego w schematach technologicznych kanałów burzowych. Bezpośrednio na jego wlocie zamontowany jest łapacz piasku i łapacz oleju, co pozwala na obniżenie wskaźników tego rodzaju zanieczyszczeń do dopuszczalnych stężeń.

Woda po przejściu przez opisany powyżej filtr wstępny wchodzi do bloku sorpcyjnego rurą zasilającą. Stąd poprzez rurę rozprowadzającą i odprowadzającą woda przepływa do dolnej strefy dystrybucyjnej.

Tutaj jest równomiernie rozłożony na całej powierzchni zatopionego sorbentu, którego marka i objętość zależą od początkowego i końcowego stężenia zanieczyszczeń oraz wymaganej wydajności. P

Następnie woda kierowana jest wznoszącym strumieniem do okrągłej tacy zbiorczej, skąd jest odprowadzana rurą.

Montaż filtra sorpcyjnego

Proces instalacji:

  • wykopany jest dół o wymaganych wymiarach;
  • dno rozsypuje się piaskiem, którego warstwa osiąga grubość 300 mm, a następnie starannie zagęszcza;
  • na tę poduszkę wylewa się płytę żelbetową (300 mm lub więcej), której wymiary geometryczne określa wartość „średnica obudowy filtra + 1000 mm”;
  • obudowa jednostki sorpcyjnej doczyszczania jest zamontowana ściśle pionowo na płycie;
  • dla stabilności obudowa jest wstępnie napełniana wodą w przybliżeniu do poziomu perforowanego dna;
  • aby uniknąć przesuwania się korpusu podczas zasypywania, jest on wstępnie zabezpieczony kotwami;
  • Studnię wypełnia się warstwami po 300 mm piaskiem bez kamieni, przy czym każda warstwa jest starannie zagęszczona. Zasypywanie jest zakończone po osiągnięciu poziomu rur wylotowych i wlotowych;
  • rurociągi są podłączone (przelew, wylot, wlot). Następnie proces napełniania trwa aż do górnej części obudowy filtra. Należy kontrolować pracę wibratora na połączeniach w/w rurociągów, aby ich nie uszkodzić;
  • ładunek podawany jest wewnątrz obudowy w workach. Co więcej, kolejny podawany jest po równomiernym rozłożeniu zawartości poprzedniego na całej powierzchni perforowanego dna;
  • Przed uruchomieniem załadowany ładunek należy dokładnie umyć.

Obudowę należy napełnić załadunkiem i czystą wodą.

Aby wybrany przez Ciebie filtr sorpcyjny usunął maksymalną możliwą liczbę rodzajów zanieczyszczeń, do filtra węglowego należy dodać różne substancje jonowymienne, których listę ustala się z uwzględnieniem priorytetowych zanieczyszczeń w Twoim przedsiębiorstwie (zakładzie).

Najogólniej przez sorpcję rozumie się procesy powierzchniowej (adsorpcji) i objętościowej (absorpcji) absorpcji substancji na styku dwóch faz: stałej i ciekłej, stałej i gazowej, ciekłej i gazowej. Procesy sorpcji odgrywają ważną rolę we współczesnej technologii półprzewodników i dielektryków, ponieważ pozwalają na separację substancji o bardzo podobnych właściwościach fizykochemicznych (pierwiastki ziem rzadkich, metale takie jak cyrkon i hafn itp.).

Układ adsorpcyjny składa się z adsorbent- substancja, na powierzchni której następuje absorpcja, oraz adsorbat - substancja, której cząsteczki są wchłaniane. Ze względu na charakter procesów rozróżnia się adsorpcję fizyczną i chemiczną. Na adsorpcja fizyczna cząsteczki adsorbatu nie wchodzą w interakcję chemiczną z adsorbentem, dzięki czemu zachowują swoją indywidualność na powierzchni absorbera; adsorpcja w tym przypadku wynika z działania sił van der Waalsa. Na adsorpcja chemiczna, lub chemisorpcji, zaadsorbowane cząsteczki wchodzą w reakcję chemiczną z adsorbentem, tworząc związki chemiczne na powierzchni. Proces odwrotny - nazywa się proces usuwania cząsteczek z powierzchni adsorbentu desorpcja. Adsorpcja fizyczna, w przeciwieństwie do chemisorpcji, jest odwracalna. Proces desorpcji może być również stosowany jako metoda oczyszczania. Adsorpcja jest procesem selektywnym, tj. Na powierzchni adsorbentu adsorbowane są tylko te substancje, które zmniejszają energię swobodną warstwy powierzchniowej, czyli innymi słowy zmniejszają napięcie powierzchniowe względem otoczenia. Zatem wykorzystując różne zdolności adsorpcyjne substancji występujących np. w roztworze, można je oddzielić i oczyścić, absorbując jedną z nich adsorbentem, a drugą pozostawiając w roztworze. Ilościową cechą układu adsorpcyjnego jest izoterma adsorpcji. Wyraża zależność pomiędzy stężeniem substancji Z w roztworze i jego ilość CS, adsorbowany przez jednostkę powierzchni adsorbentu w stałej temperaturze w warunkach równowagi adsorpcyjnej. 1. Powierzchnia adsorbentu ma ograniczoną liczbę niezależnych miejsc adsorpcji, a każde miejsce może zaadsorbować tylko jedną cząsteczkę.

2. . Epitaksja wodorkowa MOS w półprzewodnikach.

Większość związków półprzewodnikowych A 3 B 5 , A 2 B 6 i A 4 B 6 można hodować przy użyciu technologii MOC. W przypadku wzrostu związków A 3 B 5 zamiast związków metaloorganicznych pierwiastków piątej grupy można zastosować wodorki odpowiednich pierwiastków. W tym przypadku zwyczajowo używa się terminu technologia MOC-wodorkowa. Niektóre związki metaloorganiczne: Ga(CH 3) 3 - trimetylogal (TMG), Ga(C 2 H 5) 3 - trietylogal (TEG), In(CH 3) 3 - trimetyloind (TMI), In(C 2 H 5) 3 – trietylind (TEI), Al(CH 3) 3 – trimetyloglin (TMA) (ogólnie – MR3, gdzie M to metal, R 3 – (CH 3) lub (C 2 H 5) – alkil). Wodorki: AsH 3 – arsyna, PH 3 – fosfina.

Schematyczny opis procesów zachodzących podczas epitaksji wodorkowej MOS przedstawiono na ryc. 2. Reakcja zachodzi w strumieniu gazu pod ciśnieniem atmosferycznym lub obniżonym w reaktorze o zimnych ściankach. Gazem nośnym jest zwykle wodór. Poszczególne etapy pełnej reakcji zachodzą już w fazie gazowej. Końcowe etapy i włączenie do sieci zachodzą na powierzchni półprzewodnika. Typowe reaktory umożliwiają połączenie wielu źródeł metaloorganicznych i wodorków, dzięki czemu w jednym cyklu wzrostu można hodować naprzemienne warstwy różnych materiałów. Dzięki temu możliwe jest uzyskanie wielowarstwowych, wieloskładnikowych struktur epitaksjalnych.

W procesie technologicznym epitaksji metaloorganicznej nie stosuje się środków trawiących, a proces wzrostu nie jest wynikiem konkurencji pomiędzy osadzaniem a trawieniem, jak w niektórych innych metodach epitaksji w fazie gazowo-parowej. Dzięki temu zapewnione są ostre granice pomiędzy warstwami oraz jednorodność rosnących warstw pod względem grubości i składu.

Epitaksja wodorkowa MOS jest najprostszą ze wszystkich technologii wytwarzania warstw epitaksjalnych związków A III B V z fazy gazowej. Ogólna reakcja tworzenia związków jest reakcją tego typu

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