Sorpčná metóda pri čistení vody. Sorpcia (čistenie odpadových vôd). Na aké typy sorpčného čistenia vody sa delia?

Výber sorbentov. Sortiment priemyselných sorbentov na predbežné čistenie vody je veľmi rôznorodý. Na čistenie vody od organických látok sa používa aktívne uhlie, gélové a makroporézne aniónomeniče a pod.. Aktívne uhlie má pomalú sorpčnú kinetiku z roztokov, čo si vyžaduje veľké filtračné plochy, slabá regenerovateľnosť pomocou činidiel (zvyšková kapacita po prvej regenerácii je výrazne menej ako polovica originálu), mechanická krehkosť, vysoký obsah popola.

Aniónomeniče, najmä makroporézne, nemajú mnohé z uvedených nevýhod. Prvotný výber najlepších z nich prebieha za statických podmienok, kedy sorbenty prichádzajú do kontaktu s modelovými roztokmi alebo s danou vodou na hodinu.

Po výbere najlepších vzoriek (v tomto prípade sa ukázalo, že ide o domáce sorbenty typu polymerizácie AB-171 a kondenzačného typu IA-1) sa vykonajú kinetické štúdie. Ich cieľom je určiť charakter štádia obmedzujúceho proces, nájsť difúzne koeficienty a čas na dosiahnutie rovnováhy. Stupeň limitujúci proces je určený nasledujúcim kritériom: ak miešanie roztoku urýchľuje sorpciu, indikuje to prevládajúci vplyv vonkajšej difúzie; priamy dôkaz intradifúzneho mechanizmu poskytuje experiment „prerušenia“. Ak sa po prestávke obnoví sorpčný proces a zvýši sa sorpčná aktivita tuhej fázy, môžeme s istotou hovoriť o intradifúznej povahe procesu.

Sorpcia humínových látok. Intra-difúzna kinetika podľa údajov obmedzuje sorpciu humínových látok, t.j. sorpčné predbežné čistenie vody.

Analýza tejto rovnice ukazuje, že strata ochranného účinku vyjadrená v lineárnych alebo objemových jednotkách sorbentu, čím väčšia (a prevádzková perióda kolóny tým kratšia), tým väčší je prietok, polomer zŕn sorbentu a daný hĺbka čistenia.

Z kinetických experimentov sa určia difúzne koeficienty a čas na dosiahnutie rovnováhy v systémoch iónomenič-roztok a skonštruujú sa sorpčné izotermy. Sorpčné izotermy humínových a fulvových kyselín aniónomeničmi IA-1 a AB-171 sú opísané Langmuirovou rovnicou.

Práce porovnávajú výsledky experimentálneho stanovenia sorpčnej kapacity pred prienikom humínových látok so sorpčnou kapacitou vypočítanou pomocou rovníc; nezrovnalosti nepresahujú 10-15%. Zmenou prietoku, hĺbky čistenia, polomeru zrna sorbentu a samotného sorbentu je možné určiť stratu času ochranného pôsobenia kolóny pre každú možnosť. Zároveň je potrebné pripomenúť, že to kladie veľmi veľkú zodpovednosť na presnosť stanovenia difúznych a rovnovážnych koeficientov v systémoch sorbent-roztok, ktoré poskytujú počiatočné údaje na výpočet dynamiky sorpcie.

Najlepším sorbentom na predbežné čistenie vody sa teda ukázal makroporézny aniónový menič IA-1, pracujúci vo forme chlóru, pri pH čisteného roztoku 3,0 až 3,5. Čo sa týka zrnitosti, jej výber je obmedzený charakterom drenážneho systému a požadovaným prietokom vody.

Prírodné vody obsahujú humínové a fulvové kyseliny. Prvé sa horšie sorbujú a ich „prelomenie“ prakticky obmedzuje proces čistenia. Preto by sa hodnota mala vypočítať na základe obsahu humínových kyselín vo vyčistenej vode. Ak chýbajú po koagulačnom čistení, pracovný čas sorpčnej kolóny sa vypočíta na základe obsahu fulvových kyselín vo vode.

Skutočnosť, že sorpcia slabo disociujúcich humínových a fulvových kyselín je lepšia v kyslom prostredí a na aniónomeniči vo forme soli, svedčí o neiónomeničovom mechanizme absorpcie týchto látok a naznačuje ekonomicky a technologicky výhodnú schému predbežnej vody. čistenie. Sorpčná kolóna s iónomeničom IA-1 by mala byť inštalovaná za H-formou katexu a nasledujúcim dekarbonizátorom. To eliminuje potrebu okysľovania vody, pretože sa okysľuje spontánne počas kationizácie. Sorpčná kolóna sa tak stáva neoddeliteľnou súčasťou odsoľovacieho zariadenia. Pri kombinácii koagulačného čistenia so sorpciou je voda z 80-85% zbavená organických nečistôt. Ďalej sa vykonáva hlbšie čistenie vody od organických nečistôt pomocou iónomeničov v odsoľovacej časti zariadenia.

Extrakcia iných organických látok. Povrchové a artézske vody obsahujú organické látky patriace do rôznych tried zlúčenín. Zistilo sa, že látky ako cukry, bielkoviny, aminokyseliny prechádzajú systémom iónomeničových kolón a vstupujú do hlboko demineralizovanej vody. Navyše ich množstvo závisí od zloženia zdrojovej vody a výrazne prevyšuje obsah minerálnych nečistôt. Je potrebná maximálna extrakcia týchto látok z vody pri jej predbežnom čistení sorpčnou metódou.

Práca porovnáva schopnosť niektorých aktívnych uhlíkov a makroporéznych aniónomeničov sorbovať rôzne analyticky stanovené organické zlúčeniny rozpustené v prírodných vodách. K tomu sa po ich H-kationizácii prehnalo 100 objemov riečnej vody vrstvou sorbentu vysokou 60 cm rýchlosťou 7 m/h, čím sa vytvorili najpriaznivejšie podmienky pre sorpciu.

Fulvové kyseliny sa lepšie extrahujú živicami ako uhlím a kapacity iónomeničov pre fulvové kyseliny sú takmer rovnaké. Ale aj v tomto prípade je použitie iónomeniča IA-1 účelnejšie, pretože sa ľahšie regeneruje a s menšou spotrebou činidla.

Druhou veľmi významnou skupinou zlúčenín, ktoré pri vstupe do hlboko odsolenej vody môžu ovplyvniť jej elektrický odpor, sú karboxylové kyseliny. Na ich sorpciu sú najvhodnejšie uhlie SKT-VTU-2 a aniónový menič AV-171. Z týchto dvoch sorbentov by mal byť samozrejme uprednostnený iónomenič, pretože jeho kapacita môže byť obnovená chemickými činidlami. Na odstránenie jednoduchých a zložitých aminokyselín by sa mal použiť aj menič aniónov AB-171.

Jednoduché a zložité cukry, ktoré neovplyvňujú elektrický odpor demineralizovanej vody, sú z veľkej časti sorbované iba uhlíkom BAU. Preto sa pri výbere sorbentov na čistenie vody treba riadiť nielen veľkosťou ich kapacity a možnosťou jej regenerácie, ale aj potrebou odstrániť z vody konkrétnu zlúčeninu.

Pre približné posúdenie distribúcie organických látok vo vrstvách týchto sorbentov boli zaznamenané zodpovedajúce výstupné krivky. Náplň iónomeničov vo forme chlóru bola 1 liter pri výške vrstvy 60 cm; prietok roztoku je 10 m/h.

Filtrát na analýzu sa kontinuálne zbieral vo frakciách po 10 1. Trvanie pracovnej doby kolóny sa volí rovnajúce sa 200 redukovaným objemom; pH pretečenej vody bolo vytvorené predbežnou kationizáciou zdrojovej vody. Pomocou rôznych sorbentov a ich kombinácií je možné odstrániť značnú časť organických látok rozpustených vo vode. Sotva je však možné získať vodu úplne zbavenú organických látok použitím uvedeného súboru prostriedkov.

Obsah a pomer organických neelektrolytov, ako sú cukry, proteíny, estery atď., sa líšia nielen od jednej geografickej oblasti k druhej, ale aj v rámci jedného regiónu. Nedá sa preto očakávať, že pri rovnakých technologických schémach a režimoch demineralizácie budú demineralizované vody z hľadiska kvantitatívneho a kvalitatívneho obsahu organických látok rovnaké. V tomto ohľade by sme sa mali mať na pozore pred pokusmi o štandardizáciu suchého zvyšku vody s vysokým odporom bez zohľadnenia zloženia zdroja.

Odstraňovanie železa (deferrizácia). Železné vody sú vody s obsahom železa nad 1 mg/l. Katiónový menič sorbuje dvojmocné ióny železa približne rovnakým spôsobom ako ióny vápnika a železité ióny ešte efektívnejšie. Dalo by sa očakávať, že počas iónomeničového odsoľovania bude voda súčasne „deironizovaná“. Tento proces je však brzdený určitými fyzikálno-chemickými vlastnosťami zlúčenín železa prítomných v prírodných vodách.

V otvorených nádržiach, dobre prevzdušnených, je významná časť železa vo forme zlúčenín Fe s rôznym stupňom hydrolyzácie.

Pri koagulácii a následnom sorpčnom čistení sa voda zbavuje nielen farebných (hlavne humusových zlúčenín), ale aj koloidných a komplexných foriem železa. Čistenie od organických látok je teda zároveň aktom odželeznenia vody.

Podnikom, ktoré spotrebúvajú najmä čistú demineralizovanú vodu, sa odporúča získavať ju vždy, keď je to možné, z podzemnej vody, ktorá zvyčajne neobsahuje organické kontaminanty. Je známe, že viac ako 25 % všetkých vodovodných systémov prijíma podzemnú vodu s obsahom železa od 1 do 5 mg/l.

V podzemnej vode zbavenej kyslíka sa železo nachádza väčšinou vo forme čiastočne hydrolyzovaného roztoku hydrogénuhličitanu. Ak by táto látka bola privádzaná do katexovej živice v nezoxidovanej a nehydrolyzovanej forme alebo nebola oxidovaná v samotnom katexovom filtri, dalo by sa očakávať takmer úplnú výmenu iónov železa za ióny vodíka. Spolu s iónomeničovou reakciou, ktorej rýchlosť je určená difúznymi procesmi, však prebiehajú reakcie hydrolýzy solí železa, oxidácie a prechodu na slabo disociujúce a prakticky nerozpustné zlúčeniny schopné tvoriť koloidy. Kombinácia takýchto procesov vedie k tomu, že voda obsahujúca napríklad v rovnovážnom stave 0,16 mg/l železa v iónovej forme môže byť charakterizovaná celkovým obsahom železa 2 mg/l. Katiónový menič absorbuje iba iónovú formu železa a absorpciou rozpúšťa niektoré z najmenej perzistentných produktov hydrolýzy.

Uvoľňovanie vodíkových iónov počas prevádzky katexu by mohlo obmedziť reakciu a dokonca ju posunúť doľava, najmä preto, že počet vodíkových iónov v H-katiónovej vode je určený celkovým obsahom solí, ktorý je takmer dva rády. magnitúda väčšia ako počet iónov železa vo vode.

Keď sa aktivujú horné vrstvy katexu, dve okolnosti prispejú k posunu reakcie doprava: prítomnosť iónov Fe(II) vo vrstve, čo katalyticky urýchľuje ich premenu na ióny Fe(III) a čiastočná absorpcia vodíkových iónov katexom, výmena za ióny sodíka a vápnika, ktorými je naplnená.spotrebovaná vrstva živice. Hydroxid železitý a iné produkty hydrolýzy vytvorené za týchto podmienok sa už nebudú podieľať na výmene iónov a budú prechádzať do H-katiónovej vody, rovnako ako časť takýchto zlúčenín železa, ktorá bola prítomná v pôvodnej vode.

Kvantitatívny popis týchto procesov je stále zložitý. Súčasne je prítomnosť železa v neiónovej forme v H-katiónizovaných a odsolených vodách uspokojivo vysvetlená navrhovaným konceptom a naznačuje potrebu odstrániť železo zo železitých podzemných vôd pred ich privádzaním do odsoľovacieho zariadenia na výmenu iónov. Vyššie uvedená rovnica naznačuje hlavné spôsoby odstraňovania železa z vody. Ide o prevzdušňovanie (nasýtenie kyslíkom) a alkalizáciu (naviazanie vodíkových iónov). V hydrogénuhličitanových vodách k tomu dochádza spontánne s uvoľňovaním stechiometrického množstva oxidu uhličitého. Prevzdušňovanie sa môže uskutočniť fúkaním vzduchu, rozprašovaním vody do vzduchu alebo aplikáciou ozónu; Ako ďalšie oxidačné činidlá možno použiť aktívny chlór a manganistan draselný. Vplyvom oxidačných činidiel iónomeniče „starnú“, preto je vhodné vykonať odstraňovanie železa metódou bez reagencií.

Odstraňovaniu železa z podzemných vôd je venovaná monografia, ktorá sumarizuje teoretické aj technologické aspekty problému. Vzhľadom na špecifiká získavania relatívne malých objemov vysoko čistej demineralizovanej vody pre priemyselné účely a špecifiká samotných priemyselných odvetví, ktoré takúto vodu spotrebúvajú, by sme sa mali zamerať na metódu zjednodušeného prevzdušňovania s následnou filtráciou.

Nad otvoreným filtrom voda strieka cez otvory v prívodnom potrubí. Hrúbka vrstvy piesku vo filtri je zvyčajne najmenej 1,2 m a zrnitosť je od 0,8 do 1,6 mm. Väčšou schopnosťou zachytávania nečistôt sa vyznačujú filtre s dvojvrstvovým zaťažením s celkovou hrúbkou 1,2-1,5 m a hrúbkou vrchnej vrstvy 0,5 m. Pre spodnú vrstvu kremenný piesok so zrnitosťou 0,8-1,2 mm sa používa a na vrch - antracitové čipy 0,9-2,4 mm. Rýchlosť filtrácie v otvorených filtroch dosahuje 10 m/h. S klesajúcou rýchlosťou prenosu vody sa spravidla zvyšuje schopnosť filtrov zachytávať nečistoty, a preto by otvorené filtre mali byť navrhnuté na rýchlosť nepresahujúcu 5-7 m/h.

V závislosti od zvolenej rýchlosti filtrácie, počiatočného obsahu železa vo vode a ďalších faktorov sa trvanie filtrov prirodzene mení. Pri rýchlosti filtrácie 5-7 m/h a počiatočnom obsahu železa vo vode 3-4 mg/l je prevádzkový cyklus zariadenia 60-100 hodín.Potom sa filtre premývajú protiprúdovou intenzitou 15-18 l/(s-m2) po dobu 10-15 min.

Objem premývacej vody pre filtre v sekcii odželezňovania vody dosahuje 4 % objemu čistenej vody. Pri dobre nastavenej prevádzke odželezňovacieho zariadenia tohto typu je obsah železa vo filtráte 0,05 až 0,1 mg/l.

Na rozdiel od destilátu, ktorý obsahuje až 5 µg/l železa, môže byť technický kondenzát obohatený o produkty korózie. Pri získavaní obzvlášť čistej demineralizovanej vody z takéhoto kondenzátu je potrebné predbežné odželeznenie. Na tento účel sa používajú sulfónové uhlíkové filtre, pracujúce s účinnosťou 25-50%, alebo účinnejšie magnetitové filtre, aluviálne celulózové filtre, aluviálne ionitové filtre (v zahraničí nazývané powdex). Boli navrhnuté aniónomeničové filtre, kde je odstraňovanie železa založené na koagulačnom účinku aniónomeniča v OH forme. Aluviálne iónomeničové filtre pracujú s účinnosťou blížiacou sa 100% vďaka takmer okamžitej kinetike procesu. Tu dochádza popri sorpcii iónov z kvapalnej fázy k mechanickému zadržiavaniu častíc tuhej fázy, koagulácii a tvorbe komplexov s aniónomeničom, ak sa na aluviálnu vrstvu použije zmes katiónov a aniónov.

Experimenty ukázali vhodnosť aluviálnych iónomeničových filtrov na extrakciu humínových látok, ktoré komplexujú železo a iné kovy z vody.

Závažnosť problému odstraňovania železa ako fázy predbežného čistenia vody sa ukázala najmä v súvislosti s potrebou použitia ultračistej vody na výrobu mikroelektroniky. Na dočistenie vody pred jej dodaním na umývanie častí prístroja sa používa mikrofilter s pórmi 0,2 mikrónu, ktorý zadržiava mikrobiálne telá. Ak sa v predchádzajúcich fázach dostatočne neodstráni železo z demineralizovanej vody, potom sa mikrofiltre rýchlo zanesú.

Zmäkčovanie vody. Pri čiastočnom odsoľovaní vody metódou elektrodialýzy alebo reverznou osmózou je v niektorých prípadoch potrebné vodu najskôr zmäkčiť, t.j. zbaviť katiónov vápnika a horčíka, ktoré pri vhodnom aniónovom zložení vody môžu vytvárať sedimenty na na iónomeničových membránach alebo na membránach (vláknách) používaných v jednotkách reverznej osmózy.

Pri odsoľovaní relatívne malých množstiev vody pomocou metódy iónovej výmeny sa odporúča vykonať zmäkčenie ako predbežný čistiaci krok. Regenerácia katexu, t.

Z dôvodov, ktoré budú rozoberané nižšie, spotreba kuchynskej soli na regeneráciu prekračuje stechiometrickú 2,5-5 krát. Pri práci s vodou s vysokým obsahom solí je vhodné na zmäkčenie použiť silný kyslý katex typu KU-2. Súčasne v porovnaní s takými katexovými meničmi, ako je sulfónované uhlie alebo KU-1, je spotreba soli na regeneráciu značne znížená.

Spomedzi existujúcich metód úpravy vody je sorpčná metóda jednou z najbežnejších. Čo je sorpčné čistenie vody a prečo je to potrebné? Tento postup sa týka účinných metód hĺbkového čistenia kvapalín, ktoré umožňujú odstrániť škodlivé nečistoty a chemické zlúčeniny viazaním častíc na molekulárnej úrovni. Jedinečnosť takejto filtrácie spočíva v schopnosti odstrániť z vody organickú hmotu, ktorá sa nedá oddeliť iným spôsobom.

Sorpčný spôsob čistenia vody pomocou vysoko aktívnych sorbentov umožňuje získať kvapalinu, v ktorej nie je takmer žiadny zvyškový koncentrát. Vysoká aktivita sorbentov umožňuje interakciu s látkami bez ohľadu na ich koncentráciu: aj pri malých dávkach škodlivých nečistôt bude táto metóda fungovať.

Pojem adsorpcia a jej účinnosť

Termín "adsorpcia" sa týka procesu absorpcie kontaminantov vo vode povrchom pevných látok. Je založená na princípe prechodu molekúl takýchto nečistôt cez špeciálnu fóliu obklopujúcu adsorbent a priťahuje ich na jeho povrch. Vyššie uvedený proces nastáva, keď sa čistiaca kvapalina mieša.

Táto metóda môže dosiahnuť najväčší účinok s nízkymi koncentráciami škodlivých látok, čo sa pozoruje v prípade silného čistenia. Všetko, čo sa neusadilo na predchádzajúcich filtroch, sa odstráni sorpciou a výstupom je čistá voda.

Rýchlosť procesu a jeho účinnosť závisí od mnohých faktorov:

Sorpčné štruktúry.
Teploty.
Koncentrácia znečisťujúcej látky a jej zloženie.
Environmentálna reakčná aktivita.

V moderných zariadeniach je najlepšou možnosťou sorbentu, ktorý účinne čistí vodu, aktívne uhlie rôznych typov. Čím viac mikropórov má daná látka, tým vyššia je kvalita čistenia vody sorpciou uhlíka.

Špecialisti Ruswater vám pomôžu vybrať najlepšiu možnosť pre filtračné jednotky fungujúce na princípe sorpcie, čo umožní organizovať účinnú úpravu vody a čistiť vodu od rôznych nečistôt bez ohľadu na jej účel.

Filtrácia vody cez aktívne uhlie by mala zabrániť vniknutiu tekutín s rozpustenými suspenziami a koloidnými časticami do sorbentu, pretože poškodzujú povrch uhlíka a chránia jeho póry. Sorbent, ktorý sa v dôsledku takejto expozície stal nepoužiteľným, sa obnoví alebo vymení.

Na odchlórovanie vody sa používajú sorpčné filtre na báze aktívneho uhlia, ktoré vodu skvalitňujú a umožňujú aj prečistenie od dusíkatých inklúzií. Kombinované použitie sorpcie a ozonizácie výrazne zvyšuje účinnosť čistenia a súčasne zvyšuje schopnosti aktívneho uhlia. Pri použití prírodných minerálov s Ca a Mg, ako aj oxidov hliníka ako sorbentu sa z vody odstraňujú zlúčeniny fosforu.

Prečo je potrebná sorpcia a kde sa používa?

Filtrácia vody uhlím pomocou sorpčných jednotiek rôznych typov sa používa na hĺbkové čistenie kvapalín v uzavretých systémoch vrátane čistenia splaškových vôd od organických látok.

Spomedzi existujúcich metód jemného čistenia je sorpcia uznávaná ako jedna z najúčinnejších metód na odstraňovanie organických látok z vody bez značných nákladov. Technológia je populárna v prípadoch, keď je potrebné vyčistiť odpadovú vodu od farbív, ako aj odstrániť ďalšie hydrofóbne zlúčeniny.

Táto metóda nie je vhodná, ak odpadová voda obsahuje iba anorganické znečisťujúce látky alebo organické látky v nej rozpustené majú nízkomolekulárnu štruktúru. Sorpciu možno použiť v kombinácii s biologickou úpravou alebo pôsobiť ako nezávislý prostriedok.

Sorpčné čistenie vody umožňuje oslobodiť kvapalinu od chuti sírovodíka a chlóru a odstrániť nepríjemné pachy. Účinnosť použitia aktívneho uhlia ako sorbentu sa vysvetľuje jeho štruktúrou: filtrácia sa vykonáva existujúcimi mikropórmi. Aktívne uhlie sa získava z dreva, rašeliny, živočíšnych produktov alebo orechových škrupín. Aplikácia častíc iónov striebra na povrch aktívneho uhlia chráni materiál pred poškodením rôznymi mikroorganizmami.

Vo väčšine prípadov sa aktívne uhlie používa na čistenie vody od organických látok a na vykonanie procesu úpravy vody pred reverznou osmózou. Sorpcia umožňuje efektívne odstraňovať chlór z vody a zlepšovať jej kvalitu. Zároveň sa touto metódou odstraňuje aj chlór na prípravu procesnej vody používanej na hygienické účely.

Naše uhlíkové čistiace systémy

Sorpčné filtre nie sú o nič menej žiadané v celkovom systéme odstraňovania železa. Sorpčné čistenie vody zo železa je nevyhnutné na odstránenie jeho pevných častíc po oxidácii na nerozpustné oxidy.

Sorpčné čistiace systémy môžu byť rôzne. Výber konkrétnej možnosti nastáva po analýze vody a identifikácii nečistôt, ktoré obsahuje. Takúto prácu by mali vykonávať odborníci, takže naši špecialisti sú vždy pripravení vám s tým pomôcť.

Sorpčné metódy

Sorpčné metódy sú založené na absorpcii rádionuklidov tuhej fázy prostredníctvom mechanizmov iónovej výmeny, adsorpcie, kryštalizácie a iných.

Sorpcia sa uskutočňuje za dynamických a štatistických podmienok. Pri dynamickej sorpcii sa prvotný kvapalný odpad kontinuálne filtruje cez sorbent a pri statickej sorpcii sa za miešania uskutočňuje dočasný kontakt dvoch fáz s ďalšou separáciou.

Dynamická sorpcia sa uskutočňuje v aluviálnych alebo objemových filtroch. Rozdiel je v tom, že objemové filtre používajú sorbenty vo forme granulovaného odolného materiálu; v predvrstvových filtroch sa ako sorbent používajú anorganické a organické materiály umelého a organického pôvodu.

Na čistenie kvapalných rádioaktívnych odpadov od rádionuklidov, sorbentov (iónomeničov) typu KB-51-7, KU-2-8 (silne kyslý katex), AV-17-8 (silne zásaditý aniónomenič), AN-31 a AN-2FN (slabo zásadité aniónomeniče), vermikulit. Sorbenty sa vyrábajú vo forme granúl, ktoré sa pred použitím namočia do špeciálneho roztoku na aktiváciu. Všetky uvedené sorbenty majú vysoké čistiace koeficienty a dobré filtračné vlastnosti.

Iónomeničové heterogénne reakcie sú reverzibilné, čo umožňuje regeneráciu sorbentu, ale vytvára podmienky na vyplavovanie rádionuklidov pri skladovaní použitého sorbentu. Takmer celá výmenná kapacita sorbentu sa využíva na sorpciu makrozložiek – solí, vzhľadom na ich podobnosť s vlastnosťami mikrozložiek. Potom, aby došlo k sorpcii mikrozložiek (rádionuklidov), je potrebné vykonať predbežné odsolenie. V opačnom prípade to povedie k častým regeneráciám sorbentu a následne k zvýšeniu nákladov na čistenie.

Kvapalný rádioaktívny odpad s vysokou salinitou je nerentabilné čistiť organickými sorbentmi, pretože pri regenerácii sorbentu je potrebný 2-2,5-násobný nadbytok alkálií a kyselín (zvyšujú sa náklady na čistenie).

Opačná situácia je pri rádionuklidoch, ktorých vlastnosti sú odlišné od vlastností ich makrozložiek. Multivalentné rádionuklidy sú dobre sorbované na katexu v prítomnosti sodíkových iónov. Preto sa sodné ióny nachádzajúce sa v kvapalnom rádioaktívnom odpade nesorbujú, čo vedie k citeľnému zníženiu objemu regenerátora, sekundárneho odpadu a frekvencie regenerácie.

Použitie syntetických organických sorbentov umožňuje odstrániť z kvapalných rádioaktívnych odpadov všetky rádionuklidy v iónovej forme. Takéto sorbenty však majú určité obmedzenia pri používaní, ktoré sa vyvinú do vážnych nevýhod. Pri použití takýchto sorbentov sa z kvapalného rádioaktívneho odpadu neodstraňujú rádionuklidy v molekulárnej a koloidnej forme. Taktiež, ak kvapalný rádioaktívny odpad obsahuje koloidy alebo organické látky s veľkými molekulami, potom sorbent stráca svoje vlastnosti a zlyhá v dôsledku upchávania pórov.

V praxi sa pred uskutočnením výmeny iónov používa na odstránenie koloidných častíc filtrácia na predvrstvových filtroch. Použitie koagulačnej metódy namiesto filtrácie vedie k tvorbe veľkých objemov odpadu. Organické zlúčeniny z kvapalného rádioaktívneho odpadu sa odstraňujú ultrafiltráciou. Jedna z hlavných nevýhod použitia iónovej výmeny na čistenie kvapalného rádioaktívneho odpadu je zrejmá - potreba predbežnej prípravy takéhoto odpadu.

Syntetické organické sorbenty sa nepoužívajú na čistenie vysokoaktívnych kvapalných odpadov z dôvodu ich nestability voči účinkom vysoko aktívneho žiarenia. Takáto expozícia vedie k zničeniu sorbentu.

Na zabezpečenie vysokého stupňa čistenia sa proces čistenia iónovou výmenou uskutočňuje v dvoch stupňoch. V prvom stupni sa z tekutého odpadu odstraňujú soli a malé množstvá rádionuklidov a v druhom stupni sa nuklidy priamo odstraňujú z odsoleného tekutého odpadu. Regenerácia sorbentu sa vykonáva v protiprúde. Pre zvýšenie výkonu filtrov sa rýchlosť na začiatku cyklu nastaví na (90h100) m/h a na konci cyklu sa zníži na hodnoty (10h20) m/h.

Čistenie odsolených odpadov umožňuje použitie účinných filtrov so zmiešaným účinkom (ich regenerácia je náročná) a filtrov s prednáterom, pretože pri čistení takéhoto odpadu je potreba regenerácie minimálna. Vďaka zmiešanej náplni aniónomeničov a katexov vo forme H+ a OH- je eliminovaný protiiónový efekt, čo vedie k zvýšeniu stupňa čistenia a možnosti zvýšenia rýchlosti filtrácie na 100 m/h. .

Všetok kvapalný rádioaktívny odpad obsahuje určité množstvo suspenzie, ktorá má tendenciu k molekulárnej a iónomeničovej sorpcii. Taktiež produkty korózie s hydratovanými oxidmi železa, mangánu, kobaltu a niklu môžu sorbovať mikrozložky. V tejto súvislosti sa navrhuje separovať suspendované látky, aby sa výrazne zlepšil stupeň čistenia kvapalného odpadu.

Na odstránenie zložiek ako 137 Cs, 99 Sr, 60 Co z odpadu sa používa prídavok selektívnych sorbentov, v tomto prípade nanoílov (montmorillonit), ktorý zabezpečuje 98% prečistenie týchto zložiek. Sorpcia na selektívne zložky sa uskutočňuje v kombinácii s koaguláciou.

Chemické zrážanie je jednou z účinných možností statickej sorpcie. Medzi výhody chemických metód patrí nízka cena, dostupnosť činidiel, možnosť odstraňovania rádioaktívnych mikrozložiek v iónovej a koloidnej forme, ako aj spracovanie slaného tekutého odpadu.

Hlavnou črtou chemickej depozície je selektivita voči rôznym mikrozložkám, najmä voči 137 Cs, 106 Ru, 60 Co, 131 I, 90 Sr. Koagulácia a zmäkčovanie sú metódy chemického zrážania; Pri použití týchto metód sa rádionuklidy odstraňujú z koloidných, iónových a molekulárnych foriem.

Pri použití sodnovápenatého zmäkčovania sa CaCO 3 a MgOH 2 vyzráža a slúži ako zberač 90 Sr, ktorý sa odstraňuje kryštalizáciou s CaC03. Použitie tejto metódy tiež umožňuje odstrániť 95 Zr a 95 Nb.

Cézium (137 Cs) sa odstraňuje zrážaním ferokyanidov železa, niklu (najúčinnejšie), medi a zinku, s čistiacim faktorom 100.

Ruténium (106 Ru) a kobalt (60 Co) sú slabo koncentrované v sedimentoch kvôli veľkému počtu ich chemických foriem. Ruténium sa odstraňuje pomocou sorbentov, ako je sulfid kademnatý, sulfid železa a sulfid olovnatý. Odstraňovanie kobaltu je účinné na oxyhydráty chrómu a mangánu. Rádioaktívny jód 131I sa vyrába koprecipitáciou s jodidom medi alebo strieborným.

Chemická depozícia sa dokončí postupmi separácie fáz. Keď sa fázy oddelia, väčšina tekutého odpadu sa vyčíri a kal sa zahustí. Fázová separácia sa uskutočňuje filtráciou alebo vystavením systému silovému poľu, ktoré môže byť gravitačné (usadzovače a čističky) a inerciálne (centrifúgy). V dôsledku tvorby veľkých objemov buničiny s veľmi vysokou vlhkosťou sa usadzovacie nádrže používajú veľmi zriedkavo, pričom na tento účel sa používajú číridlá. Čírenie v takýchto zariadeniach prebieha pri vysokých rýchlostiach a poskytuje vysoký stupeň čistenia.

Na ďalšie vyčírenie kvapaliny sa uskutoční filtrácia. Použitie objemových filtrov zabezpečuje jemnejšiu filtráciu, takéto filtre majú väčšiu produktivitu a pri ich regenerácii vzniká malé množstvo odpadu. Objemové filtre sa pre svoju jednoduchosť a spoľahlivosť rozšírili aj napriek vzniku veľkého množstva sekundárneho odpadu pri regenerácii.

Sorpčné filtre sú pomerne obľúbené produkty na odstraňovanie rôznych mechanických a organochlórových nečistôt absorbovaním škodlivín na vnútornom povrchu nakladacieho zrna.

Výber a inštalácia sorpčných filtrov bude diskutovaná v tomto článku.

Čo je adsorpcia

Pojem „adsorpcia“ sa vzťahuje na proces absorpcie kvapalnej kontaminácie povrchovou vrstvou tuhej látky. Je založená na difúzii molekúl znečisťujúcich látok cez špeciálny tekutý film, ktorý obklopuje častice adsorbenta na povrch, ku ktorému dochádza pri zmiešaní čistenej kvapaliny.

Potom difúzia pokračuje rýchlosťou určenou štruktúrou použitého adsorbenta a veľkosťou molekúl zozbieraných látok.

Tento proces je najúčinnejší v prípadoch, keď má kvapalina nízku koncentráciu kontaminantov (počas fázy hĺbkového čistenia). V takýchto prípadoch účinnosť procesu umožňuje získať prakticky nulovú koncentráciu škodlivín na výstupe.

Účinnosť a rýchlosť adsorpcie priamo závisí od:

sorbentové štruktúry;
koncentrácie znečisťujúcich látok a ich chemická povaha;
aktívna reakcia prostredia;
teplota.

Dnes sú najlepšie sorbenty určené na čistenie vody aktívne uhlie rôznych značiek. Účinnosť posledného je určená prítomnosťou mikropórov. Ich celkový objem je hlavnou charakteristikou a je uvedený pri každej značke.

Počas sorpčného procesu sa musí zabrániť tomu, aby sa uhlie dostalo do kontaktu s vodou, v ktorej sú rozpustené koloidné a suspendované látky, pretože clonia póry aktívneho uhlia. Uhlie, ktoré stratilo svoju sorpčnú schopnosť, sa nahradí alebo regeneruje.

Pridanie ozónu alebo chlóru (oxidačné činidlo) pred vstupom vody do filtra zvyšuje životnosť aktívneho uhlia pred výmenou, zlepšuje kvalitu výstupnej vody a čistí ju od existujúcich zlúčenín dusíka.

Kombinovaná implementácia ozonizácie a sorpcie umožňuje dosiahnuť synergický efekt, ktorý zvyšuje schopnosti aktívneho uhlia takmer 3-krát.

Ak po predchlorácii dôjde k sorpcii, potom sa z čistenej kvapaliny odstráni amoniakálny dusík.

Ak sa ako sorbenty použijú minerály s obsahom Mg a Ca prírodného pôvodu alebo oxidy hliníka, zlúčeniny fosforu sa z vody veľmi efektívne odstraňujú.

Účel a rozsah

Sorpčné filtre rôznych značiek sa používajú na hĺbkové čistenie vody v uzavretých vodovodných systémoch, ako aj na čistenie organických znečisťujúcich látok (vrátane biologicky tvrdých) z odpadových vôd.

Čistenie pomocou sorpčného procesu je považované za jednu z najúčinnejších metód jemného čistenia týchto vôd od kontaminantov organického pôvodu.

Technológia je najúčinnejšia pri čistení odpadových vôd od farbív, hydrofóbnych a aromatických zlúčenín alifatickej skupiny, slabých elektrolytov atď.

Sorpčná metóda sa nepoužíva na čistenie odpadových vôd kontaminovaných výlučne látkami anorganického pôvodu alebo nízkomolekulárnymi organickými látkami (aldehydy, alkoholy).

Sorpčné technológie čistenia sa používajú samostatne aj v bloku s biologickým čistením v štádiu hĺbkového predčistenia.

Klasifikácia sorpčných čistiarní

Podľa typu procesu:

periodické;

nepretržitý.

Podľa hydrodynamického režimu:

výtlačné zariadenia;

miešacie zariadenia;

inštalácie stredného typu.

Podľa stavu vrstiev sorbentu:

pohybujúce sa;

pevné.

Podľa smeru filtrácie:

protiprúd;

priamy tok;

zmiešaná premávka.

Kontaktom vzájomne pôsobiacich fáz:

stupňovitý;

nepretržitý.

Podľa konštrukcie filtra:

stĺpec;

kapacitné

Dizajn sorpčného filtra

Sorpčný filter pozostáva z:

telo, ktorým je sklolaminátový valec požadovaných rozmerov;
pevná vrstva aktívneho uhlia so štrkovým podkladom;
regulačný ventil rôznych typov (možnosť - mechanický ventil);
potrubie, cez ktoré sa dodáva odpadová voda;
potrubie, cez ktoré sa vypúšťa vyčistená voda;
potrubie, cez ktoré sa dodáva uvoľňovacia voda;
drenážny a distribučný systém.

Lineárna rýchlosť filtrácie závisí vo veľkej miere od stupňa kontaminácie vody dodávanej na úpravu. Jeho hodnota môže byť od 1 do 10 m3/hod. Veľkosti zŕn sorbentu sa pohybujú od 1 do 5 mm.

Najoptimálnejšia možnosť čistenia sa považuje za filtráciu, počas ktorej sa kvapalina dodáva zdola nahor. V tomto prípade je celá plocha prierezu filtra rovnomerne vyplnená a vzduchové bubliny, ktoré vstupujú s vodou, sa pomerne ľahko vytlačia.

Filtre s pevnou vrstvou sorbentov sa používajú na regeneračné čistenie odpadových vôd a súčasne riešia problémy s recykláciou cenných zložiek v nich prítomných. Desorpcia sa vykonáva pomocou chemických rozpúšťadiel alebo vodnej pary.

Princíp činnosti

Uvažujme o princípe fungovania sorpčného filtra na príklade modelu série FSB, ktorý sa používa v technologických schémach dažďovej kanalizácie. Priamo na jeho vstupe je inštalovaný lapač piesku a lapač oleja, čo umožňuje znížiť ukazovatele pre tieto druhy znečistenia na povolené koncentrácie.

Voda, ktorá prešla cez predfilter opísaný vyššie, vstupuje do sorpčného bloku cez prívodné potrubie. Odtiaľto sa cez rozvodné a výtlačné potrubie voda presúva do spodnej rozvodnej zóny.

Tu je rovnomerne rozložený po celej ploche zabudovaného sorbentu, ktorého značka a objemy závisia od počiatočnej a konečnej koncentrácie škodlivín a požadovanej produktivity. P

Potom je voda nasmerovaná vzostupným prúdom do zbernej kruhovej vaničky a odtiaľ je odvádzaná potrubím.

Inštalácia sorpčného filtra

Proces inštalácie:

vykope sa jama požadovaných rozmerov;
dno je vysypané pieskom, ktorého vrstva dosahuje hrúbku 300 mm, potom sa opatrne zhutní;
cez tento vankúš sa naleje železobetónová doska (300 mm alebo viac), ktorej geometrické rozmery sú určené hodnotou „priemer krytu filtra + 1000 mm“;
kryt sorpčnej jednotky na dodatočnú úpravu je namontovaný striktne vertikálne na doske;
pre stabilitu je do puzdra vopred naplnená voda približne po úroveň perforovaného dna;
aby sa predišlo posunutiu telesa pri zásype, je vopred zaistené kotvami;
Jama sa plní vo vrstvách po 300 mm pieskom bez kameňov, pričom každá vrstva je starostlivo zhutnená. Zásyp je ukončený po dosiahnutí úrovne výstupného a prívodného potrubia;
potrubia sú pripojené (prepad, výstup, prívod). Ďalej proces plnenia pokračuje do hornej časti krytu filtra. Činnosť vibrátora je potrebné kontrolovať v miestach pripojenia vyššie uvedených potrubí, aby nedošlo k ich poškodeniu;
náklad je podávaný vo vnútri krytu vo vreciach. Okrem toho sa ďalšia podáva po tom, čo sa obsah predchádzajúcej rovnomerne rozloží po celom povrchu perforovaného dna;
Pred uvedením do prevádzky je potrebné naložený náklad dôkladne umyť.

Kryt musí byť naplnený nakladacou a čistou vodou.

Aby sorpčný filter, ktorý si zvolíte, odstránil maximálny možný počet druhov škodlivín, musia byť do uhlíkového filtra pridané rôzne iónomeničové látky, ktorých zoznam je určený s prihliadnutím na prioritné znečisťujúce látky vo vašom podniku (mieste).

Vo všeobecnosti sa sorpciou rozumejú procesy povrchovej (adsorpcie) a objemovej (absorpcie) absorpcie látky na rozhraní dvoch fáz: tuhá a kvapalná, tuhá a plynná, kvapalná a plynná. Sorpčné procesy zohrávajú dôležitú úlohu v modernej technológii polovodičov a dielektrík, pretože umožňujú separáciu látok s veľmi podobnými fyzikálno-chemickými vlastnosťami (prvky vzácnych zemín, kovy ako zirkónium a hafnium atď.).

Adsorpčný systém pozostáva z adsorbent- látka, na ktorej povrchu dochádza k absorpcii, a adsorbát - látka, ktorej molekuly sú absorbované. Na základe povahy procesov sa rozlišuje fyzikálna a chemická adsorpcia. O fyzikálna adsorpcia molekuly adsorbátu nevstupujú do chemickej interakcie s adsorbentom a tým si zachovávajú svoju individualitu na povrchu absorbéra; adsorpcia je v tomto prípade spôsobená pôsobením van der Waalsových síl. O chemická adsorpcia, alebo chemisorpcia, adsorbované molekuly vstupujú do chemickej reakcie s adsorbentom za vzniku chemických zlúčenín na povrchu. Reverzný proces - proces odstraňovania molekúl z povrchu adsorbentu sa nazýva desorpcia. Fyzikálna adsorpcia je na rozdiel od chemisorpcie reverzibilná. Desorpčný proces možno použiť aj ako metódu čistenia. Adsorpcia je selektívny proces, t.j. Na povrchu adsorbentu sa adsorbujú len tie látky, ktoré znižujú voľnú energiu povrchovej vrstvy, alebo inak povedané znižujú povrchové napätie voči okoliu. Využitím rôznych adsorpčných schopností látok, ktoré sa nachádzajú napríklad v roztoku, je teda možné ich oddeliť a vyčistiť tak, že sa jedna z nich absorbuje adsorbentom a druhá sa ponechá v roztoku. Kvantitatívnou charakteristikou adsorpčného systému je adsorpčná izoterma. Vyjadruje vzťah medzi koncentráciou látky S v roztoku a jeho množstvo Cs, adsorbovaný jednotkou povrchu adsorbenta pri konštantnej teplote za podmienok adsorpčnej rovnováhy. 1. Povrch adsorbentu má obmedzený počet nezávislých adsorpčných miest a každé miesto môže adsorbovať iba jednu molekulu.

2. MOS hydridová epitaxia polovodičov.

Väčšina polovodičových zlúčenín A3B5, A2B6 a A4B6 sa môže pestovať pomocou technológie MOC. V prípade rastu zlúčenín A 3 B 5 možno namiesto organokovových zlúčenín prvkov piatej skupiny použiť hydridy zodpovedajúcich prvkov. V tomto prípade je zvykom používať termín MOC-hydridová technológia. Niektoré organokovové zlúčeniny: Ga(CH 3) 3 - trimetylgálium (TMG), Ga(C 2 H 5) 3 - trietylgálium (TEG), In(CH 3) 3 - trimetylindium (TMI), In(C 2 H 5) 3 – trietylindium (TEI), Al(CH 3) 3 – trimetylalumínium (TMA) (všeobecne – MR3, kde M je kov, R 3 – (CH 3) alebo (C 2 H 5) – alkyl). Hydridy: AsH 3 – arzín, PH 3 – fosfín.

Schematický popis procesov počas MOS hydridovej epitaxie je znázornený na obr. 2. Reakcia prebieha v prúde plynu pri atmosférickom alebo zníženom tlaku v reaktore so studenými stenami. Nosným plynom je zvyčajne vodík. Jednotlivé stupne kompletnej reakcie prebiehajú už v plynnej fáze. Konečné štádiá a zabudovanie do mriežky sa vyskytujú na povrchu polovodiča. Typické reaktory umožňujú pripojenie viacerých organokovových a hydridových zdrojov, takže striedajúce sa vrstvy rôznych materiálov sa môžu pestovať postupne v jednom rastovom cykle. To umožňuje získať viacvrstvové viaczložkové epitaxné štruktúry.

Technologický proces kovovo-organickej epitaxie nezahŕňa leptacie činidlá a proces rastu nie je výsledkom konkurencie medzi depozíciou a leptaním, ako pri niektorých iných metódach epitaxie v plynnej fáze. V dôsledku toho sú zabezpečené ostré hranice medzi vrstvami a rovnomernosť rastúcich vrstiev v hrúbke a zložení.

MOS hydridová epitaxia je najjednoduchšia zo všetkých technológií na výrobu epitaxných vrstiev zlúčenín A III B V z plynnej fázy. Celková reakcia na tvorbu zlúčenín je reakciou tohto typu

Ga(CH3)3+AsH3→GaAs (tuhá látka) +3CH4,