Metoda de sorbție în purificarea apei. Sortie (tratarea apelor uzate). În ce tipuri de purificare a apei prin sorbție se împart?

Selectarea absorbanților. Gama de adsorbanți pentru epurarea preliminară a apei produse de industrie este foarte diversă. Pentru purificarea apei din substanțele organice se folosesc cărbuni activi, gel și schimbători de anioni macroporoși etc. Cărbunii activați au cinetică de sorbție lentă din soluții, ceea ce necesită suprafețe mari de filtrare, regenerabilitate slabă folosind reactivi (capacitatea reziduală după prima regenerare este semnificativă. mai puțin de jumătate din original), fragilitate mecanică, conținut ridicat de cenușă.

Schimbătoarele de anioni, în special cele macroporoase, nu prezintă multe dintre dezavantajele enumerate. Selecția inițială a celor mai bune dintre ele se efectuează în condiții statice atunci când adsorbanții vin în contact cu soluții model sau cu apă dată timp de o oră.

După selectarea celor mai bune probe (în acest caz s-au dovedit a fi absorbanți domestici de tipul de polimerizare AB-171 și tipul de condensare IA-1), se efectuează studii cinetice. Scopul lor este de a determina natura etapei care limitează procesul, găsirea coeficienților de difuzie și timpul de stabilire a echilibrului. Etapa care limitează procesul este determinată de următorul criteriu: dacă agitarea soluției accelerează sorbția, aceasta indică influența predominantă a difuziei externe; dovada directă a mecanismului de intradifuzie este oferită de experimentul „întreruperii”. Dacă după o pauză procesul de sorbție este reluat și activitatea de sorbție a fazei solide crește, putem vorbi cu încredere despre caracterul de intradifuzie a procesului.

Absorbția substanțelor humice. Cinetica intradifuziei, conform datelor, limitează sorbția substanțelor humice, adică sorbția, epurarea preliminară a apei.

Analiza acestei ecuații arată că pierderea efectului de protecție, exprimată în unități liniare sau volumetrice ale sorbantului, cu cât este mai mare (și perioada de funcționare a coloanei cu atât mai scurtă), cu atât debitul, raza granulelor sorbantului și valoarea dată este mai mare. adâncimea de purificare.

Din experimente cinetice, se determină coeficienții de difuzie și timpul de stabilire a echilibrului în sistemele de schimbător de ioni-soluție și se construiesc izotermele de sorbție. Izotermele de sorbție ale acizilor humic și fulvic de către schimbătorii de anioni IA-1 și AB-171 sunt descrise de ecuația Langmuir.

Lucrările compară rezultatele determinării experimentale a capacității de sorbție înainte de străpungerea substanțelor humice cu capacitatea de sorbție calculată cu ajutorul ecuațiilor; discrepanțele nu depășesc 10-15%. Prin modificarea debitului, a adâncimii de purificare, a razei boabelor de sorbent și a sorbantului în sine, este posibil să se determine pierderea de timp a acțiunii de protecție a coloanei pentru fiecare opțiune. În același timp, trebuie amintit că acest lucru pune o responsabilitate foarte mare asupra acurateței determinării coeficienților de difuzie și de echilibru în sistemele sorbant-soluție, care oferă datele inițiale pentru calcularea dinamicii sorbției.

Deci, cel mai bun sorbent pentru purificarea preliminară a apei s-a dovedit a fi schimbătorul de anioni macroporos IA-1, care funcționează sub formă de clor, la un pH al soluției purificate egal cu 3,0-3,5. În ceea ce privește dimensiunea granulelor, alegerea sa este limitată de natura sistemului de drenaj și de debitul dorit de apă.

Apele naturale conțin acizi humic și fulvic. Primele sunt absorbite mai rău, iar „descoperirea” lor limitează practic procesul de curățare. Prin urmare, valoarea trebuie calculată pe baza conținutului de acizi humici din apa purificată. Dacă acestea lipsesc după purificarea prin coagulare, perioada de lucru a coloanei de sorbție se calculează pe baza conținutului de acizi fulvici din apă.

Faptul că sorbția acizilor humici și fulvici slab disociați este mai bună într-un mediu acid și pe un schimbător de anioni sub formă de sare indică un mecanism neschimbător de ioni pentru absorbția acestor substanțe și sugerează o schemă avantajoasă din punct de vedere economic și tehnologic pentru apa preliminară. purificare. O coloană de sorbție cu un schimbător de ioni IA-1 trebuie instalată după schimbătorul de cationi în formă H și următorul decarbonizator. Acest lucru elimină necesitatea acidificării apei, deoarece se acidifică spontan în timpul cationizării. Astfel, coloana de sorbție devine parte integrantă a instalației de desalinizare. Atunci când se combină purificarea prin coagulare cu sorbția, apa este eliberată în proporție de 80-85% de impuritățile organice. În plus, purificarea mai profundă a apei de impuritățile organice se realizează pe schimbătoarele de ioni din partea de desalinizare a instalației.

Extracția altor substanțe organice. Apele de suprafață și arteziene conțin substanțe organice aparținând diferitelor clase de compuși. S-a stabilit că substanțe precum zaharurile, substanțele asemănătoare proteinelor, aminoacizii trec prin sistemul coloanelor schimbătoare de ioni și intră în apă profund demineralizată. Mai mult, cantitatea lor depinde de compoziția apei sursei și depășește semnificativ conținutul de impurități minerale. Este necesară extracția maximă a acestor substanțe din apă în timpul epurării sale preliminare prin metoda sorbției.

Lucrarea compară capacitatea unor cărbuni activați și schimbătoare de anioni macroporoși de a sorbi diferiți compuși organici determinați analitic dizolvați în apele naturale. Pentru a face acest lucru, 100 de volume de apă de râu au fost trecute printr-un strat absorbant de 60 cm înălțime cu o viteză de 7 m/h după cationizarea lor H, ceea ce a creat cele mai favorabile condiții pentru sorbție.

Acizii fulvici sunt extrași mai bine de rășini decât de cărbuni, iar capacitățile schimbătoarelor de ioni pentru acizii fulvici sunt aproape aceleași. Dar chiar și în acest caz, utilizarea schimbătorului de ioni IA-1 este mai oportună, deoarece este regenerat mai ușor și cu un consum mai mic de reactiv.

Al doilea grup foarte semnificativ de compuși care, la intrarea în apă demineralizată profund, îi pot afecta rezistivitatea electrică sunt acizii carboxilici. Cărbunele SKT-VTU-2 și schimbătorul de anioni AV-171 sunt cele mai potrivite pentru sorbția lor. Dintre acești doi adsorbanți, desigur, ar trebui să se acorde preferință schimbătorului de ioni, deoarece capacitatea acestuia poate fi restabilită cu reactivi chimici. Pentru a elimina aminoacizii simpli și complecși, trebuie utilizat și schimbătorul de anioni AB-171.

Zaharurile simple și complexe care nu afectează rezistivitatea electrică a apei demineralizate sunt în mare parte sorbite doar de carbonul BAU. Prin urmare, atunci când alegeți adsorbanți pentru purificarea apei, trebuie să vă ghidați nu numai de dimensiunea capacității lor și de posibilitatea recuperării acesteia, ci și de necesitatea de a elimina un anumit compus din apă.

Pentru o evaluare aproximativă a distribuției substanțelor organice în straturile acestor adsorbanți, au fost înregistrate curbele de ieșire corespunzătoare. Încărcarea schimbătoarelor de ioni sub formă de clor a fost de 1 litru la o înălțime a stratului de 60 cm; debitul soluției este de 10 m/h.

Filtratul pentru analiză a fost colectat continuu în fracțiuni de 10 L fiecare. Durata perioadei de lucru a coloanei se alege egală cu 200 de volume reduse; pH-ul apei trecute a fost creat prin cationizarea preliminară a apei sursei. Folosind diverși adsorbanți și combinațiile acestora, este posibilă îndepărtarea unei părți semnificative a substanțelor organice dizolvate în apă. Cu toate acestea, cu greu este posibil să obțineți apă complet eliberată de substanțe organice folosind setul de mijloace enumerate.

Conținutul și raportul de non-electroliți organici, cum ar fi zaharuri, proteine, esteri etc., variază nu numai de la o zonă geografică la alta, ci și într-o regiune. Prin urmare, nu se poate aștepta ca cu aceleași scheme tehnologice și moduri de demineralizare, apele demineralizate să fie aceleași din punct de vedere al conținutului cantitativ și calitativ al substanțelor organice. În acest sens, ar trebui să fim atenți la încercările de a standardiza reziduul uscat al apei cu rezistență ridicată, fără a ține cont de compoziția sursei.

Îndepărtarea fierului (deferizare). Apele feroase sunt ape care conțin mai mult de 1 mg/l de fier. Schimbătorul de cationi absoarbe ionii de fier divalenți în aproximativ același mod ca ionii de calciu, iar ionii ferici chiar mai eficient. Ne-am putea aștepta ca în timpul desalinării prin schimb de ioni, apa să fie simultan „deironizată”. Acest proces este îngreunat, totuși, de anumite caracteristici fizico-chimice ale compușilor de fier prezenți în apele naturale.

În rezervoarele deschise, bine aerate, o parte semnificativă a fierului este sub formă de compuși Fe cu diferite grade de hidrolizare.

În timpul coagulării și purificării ulterioare prin sorbție, apa este eliberată nu numai de compuși colorați (în principal humus), ci și de formele coloidale și complexe de fier. Astfel, purificarea din substanțele organice este în același timp un act de deferizare a apei.

Întreprinderilor care consumă în special apă demineralizată pură li se recomandă să o obțină oriunde este posibil din apele subterane, care sunt de obicei lipsite de contaminanți organici. Se știe că peste 25% din toate sistemele de alimentare cu apă primesc apă subterană cu un conținut de fier de 1 până la 5 mg/l.

În apele subterane lipsite de oxigen, fierul se găsește mai ales sub formă de soluție de bicarbonat parțial hidrolizată. Dacă această substanță ar fi furnizată rășinii schimbătoare de cationi într-o formă neoxidată și nehidrolizată sau nu ar fi oxidată în filtrul de rășină schimbătoare de cationi în sine, ar fi de așteptat un schimb aproape complet de ioni de fier cu ioni de hidrogen. Cu toate acestea, alături de reacția de schimb ionic, a cărei viteză este determinată de procesele de difuzie, există reacții de hidroliză a sărurilor de fier, oxidare și trecere la compuși slab disociați și practic insolubili capabili să formeze coloizi. Combinarea unor astfel de procese conduce la faptul că apa care conține, de exemplu, în stare de echilibru 0,16 mg/l de fier în formă ionică, poate fi caracterizată printr-un conținut total de fier de 2 mg/l. Schimbătorul de cationi va absorbi doar forma ionică a fierului și va dizolva prin absorbție unii dintre cei mai puțin persistenti produși de hidroliză.

Eliberarea ionilor de hidrogen în timpul funcționării schimbătorului de cationi ar putea restrânge reacția și chiar o poate deplasa spre stânga, mai ales că numărul de ioni de hidrogen din apa cationizată cu H este determinat de conținutul total de sare, care este de aproape două ordine de magnitudine mai mare decât numărul de ioni de fier din apă.

Pe măsură ce straturile superioare ale schimbătorului de cationi sunt activate, două circumstanțe vor contribui la o deplasare a reacției spre dreapta: prezența ionilor Fe(II) în strat, accelerând catalitic conversia lor în ioni Fe(III) și absorbția parțială a ionilor de hidrogen de către schimbătorul de cationi, schimbând cu ioni de sodiu și calciu cu care este umplut stratul de rășină. Hidroxidul de Fe(III) și alți produși de hidroliză formați în aceste condiții nu vor mai participa la schimbul de ioni și vor tranzita în apa cationizată cu H, la fel ca acea parte a compușilor similari de fier care a fost prezent în apa originală.

O descriere cantitativă a acestor procese este încă dificilă. În același timp, prezența fierului în formă neionică în apele H-cationizate și desarate este explicată în mod satisfăcător prin conceptul propus și indică necesitatea eliminării fierului din apele subterane feruginoase înainte de alimentarea acestuia către o instalație de desalinizare schimbătoare de ioni. Ecuația de mai sus sugerează principalele modalități de a elimina fierul din apă. Acestea sunt aerarea (saturația cu oxigen) și alcalinizarea (legarea ionilor de hidrogen). În apele bicarbonatate, aceasta din urmă apare spontan cu eliberarea unei cantități stoechiometrice de dioxid de carbon. Aerarea poate fi realizată prin suflarea aerului, pulverizarea cu apă în aer sau aplicarea de ozon; Clorul activ și permanganatul de potasiu pot fi utilizați ca alți agenți oxidanți. Sub influența agenților oxidanți, schimbătoarele de ioni „îmbătrânesc”, deci este recomandabil să se efectueze îndepărtarea fierului folosind o metodă fără reactiv.

O monografie este dedicată eliminării fierului din apele subterane, care rezumă atât aspectele teoretice, cât și tehnologice ale problemei. Având în vedere specificul obținerii unor volume relativ mici de apă demineralizată de înaltă pură în scopuri industriale și specificul industriilor în sine care consumă astfel de apă, ar trebui să ne concentrăm pe metoda de aerare simplificată urmată de filtrare.

Deasupra filtrului deschis, apa pulverizează prin orificiile din conductele de alimentare. Grosimea stratului de nisip din filtru este de obicei de cel puțin 1,2 m, iar dimensiunea granulelor este de la 0,8 la 1,6 mm. Filtrele cu încărcare în două straturi cu o grosime totală de 1,2-1,5 m și o grosime a stratului superior de 0,5 m se disting printr-o capacitate mai mare de reținere a murdăriei se folosește, iar pentru blat - așchii antracit de 0,9-2,4 mm. Viteza de filtrare in filtrele deschise atinge 10 m/h. De regulă, odată cu scăderea vitezei de transmitere a apei, capacitatea de reținere a murdăriei a filtrelor crește și, prin urmare, filtrele deschise trebuie proiectate pentru o viteză care să nu depășească 5-7 m/h.

În funcție de viteza de filtrare adoptată, de conținutul inițial de fier din apă și de alți factori, durata filtrelor variază în mod natural. La o viteza de filtrare de 5-7 m/h si un continut initial de fier in apa de 3-4 mg/l, ciclul de functionare al instalatiei este de 60-100 ore Dupa aceasta, filtrele se spala cu o intensitate in contracurent 15-18 l/(s-m2) timp de 10-15 min.

Volumul de apă de spălare a filtrelor din secția de deferizare a apei atinge 4% din volumul de apă purificată. Când funcționarea unei instalații de deferizare de acest tip este bine reglată, conținutul de fier din filtrat este de 0,05-0,1 mg/l.

Spre deosebire de distilat, care conține până la 5 µg/l de fier, condensul tehnic poate fi îmbogățit cu produse de coroziune. La obținerea apei demineralizate deosebit de pură dintr-un astfel de condensat, este necesară deferizarea prealabilă. În acest scop se folosesc filtre de carbon sulfonic, care funcționează cu o eficiență de 25-50%, sau filtre de magnetită mai eficiente, filtre de celuloză aluvională, filtre de ionit aluvionale (numite powdex în străinătate). Au fost propuse filtre cu schimbător de anioni, unde îndepărtarea fierului se bazează pe efectul de coagulare al schimbătorului de anioni în formă OH. Filtrele schimbătoare de ioni aluvionali funcționează cu o eficiență care se apropie de 100% datorită cineticii aproape instantanee a procesului. Aici, împreună cu sorbția ionilor din faza lichidă, se produce reținerea mecanică a particulelor din faza solidă, coagularea și formarea de complexe cu un schimbător de anioni, dacă se folosește un amestec de cationi și schimbători de anioni pentru stratul aluvion.

Experimentele au demonstrat adecvarea filtrelor schimbătoare de ioni aluvionali pentru extragerea substanțelor humice care complexează fierul și alte metale din apă.

Severitatea problemei îndepărtării fierului ca etapă a epurării preliminare a apei a fost dezvăluită în special în legătură cu necesitatea utilizării apei ultrapure pentru producția de microelectronice. Pentru purificarea finală a apei înainte de alimentarea acesteia pentru spălarea pieselor instrumentelor, se folosește un microfiltru cu pori de 0,2 microni, care reține corpurile microbiene. Dacă fierul nu este îndepărtat suficient din apa demineralizată în etapele anterioare, atunci microfiltrele se înfundă rapid.

Dedurizarea apei. La desalinizarea parțială a apei prin metoda electrodializă sau prin osmoză inversă, în unele cazuri este necesară mai întâi înmuierea apei, adică eliberarea acesteia de cationi de calciu și magneziu, care, cu compoziția anioică adecvată a apei, pot forma sedimente pe membranele schimbătoare de ioni sau pe membranele (fibrele) utilizate la mașinile de osmoză inversă.

Este recomandabil să se efectueze înmuierea ca pas preliminar de purificare atunci când se desalinizează mase relativ mici de apă folosind metoda schimbului de ioni. Regenerarea schimbătorului de cationi, adică transformarea acestuia în formă de sodiu, se realizează prin trecerea unei soluții de clorură de sodiu 6-10% prin stratul de absorbant uzat și spălarea ulterioară cu apă.

Din motive care vor fi discutate mai jos, consumul de sare de masă pentru regenerare îl depășește pe cel stoechiometric de 2,5-5 ori. Când lucrați cu apă cu conținut ridicat de sare, este recomandabil să folosiți un schimbător de cationi acid puternic de tip KU-2 pentru înmuiere. În același timp, în comparație cu schimbătoare de cationi precum cărbunele sulfonat sau KU-1, consumul de sare pentru regenerare este destul de redus semnificativ.

Dintre metodele de tratare a apei existente, metoda sorbției este una dintre cele mai comune. Ce este purificarea apei prin sorbție și de ce este necesară? Această procedură se referă la metode eficiente de curățare profundă a lichidelor, permițând îndepărtarea impurităților nocive și a compușilor chimici prin legarea particulelor la nivel molecular. Unicitatea unei astfel de filtrări constă în capacitatea de a elimina materia organică din apă care nu poate fi separată în niciun alt mod.

Metoda de sorbție de purificare a apei folosind adsorbanți foarte activi face posibilă obținerea unui lichid în care aproape că nu există concentrat rezidual. Activitatea ridicată a adsorbanților face posibilă interacțiunea cu substanțele, indiferent de concentrația acestora: chiar și cu doze mici de impurități nocive, această metodă va funcționa.

Conceptul de adsorbție și eficacitatea acestuia

Termenul „adsorbție” se referă la procesul de absorbție a contaminanților din apă de către suprafața solidelor. Se bazează pe principiul trecerii moleculelor de astfel de impurități printr-o peliculă specială care înconjoară adsorbantul și le atrage la suprafața acestuia. Procesul de mai sus are loc atunci când lichidul de curățare este amestecat.

Această metodă poate obține cel mai mare efect cu concentrații scăzute de substanțe nocive, ceea ce se observă în cazul curățării puternice. Tot ceea ce nu s-a așezat pe filtrele anterioare este îndepărtat prin sorbție, iar ieșirea este apă curată.

Viteza procesului și eficacitatea acestuia depind de o serie de factori:

Structuri absorbante.
Temperaturile.
Concentrația poluantului și compoziția acestuia.
Activitatea de reacție a mediului.

În instalațiile moderne, cea mai bună opțiune de sorbent care purifică eficient apa este cărbunele activ de diferite tipuri. Cu cât are mai mulți micropori o anumită substanță, cu atât calitatea epurării apei prin sorbția carbonului este mai mare.

Specialiștii Ruswater vă vor ajuta să alegeți cea mai bună opțiune pentru unitățile de filtrare care funcționează pe principiul sorbției, ceea ce va face posibilă organizarea unui tratament eficient al apei și purificarea apei de diverse impurități, indiferent de scopul acesteia.

Filtrarea apei prin cărbune activ ar trebui să împiedice lichidele cu suspensii dizolvate și particule coloidale să pătrundă în sorbent, deoarece acestea strica suprafața cărbunelui, protejând porii acestuia. Sorbantul, care a devenit inutilizabil din cauza unei astfel de expuneri, este restaurat sau înlocuit.

Pentru declorinarea apei se folosesc filtre de sorbție pe bază de cărbune activ, care fac apa mai bună și permit, de asemenea, purificarea acesteia de incluziunile azotate. Utilizarea combinată a sorbției și ozonării îmbunătățește foarte mult eficacitatea curățării, în același timp, crește capacitățile cărbunelui activ. Când mineralele naturale cu Ca și Mg, precum și oxizii de aluminiu, sunt utilizate ca absorbant, compușii de fosfor sunt îndepărtați din apă.

De ce este necesar sorbția și unde se utilizează?

Filtrarea apei cu cărbune folosind unități de sorbție de diferite tipuri este utilizată pentru purificarea profundă a lichidelor în sisteme închise, inclusiv purificarea apelor uzate din materie organică.

Dintre metodele existente de purificare fină, sorbția este recunoscută drept una dintre cele mai eficiente metode de îndepărtare a substanțelor organice din apă fără costuri semnificative. Tehnologia este populară în cazurile în care este necesară curățarea apelor uzate de coloranți, precum și eliminarea altor compuși hidrofobi.

Această metodă nu este potrivită dacă apa uzată conține doar poluanți anorganici sau materia organică dizolvată în ea are o structură moleculară scăzută. Sorpția poate fi utilizată în combinație cu tratamentul biologic sau poate acționa ca un mijloc independent.

Purificarea apei prin sorbție vă permite să eliberați lichidul de gustul hidrogenului sulfurat și al clorului și să eliminați mirosurile neplăcute. Eficacitatea utilizării cărbunelui activ ca sorbent se explică prin structura sa: filtrarea se realizează prin micropori existenți. Cărbunele activat se obține din lemn, turbă, produse de origine animală sau coji de nuci. Aplicarea particulelor de ioni de argint pe suprafața cărbunelui activ protejează materialul de deteriorarea diferitelor microorganisme.

În cele mai multe cazuri, cărbunele activ este folosit pentru a purifica apa din materia organică și pentru a efectua procesul de tratare a apei înainte de osmoza inversă. Sorpția vă permite să eliminați eficient clorul din apă, îmbunătățind calitatea acestuia. În acest caz, clorul este îndepărtat și prin această metodă pentru a pregăti apa de proces folosită în scopuri igienice.

Sistemele noastre de curățare cu carbon

Filtrele de sorbție nu sunt mai puțin solicitate în sistemul general de îndepărtare a fierului. Purificarea prin sorbție a apei din fier este necesară pentru a elimina particulele solide după oxidare la oxizi insolubili.

Sistemele de purificare prin sorbție pot fi diferite. Alegerea unei opțiuni specifice are loc după analizarea apei și identificarea impurităților pe care aceasta le conține. O astfel de muncă ar trebui să fie efectuată de profesioniști, astfel încât specialiștii noștri sunt întotdeauna gata să vă ajute în acest sens.

Metode de sorbție

Metodele de sorbție se bazează pe absorbția radionuclizilor în fază solidă prin mecanismele de schimb ionic, adsorbție, cristalizare și altele.

Sorpția se realizează în condiții dinamice și statistice. Cu sorbția dinamică, deșeurile lichide inițiale sunt filtrate continuu prin sorbent, iar cu sorbția statică, contactul temporar a două faze se realizează cu agitare cu separare ulterioară.

Sorpția dinamică se realizează în filtre aluviale sau în vrac. Diferența constă în faptul că filtrele în vrac folosesc adsorbanți sub formă de material durabil granular; în filtrele de preacoperire se folosesc ca sorbant materiale anorganice și organice de origine artificială și organică.

Pentru a purifica deșeurile radioactive lichide din radionuclizi, adsorbanți (schimbătoare de ioni) de tipuri precum KB-51-7, KU-2-8 (schimbător de cationi acid puternic), AV-17-8 (schimbător de anioni de bază puternică), AN-31 și AN-2FN (schimbătoare de anioni slab bazici), vermiculit. Sorbenții sunt produși sub formă de granule, care sunt înmuiate într-o soluție specială pentru activare înainte de utilizare. Toți absorbanții enumerați au coeficienți de purificare înalți și proprietăți bune de filtrare.

Reacțiile eterogene de schimb de ioni sunt reversibile, ceea ce permite regenerarea sorbentului, dar creează condiții pentru leșierea radionuclizilor în timpul depozitării sorbentului uzat. Aproape toată capacitatea de schimb a sorbantului este utilizată pentru sorbția macrocomponentelor - săruri, datorită asemănării lor cu proprietățile microcomponentelor. Apoi, pentru ca sorbția microcomponentelor (radionuclizi) să se producă, este necesar să se efectueze o desalinizare prealabilă. În caz contrar, acest lucru va duce la regenerări frecvente ale sorbantului și, în consecință, la creșterea costurilor de curățare.

Deșeurile radioactive lichide cu salinitate ridicată sunt neprofitabile de purificat cu adsorbanți organici datorită faptului că la regenerarea sorbantului este necesar un exces de 2-2,5 ori de alcali și acid (costul de purificare crește).

Situația este inversă pentru radionuclizi, ale căror proprietăți sunt diferite de cele ale macrocomponentelor lor. Radionuclizii multivalenți sunt bine absorbiți pe schimbătorul de cationi în prezența ionilor de sodiu. Prin urmare, ionii de sodiu găsiți în deșeurile radioactive lichide nu sunt absorbiți, ceea ce duce la o reducere vizibilă a volumului regeneratorului, a deșeurilor secundare și a frecvenței de regenerare.

Utilizarea absorbanților organici sintetici face posibilă îndepărtarea tuturor radionuclizilor sub formă ionică din deșeurile radioactive lichide. Dar astfel de adsorbanți au unele restricții de utilizare, care se dezvoltă în dezavantaje serioase. Când se utilizează astfel de adsorbanți, radionuclizii în formă moleculară și coloidală nu sunt îndepărtați din deșeurile radioactive lichide. De asemenea, dacă deșeurile radioactive lichide conțin coloizi sau substanțe organice cu molecule mari, atunci sorbentul își pierde proprietățile și eșuează din cauza înfundarii porilor.

În practică, înainte de efectuarea schimbului de ioni, filtrarea pe filtrele de preacoperire este utilizată pentru a îndepărta particulele coloidale. Utilizarea metodei de coagulare în locul filtrării duce la formarea unor volume mari de deșeuri. Compușii organici din deșeurile radioactive lichide sunt îndepărtați prin ultrafiltrare. Unul dintre principalele dezavantaje ale utilizării schimbului de ioni pentru purificarea deșeurilor radioactive lichide este vizibil - necesitatea pregătirii preliminare a unor astfel de deșeuri.

Sorbanții organici sintetici nu sunt utilizați pentru purificarea deșeurilor lichide foarte active din cauza instabilității acestora la efectele radiațiilor foarte active. O astfel de expunere duce la distrugerea sorbentului.

Pentru a asigura un grad ridicat de purificare, procesul de purificare prin schimb de ioni se realizează în două etape. În prima etapă, sărurile și cantitățile mici de radionuclizi sunt îndepărtate din deșeurile lichide, iar în a doua etapă, nuclizii sunt îndepărtați direct din deșeurile lichide desarate. Regenerarea sorbentului se realizează în contracurent. Pentru a crește performanța filtrelor, viteza la începutul ciclului este setată la (90h100) m/h, iar la sfârșitul ciclului se reduce la valori de (10h20) m/h.

Purificarea deșeurilor desarate face posibilă utilizarea filtrelor eficiente cu acțiune mixtă (regenerarea lor este dificilă) și a filtrelor de preacoperire datorită faptului că la curățarea unor astfel de deșeuri necesitatea de regenerare este minimă. Datorită încărcării mixte a schimbătoarelor de anioni și schimbătoarelor de cationi în formele H + și OH-, efectul contraionic este eliminat, iar acest lucru duce la creșterea gradului de purificare și la posibilitatea creșterii vitezei de filtrare la 100 m/h. .

Toate deșeurile radioactive lichide conțin o anumită cantitate de suspensie, care are tendința de sorbție moleculară și schimbătoare de ioni. De asemenea, produsele de coroziune cu oxizi hidratați de fier, mangan, cobalt și nichel pot absorbi microcomponente. În acest sens, se propune separarea materiei în suspensie pentru a îmbunătăți semnificativ gradul de purificare a deșeurilor lichide.

Pentru a îndepărta componente precum 137 Cs, 99 Sr, 60 Co din deșeuri, aceștia folosesc adăugarea de adsorbanți selectivi, în acest caz nanoargile (montmorillonit), care asigură purificarea în proporție de 98% a acestor componente. Sorpția pe componentele selective se realizează în combinație cu coagularea.

Precipitarea chimică este una dintre opțiunile eficiente pentru sorbția statică. Avantajele metodelor chimice includ costul scăzut, disponibilitatea reactivilor, posibilitatea de îndepărtare a microcomponentelor radioactive în forme ionice și coloidale, precum și prelucrarea deșeurilor lichide saline.

Caracteristica principală a depunerii chimice este selectivitatea față de diverse microcomponente, în special față de 137 Cs, 106 Ru, 60 Co, 131 I, 90 Sr. Coagularea și înmuierea sunt metode de precipitare chimică; Atunci când se utilizează aceste metode, radionuclizii sunt îndepărtați din formele coloidale, ionice și moleculare.

Când se utilizează dedurizare cu calcar sodico, CaCO3 și MgOH2 precipită și servesc drept colectoare pentru 90 Sr, care este îndepărtat prin cristalizare cu CaCO3. De asemenea, utilizarea acestei metode vă permite să eliminați 95 Zr și 95 Nb.

Cesiul (137 Cs) este îndepărtat prin precipitarea ferocianurilor de fier, nichel (cel mai eficient), cupru și zinc, cu un factor de purificare de 100.

Ruteniul (106 Ru) și cobaltul (60 Co) sunt slab concentrate în sedimente din cauza numărului mare al formelor lor chimice. Ruteniul este îndepărtat folosind adsorbanți precum sulfura de cadmiu, sulfura de fier și sulfura de plumb. Îndepărtarea cobaltului este eficientă asupra oxihidraților de crom și mangan. Iodul radioactiv 131I este produs prin coprecipitare cu iodură de cupru sau argint.

Depunerea chimică este finalizată prin proceduri de separare a fazelor. Când fazele sunt separate, cea mai mare parte a deșeurilor lichide este limpezită și nămolul este concentrat. Separarea fazelor se realizează prin filtrare sau prin expunerea sistemului la un câmp de forță, care poate fi gravitațional (decantoare și clarificatoare) și inerțial (centrifuge). Datorită formării unor volume mari de paste cu umiditate foarte mare, rezervoarele de decantare sunt utilizate extrem de rar, utilizându-se în acest scop clarificatori. Clarificarea în astfel de dispozitive are loc la viteze mari și asigură un grad ridicat de purificare.

Pentru a clarifica în continuare lichidul, se efectuează filtrarea. Utilizarea filtrelor în vrac asigură o filtrare mai fină, astfel de filtre au o productivitate mai mare, iar în timpul regenerării lor se generează o cantitate mică de deșeuri. Filtrele în vrac au devenit mai răspândite datorită simplității și fiabilității lor, în ciuda formării unei cantități mari de deșeuri secundare în timpul regenerării.

Filtrele de sorbție sunt produse destul de populare pentru îndepărtarea unei varietăți de impurități mecanice și organoclorurate prin absorbția poluanților de pe suprafața interioară a grăuntelor de încărcare.

Selectarea și instalarea filtrelor de sorbție vor fi discutate în acest articol.

Ce este adsorbția

Termenul „adsorbție” se referă la procesul de absorbție a contaminării lichide de către stratul de suprafață al unui solid. Se bazează pe difuzia moleculelor poluante printr-o peliculă lichidă specială care înconjoară particulele adsorbante la suprafața acestora din urmă, ceea ce are loc atunci când lichidul care se purifică este amestecat.

Apoi difuzia continuă cu o viteză determinată de structura adsorbantului utilizat și de dimensiunea moleculelor substanțelor colectate.

Acest proces este cel mai eficient în cazurile în care lichidul are o concentrație scăzută de contaminanți (în timpul etapei de curățare profundă). În astfel de cazuri, eficiența procesului face posibilă obținerea unei concentrații practic nule de poluanți la ieșire.

Eficiența și viteza de adsorbție depind direct de:

structuri absorbante;
concentrațiile de poluanți și natura lor chimică;
reacția activă a mediului;
temperatura.

Astăzi, cei mai buni adsorbanți destinati epurării apei sunt cărbunii activați de diferite mărci. Eficacitatea acestuia din urmă este determinată de prezența microporilor. Volumul total al acestora este principala caracteristica si este indicat pentru fiecare marca.

În timpul procesului de sorbție, trebuie împiedicată contactul cărbunelui cu apa în care sunt dizolvate substanțele coloidale și în suspensie, deoarece ele ecranează porii cărbunelui activ. Cărbunele care și-a pierdut capacitatea de sorbție este înlocuit sau regenerat.

Adăugarea de ozon sau clor (un agent oxidant) înainte ca apa să intre în filtru crește durata de viață a cărbunelui activat înainte de înlocuire, îmbunătățește calitatea apei de ieșire și o purifică de compușii de azot existenți.

Implementarea combinată a ozonării și sorbției face posibilă obținerea unui efect sinergic, care crește capacitățile carbonului activat de aproape 3 ori.

Dacă sorbția are loc după pre-clorinare, atunci azotul amoniac este îndepărtat din lichidul care este purificat.

Dacă minerale care conțin Mg și Ca de origine naturală sau oxizi de aluminiu sunt utilizate ca absorbanți, compușii fosforului sunt îndepărtați foarte eficient din apă.

Scopul și domeniul de aplicare

Filtrele de sorbție de diferite mărci sunt utilizate pentru purificarea apei în adâncime în sistemele închise de alimentare cu apă, precum și pentru purificarea poluanților organici (inclusiv a celor duri biologic) din apele uzate.

Purificarea prin procesul de sorbție este considerată una dintre cele mai eficiente metode de purificare fină a acestor ape de contaminanți de origine organică.

Tehnologia este cea mai eficientă atunci când curățați apele uzate de coloranți, compuși hidrofobi și aromatici ai grupului alifatic, electroliți slabi etc.

Metoda sorbției nu este utilizată pentru epurarea apelor uzate contaminate exclusiv cu substanțe de origine anorganică sau substanțe organice cu greutate moleculară mică (aldehide, alcooli).

Tehnologiile de purificare prin sorbție sunt utilizate atât independent, cât și într-un bloc cu purificare biologică în stadiul purificării preliminare profunde.

Clasificarea statiilor de tratare prin sorbtie

După tipul de proces:

periodic;

continuu.

Dupa regimul hidrodinamic:

instalatii de deplasare;

instalatii de amestecare;

instalatii de tip intermediar.

În funcție de starea straturilor absorbante:

in miscare;

fix.

După direcția de filtrare:

contra-curent;

flux direct;

trafic mixt.

Prin contactul fazelor de interacțiune:

a pășit;

continuu.

Conform designului filtrului:

coloană;

capacitiv

Design filtru de sorbție

Filtrul de sorbție este format din:

corp, care este un cilindru din fibră de sticlă de dimensiunile cerute;
un strat fix de cărbune activ cu un suport de pietriș;
supapă de control de diferite tipuri (opțiune - supapă mecanică);
conductă prin care se alimentează apa uzată;
conductă prin care este evacuată apa purificată;
conductă prin care este furnizată apa de afânare;
sistem de drenaj și distribuție.

Viteza liniară de filtrare depinde în mare măsură de gradul de contaminare a apei furnizate pentru tratare. Valoarea acestuia poate fi de la 1 la 10 m3/oră. Dimensiunile granulelor ale sorbantului variază de la 1 la 5 mm.

Cea mai optimă opțiune de curățare este considerată a fi filtrarea, timp în care lichidul este furnizat de jos în sus. În acest caz, întreaga zonă a secțiunii transversale a filtrului este umplută uniform, iar bulele de aer care intră cu apă sunt deplasate destul de ușor.

Filtrele cu strat fix de adsorbanți sunt folosite pentru tratarea regenerativă a apelor uzate rezolvând simultan problemele de reciclare a componentelor valoroase prezente în acestea. Desorbția se realizează folosind solvenți chimici sau vapori de apă.

Principiul de funcționare

Să luăm în considerare principiul de funcționare a unui filtru de sorbție folosind exemplul unui model din seria FSB, utilizat în schemele tehnologice ale canalizărilor de furtună. Un colector de nisip și un colector de ulei sunt instalați direct la intrarea acestuia, ceea ce face posibilă reducerea indicatorilor pentru aceste tipuri de poluare la concentrațiile admise.

Apa, după ce a trecut prin prefiltrul descris mai sus, intră în blocul de sorbție prin conducta de alimentare. De aici, prin conducta de distribuție și refulare, apa se deplasează în zona inferioară de distribuție.

Aici este distribuit uniform pe întreaga zonă a sorbentului încorporat, a cărui marcă și volume depind de concentrația inițială și finală a poluanților și de productivitatea necesară. P

După aceasta, apa este direcționată într-un flux ascendent într-o tavă circulară colectoare și de acolo este evacuată printr-o conductă.

Instalarea unui filtru de sorbție

Procesul de instalare:

se sapa o groapa de dimensiunile cerute;
fundul este vărsat cu nisip, al cărui strat ajunge la o grosime de 300 mm, apoi compactat cu grijă;
peste această pernă se toarnă o placă de beton armat (300 mm sau mai mult), ale cărei dimensiuni geometrice sunt determinate de valoarea „diametrul carcasei filtrului + 1000 mm”;
carcasa unității de sorbție pentru post-tratare se montează strict vertical pe placă;
pentru stabilitate, apa este pre-umplută în carcasă aproximativ până la nivelul fundului perforat;
pentru a evita deplasarea corpului în timpul umplerii, acesta este pre-asigurat cu ancore;
Groapa se umple in straturi de 300 mm cu nisip fara pietre, fiecare strat compactat cu grija. Umplerea se finalizează după atingerea nivelului conductelor de evacuare și de admisie;
conductele sunt conectate (deversare, evacuare, admisie). Apoi, procesul de umplere continuă până în partea de sus a carcasei filtrului. Este necesar să se controleze funcționarea vibratorului la punctele de legătură ale conductelor menționate mai sus, pentru a nu le deteriora;
sarcina este alimentată în interiorul carcasei în saci. Mai mult, următorul se servește după ce conținutul celui precedent este distribuit uniform pe întreaga suprafață a fundului perforat;
Înainte de punere în funcțiune, sarcina încărcată trebuie spălată temeinic.

Carcasa trebuie umplută cu apă curată și de încărcare.

Pentru ca filtrul de sorbție să alegi să îndepărtezi numărul maxim posibil de tipuri de poluanți, la filtrul de carbon trebuie adăugate diferite substanțe schimbătoare de ioni, a căror listă este stabilită ținând cont de poluanții prioritari de la întreprinderea (site-ul) dvs.

În general, sorbția se referă la procesele de absorbție superficială (adsorbție) și volumetrică (absorbție) a unei substanțe la interfața dintre două faze: solid și lichid, solid și gazos, lichid și gazos. Procesele de sorbție joacă un rol important în tehnologia modernă a semiconductorilor și dielectricilor, deoarece permit separarea substanțelor cu proprietăți fizico-chimice foarte asemănătoare (elementele pământurilor rare, metale precum zirconiul și hafniul etc.).

Sistemul de adsorbție este format din adsorbant- substanța pe suprafața căreia are loc absorbția și adsorbat - o substanță ale cărei molecule sunt absorbite. Pe baza naturii proceselor, se disting adsorbția fizică și chimică. La adsorbție fizică moleculele de adsorbat nu intră în interacțiune chimică cu adsorbantul și, astfel, își păstrează individualitatea pe suprafața absorbantului; adsorbția în acest caz se datorează acțiunii forțelor van der Waals. La adsorbție chimică, sau chimisorbția, moleculele adsorbite intră într-o reacție chimică cu adsorbantul pentru a forma compuși chimici la suprafață. Procesul invers - se numește procesul de îndepărtare a moleculelor de pe suprafața adsorbantului desorbtie. Adsorbția fizică, spre deosebire de chimisorbția, este reversibilă. Procesul de desorbție poate fi folosit și ca metodă de purificare. Adsorbția este un proces selectiv, adică. Pe suprafața adsorbantului sunt adsorbite doar acele substanțe care reduc energia liberă a stratului de suprafață sau, cu alte cuvinte, reduc tensiunea superficială față de mediu. Astfel, folosind diferitele abilități de adsorbție ale substanțelor găsite, de exemplu, în soluție, este posibilă separarea și purificarea acestora prin absorbția uneia dintre ele cu un adsorbant și lăsând pe cealaltă în soluție. O caracteristică cantitativă a unui sistem de adsorbție este izoterma de adsorbție. Exprimă relația dintre concentrația unei substanțe CUîn soluție și cantitatea acesteia Cs, adsorbit de o unitate de suprafață adsorbantă la o temperatură constantă în condiții de echilibru de adsorbție. 1. Suprafața adsorbantului are un număr limitat de situsuri de adsorbție independente și fiecare situs poate adsorbi doar o moleculă.

2. . Epitaxia MOS hidrură a semiconductorilor.

Majoritatea compușilor semiconductori A 3 B 5 , A 2 B 6 și A 4 B 6 pot fi cultivați folosind tehnologia MOC. În cazul creșterii compușilor A 3 B 5, în locul compușilor organometalici ai elementelor din grupa a cincea, pot fi utilizate hidruri ale elementelor corespunzătoare. În acest caz, se obișnuiește să se folosească termenul de tehnologie MOC-hidrură. Unii compuși organometalici: Ga(CH 3) 3 - trimetilgaliu (TMG), Ga(C 2 H 5) 3 - trietilgaliu (TEG), In(CH 3) 3 - trimetilindiu (TMI), In(C 2 H 5) 3 – trietilindiu (TEI), Al(CH 3) 3 – trimetilaluminiu (TMA) (în general – MR3, unde M este metal, R 3 – (CH 3) sau (C 2 H 5) – alchil). Hidruri: AsH 3 – arsenă, PH 3 – fosfină.

O descriere schematică a proceselor în timpul epitaxiei de hidrură MOS este prezentată în Fig. 2. Reacția are loc într-un curent de gaz la presiune atmosferică sau redusă într-un reactor cu pereți reci. Gazul purtător este de obicei hidrogen. Etapele individuale ale reacției complete au loc deja în faza gazoasă. Etapele finale și încorporarea în rețea au loc pe suprafața semiconductorului. Reactoarele tipice permit conectarea mai multor surse organometalice și de hidrură, astfel încât straturi alternative de diferite materiale pot fi crescute secvenţial într-un singur ciclu de creștere. Acest lucru face posibilă obținerea de structuri epitaxiale multistrat multicomponente.

Procesul tehnologic al epitaxiei organometalice nu implică agenți, iar procesul de creștere nu este rezultatul competiției dintre depunere și gravare, ca în alte metode de epitaxie în fază de vapori. Ca urmare, se asigură granițele clare între straturi și uniformitatea straturilor în creștere în grosime și compoziție.

Epitaxia hidrură MOS este cea mai simplă dintre toate tehnologiile de producere a straturilor epitaxiale de compuși A III B V din faza gazoasă. Reacția globală de formare a compușilor este o reacție de acest tip

Ga(CH3)3 +AsH3 →GaAs (solid) +3CH4,