Sorpcijska metoda pri čiščenju vode. Sorpcija (čiščenje odpadne vode). Na katere vrste sorpcijskega čiščenja vode delimo?


Izbira sorbentov. Paleta sorbentov za predhodno čiščenje vode, ki jih proizvaja industrija, je zelo raznolika. Za čiščenje vode pred organskimi snovmi se uporabljajo aktivna oglja, gelni in makroporozni anionski izmenjevalci itd.. Aktivno oglje ima počasno kinetiko sorpcije iz raztopin, kar zahteva velike površine filtracije, slabo regenerativnost z reagenti (preostala kapaciteta po prvi regeneraciji je precejšnja). manj kot polovica originala), mehanska krhkost, visoka vsebnost pepela.

Anionski izmenjevalci, zlasti makroporozni, so brez številnih naštetih pomanjkljivosti. Začetna izbira najboljših med njimi se izvede v statičnih pogojih, ko sorbenti pridejo v stik z modelnimi raztopinami ali z dano vodo za eno uro.

Po izbiri najboljših vzorcev (v tem primeru so se izkazali domači sorbenti polimerizacijskega tipa AB-171 in kondenzacijskega tipa IA-1) se izvedejo kinetične študije. Njihov cilj je določiti naravo stopnje, ki omejuje proces, najti difuzijske koeficiente in čas za vzpostavitev ravnovesja. Stopnja, ki omejuje proces, je določena z naslednjim kriterijem: če mešanje raztopine pospeši sorpcijo, to kaže na prevladujoč vpliv zunanje difuzije; neposreden dokaz intradifuzijskega mehanizma zagotavlja poskus »prekinitve«. Če se po prekinitvi sorpcijski proces nadaljuje in se sorpcijska aktivnost trdne faze poveča, lahko z gotovostjo govorimo o intradifuzijski naravi procesa.

Sorbcija humusnih snovi. Intra-difuzijska kinetika po podatkih omejuje sorpcijo humusnih snovi, to je sorpcijsko predhodno čiščenje vode.

Analiza te enačbe kaže, da je izguba zaščitnega učinka, izražena v linearnih ali volumetričnih enotah sorbenta, tem večja (in obratovalna doba kolone tem krajša), čim večji je pretok, polmer zrn sorbenta in dana globina čiščenja.

Iz kinetičnih poskusov so določeni difuzijski koeficienti in čas za vzpostavitev ravnovesja v sistemih ionski izmenjevalec-raztopina ter izdelane sorpcijske izoterme. Sorpcijske izoterme huminske in fulvinske kisline z anionskima izmenjevalcema IA-1 in AB-171 so opisane z Langmuirjevo enačbo.

Dela primerjajo rezultate eksperimentalnega določanja sorpcijske kapacitete pred prebojem humusnih snovi s sorpcijsko kapaciteto, izračunano po enačbah; odstopanja ne presegajo 10-15%. S spreminjanjem pretoka, globine čiščenja, polmera zrna sorbenta in samega sorbenta je mogoče za vsako možnost določiti izgubo časa zaščitnega delovanja kolone. Hkrati je treba spomniti, da to nalaga zelo veliko odgovornost za natančnost določanja koeficientov difuzije in ravnotežja v sistemih sorbent-raztopina, ki zagotavljajo začetne podatke za izračun dinamike sorpcije.

Tako se je izkazalo, da je najboljši sorbent za predhodno čiščenje vode makroporozni anionski izmenjevalec IA-1, ki deluje v obliki klora, pri pH očiščene raztopine 3,0-3,5. Kar zadeva velikost zrn, je njena izbira omejena z naravo drenažnega sistema in želenim pretokom vode.

Naravne vode vsebujejo huminske in fulvične kisline. Prvi se slabše sorbirajo in njihov "preboj" praktično omejuje proces čiščenja. Zato je treba vrednost izračunati glede na vsebnost huminskih kislin v prečiščeni vodi. Če jih po koagulacijskem čiščenju ni, se delovna doba sorpcijske kolone izračuna na podlagi vsebnosti fulvičnih kislin v vodi.

Dejstvo, da je sorpcija šibko disociirajočih huminskih in fulvinskih kislin boljša v kislem okolju in na anionskem izmenjevalcu v obliki soli, kaže na neionski izmenjevalni mehanizem absorpcije teh snovi in ​​nakazuje ekonomsko in tehnološko ugodnejšo shemo za pripravo vode. čiščenje. Za kationskim izmenjevalnikom H-forme in naslednjim dekarbonizatorjem je treba namestiti sorpcijsko kolono z ionskim izmenjevalnikom IA-1. S tem odpade potreba po zakisavanju vode, saj se med kationizacijo zakisa spontano. Tako sorpcijska kolona postane sestavni del naprave za razsoljevanje. Pri kombiniranju koagulacijskega čiščenja s sorpcijo je voda 80-85% osvobojena organskih nečistoč. Nadalje se globlje čiščenje vode od organskih nečistoč izvaja na ionskih izmenjevalcih v razsoljevalnem delu naprave.

Ekstrakcija drugih organskih snovi. Površinske in arteške vode vsebujejo organske snovi, ki pripadajo različnim razredom spojin. Ugotovljeno je bilo, da snovi, kot so sladkorji, beljakovinam podobne snovi, aminokisline prehajajo skozi sistem ionskih izmenjevalnih kolon in vstopijo v globoko demineralizirano vodo. Poleg tega je njihova količina odvisna od sestave izvorne vode in znatno presega vsebnost mineralnih nečistoč. Potrebna je maksimalna ekstrakcija teh snovi iz vode med njenim predhodnim čiščenjem s sorpcijsko metodo.

Delo primerja sposobnost nekaterih aktivnih ogljikov in makroporoznih anionskih izmenjevalcev, da sorbirajo različne analitično določene organske spojine, raztopljene v naravnih vodah. Da bi to naredili, smo 100 volumnov rečne vode po njihovi H-kationizaciji spustili skozi 60 cm visoko plast sorbenta s hitrostjo 7 m/h, kar je ustvarilo najugodnejše pogoje za sorpcijo.

Fulvinske kisline se bolje ekstrahirajo s smolami kot s premogom, zmogljivosti ionskih izmenjevalcev za fulvične kisline pa so skoraj enake. Toda tudi v tem primeru je uporaba ionskega izmenjevalnika IA-1 smotrnejša, saj se regenerira lažje in z manjšo porabo reagenta.

Druga zelo pomembna skupina spojin, ki lahko ob vstopu v globoko razsoljeno vodo vpliva na njeno električno upornost, so karboksilne kisline. Za njihovo sorpcijo sta najbolj primerna premog SKT-VTU-2 in anionski izmenjevalec AV-171. Od teh dveh sorbentov je seveda treba dati prednost ionskemu izmenjevalcu, saj je njegovo zmogljivost mogoče obnoviti s kemičnimi reagenti. Za odstranitev preprostih in kompleksnih aminokislin je treba uporabiti tudi anionski izmenjevalec AB-171.

Enostavni in kompleksni sladkorji, ki ne vplivajo na električno upornost demineralizirane vode, se v veliki meri sorbirajo samo z ogljikom BAU. Zato je treba pri izbiri sorbentov za čiščenje vode voditi ne le glede na velikost njihove zmogljivosti in možnost njene predelave, temveč tudi zaradi potrebe po odstranitvi določene spojine iz vode.

Za približno oceno porazdelitve organskih snovi v plasteh teh sorbentov so bile posnete ustrezne izhodne krivulje. Obremenitev ionskih izmenjevalcev v obliki klora je bila 1 liter pri višini plasti 60 cm; pretok raztopine je 10 m/h.

Filtrat za analizo smo kontinuirano zbirali v frakcijah po 10 L. Trajanje delovnega obdobja kolone je izbrano enako 200 zmanjšanim volumnom; pH pretočene vode je bil ustvarjen s predhodno kationizacijo izvorne vode. Z različnimi sorbenti in njihovimi kombinacijami je mogoče odstraniti znaten del organskih snovi, raztopljenih v vodi. Vendar pa je z navedenim naborom sredstev komajda mogoče pridobiti vodo, popolnoma osvobojeno organskih snovi.

Vsebnost in razmerje organskih neelektrolitov, kot so sladkorji, beljakovine, estri ipd., se ne razlikuje le od enega geografskega območja do drugega, ampak tudi znotraj ene regije. Zato ni mogoče pričakovati, da bodo ob enakih tehnoloških shemah in načinih demineralizacije demineralizirane vode enake po količinski in kakovostni vsebnosti organskih snovi. V zvezi s tem je treba biti previden pri poskusih standardizacije suhega ostanka vode z visoko upornostjo brez upoštevanja sestave vira.

Odstranjevanje železa (deferizacija). Železove vode so vode, ki vsebujejo več kot 1 mg/l železa. Kationski izmenjevalec sorbira dvovalentne železove ione na približno enak način kot kalcijeve ione, železove ione pa še bolj učinkovito. Lahko bi pričakovali, da bo med razsoljevanjem z ionsko izmenjavo voda istočasno »deironizirana«. Ta proces pa ovirajo nekatere fizikalno-kemijske lastnosti železovih spojin, ki so prisotne v naravnih vodah.

V odprtih, dobro prezračenih rezervoarjih je pomemben del železa v obliki železovih spojin različnih stopenj hidrolizacije.

Med koagulacijo in kasnejšim sorpcijskim čiščenjem se voda osvobodi ne samo barvnih (predvsem humusnih spojin), temveč tudi koloidnih in kompleksnih oblik železa. Tako je čiščenje od organskih snovi hkrati tudi dejanje deferizacije vode.

Podjetjem, ki uporabljajo posebno čisto demineralizirano vodo, se priporoča, da jo pridobivajo, kjer je to mogoče, iz podzemne vode, ki je običajno brez organskih onesnaževal. Znano je, da več kot 25 % vseh vodovodnih sistemov prejema podzemno vodo z vsebnostjo železa od 1 do 5 mg/l.

V podtalnici, ki ji primanjkuje kisika, se železo večinoma nahaja v obliki delno hidrolizirane raztopine bikarbonata. Če bi to snov dovajali v kationsko izmenjevalno smolo v neoksidirani in nehidrolizirani obliki ali ne bi oksidirali v samem filtru kationske izmenjevalne smole, bi pričakovali skoraj popolno zamenjavo železovih ionov za vodikove ione. Vendar pa skupaj z reakcijo ionske izmenjave, katere hitrost določajo difuzijski procesi, obstajajo reakcije hidrolize železovih soli, oksidacije in prehoda v šibko disociirajoče in praktično netopne spojine, ki lahko tvorijo koloide. Kombinacija takšnih procesov vodi do dejstva, da je voda, ki vsebuje na primer v ravnotežnem stanju 0,16 mg/l železa v ionski obliki, označena s skupno vsebnostjo železa 2 mg/l. Kationski izmenjevalec bo absorbiral le ionsko obliko železa in bo z absorpcijo raztopil nekaj najmanj obstojnih produktov hidrolize.

Sproščanje vodikovih ionov med delovanjem kationskega izmenjevalca bi lahko zadržalo reakcijo in jo celo premaknilo v levo, zlasti ker je število vodikovih ionov v H-kationizirani vodi določeno s skupno vsebnostjo soli, ki je skoraj dva reda večja od števila železovih ionov v vodi.

Ko se aktivirajo zgornje plasti kationskega izmenjevalca, bosta dve okoliščini prispevali k premiku reakcije v desno: prisotnost Fe(II) ionov v plasti, ki katalitično pospešuje njihovo pretvorbo v Fe(III) ione, in delna absorpcija vodikovih ionov s kationskim izmenjevalnikom, zamenjava za natrijeve in kalcijeve ione, s katerimi je napolnjena plast izrabljene smole. Fe(III) hidroksid in drugi produkti hidrolize, ki nastanejo pod temi pogoji, ne bodo več sodelovali pri ionski izmenjavi in ​​bodo prešli v H-kationizirano vodo, tako kot tisti del takih železovih spojin, ki je bil prisoten v prvotni vodi.

Kvantitativni opis teh procesov je še vedno težaven. Hkrati je predlagani koncept zadovoljivo pojasnjen prisotnost železa v neionski obliki v H-kationiziranih in razsoljenih vodah in kaže na potrebo po odstranitvi železa iz železove podzemne vode, preden jo dovajamo v napravo za razsoljevanje ionske izmenjave. Zgornja enačba nakazuje glavne načine odstranjevanja železa iz vode. To sta prezračevanje (nasičenje s kisikom) in alkalizacija (vezava vodikovih ionov). V bikarbonatnih vodah se slednja pojavi spontano s sproščanjem stehiometrične količine ogljikovega dioksida. Prezračevanje je mogoče doseči s pihanjem zraka, pršenjem vode v zrak ali nanašanjem ozona; Kot druga oksidacijska sredstva lahko uporabimo aktivni klor in kalijev permanganat. Pod vplivom oksidantov se ionski izmenjevalci "starajo", zato je priporočljivo, da odstranite železo z metodo brez reagentov.

Odstranjevanju železa iz podtalnice je posvečena monografija, ki povzema tako teoretične kot tehnološke vidike problematike. Glede na specifiko pridobivanja razmeroma majhnih količin visoko čiste demineralizirane vode za industrijske namene in specifike samih industrij, ki tako vodo porabljajo, bi se morali osredotočiti na metodo poenostavljenega prezračevanja, ki mu sledi filtracija.

Nad odprtim filtrom voda prši skozi luknje v dovodnih ceveh. Debelina plasti peska v filtru je običajno najmanj 1,2 m, velikost zrn pa od 0,8 do 1,6 mm. Z večjo zmogljivostjo zadrževanja umazanije se odlikujejo filtri z dvoslojno obremenitvijo s skupno debelino 1,2-1,5 m in debelino zgornje plasti 0,5 m, za spodnjo plast pa kremenčev pesek zrnatosti 0,8-1,2 mm. uporablja se, za vrh pa - antracitni čipi 0,9-2,4 mm. Hitrost filtracije v odprtih filtrih doseže 10 m/h. Praviloma se z zmanjšanjem hitrosti pretoka vode povečuje sposobnost zadrževanja umazanije filtrov, zato morajo biti odprti filtri zasnovani za hitrost, ki ne presega 5-7 m / h.

Odvisno od sprejete hitrosti filtracije, začetne vsebnosti železa v vodi in drugih dejavnikov se trajanje filtrov seveda spreminja. Pri hitrosti filtracije 5-7 m/h in začetni vsebnosti železa v vodi 3-4 mg/l je obratovalni cikel naprave 60-100 ur, nato se filtri operejo z intenzivnostjo protitoka 15-18 l/(s-m2) za 10-15 min.

Količina pralne vode za filtre v oddelku za deferizacijo vode doseže 4% prostornine prečiščene vode. Pri dobro nastavljenem delovanju deferizacijske naprave te vrste je vsebnost železa v filtratu 0,05-0,1 mg/l.

Za razliko od destilata, ki vsebuje do 5 µg/l železa, je tehnični kondenzat lahko obogaten s produkti korozije. Pri pridobivanju posebej čiste demineralizirane vode iz takega kondenzata je potrebna predhodna deferizacija. V ta namen se uporabljajo sulfoogleni filtri, ki delujejo z izkoristkom 25-50%, ali učinkovitejši magnetitni filtri, naplavni celulozni filtri, naplavni ionni filtri (v tujini imenovani powdex). Predlagani so bili anionski izmenjevalni filtri, kjer odstranjevanje železa temelji na koagulacijskem učinku anionskega izmenjevalca v OH obliki. Aluvialni ionski izmenjevalni filtri delujejo z učinkovitostjo, ki se približuje 100 % zaradi skoraj trenutne kinetike procesa. Pri tem poleg sorpcije ionov iz tekoče faze pride do mehanskega zadrževanja delcev trdne faze, koagulacije in tvorbe kompleksov z anionskim izmenjevalnikom, če se za naplavno plast uporabi mešanica kationov in anionskih izmenjevalcev.

Eksperimenti so pokazali primernost aluvialnih ionskih izmenjevalnih filtrov za ekstrakcijo humusnih snovi, ki kompleksirajo železo in druge kovine iz vode.

Resnost problema odstranjevanja železa kot stopnje predhodnega čiščenja vode se je še posebej pokazala v povezavi s potrebo po uporabi ultračiste vode za proizvodnjo mikroelektronike. Za končno čiščenje vode pred dovajanjem za pranje delov instrumentov se uporablja mikrofilter s porami 0,2 mikrona, ki zadržuje mikrobna telesa. Če v predhodnih fazah železa iz demineralizirane vode ne odstranimo dovolj, se mikrofiltri hitro zamašijo.

Mehčanje vode. Pri delnem razsoljevanju vode z metodo elektrodialize ali z uporabo reverzne osmoze je v nekaterih primerih potrebno vodo najprej zmehčati, to je, da jo osvobodimo kalcijevih in magnezijevih kationov, ki lahko ob ustrezni anionski sestavi vode tvorijo usedline na na ionsko izmenjevalnih membranah ali na membranah (vlaknih), ki se uporabljajo v enotah za reverzno osmozo.

Pri razsoljevanju relativno majhnih mas vode z metodo ionske izmenjave je priporočljivo izvesti mehčanje kot predhodni korak čiščenja. Regeneracija kationskega izmenjevalca, to je pretvorba v natrijevo obliko, se izvede s prehodom 6-10% raztopine natrijevega klorida skozi izrabljeno plast sorbenta in naknadnim izpiranjem z vodo.

Zaradi razlogov, ki bodo obravnavani v nadaljevanju, poraba kuhinjske soli za regeneracijo presega stehiometrično za 2,5-5 krat. Pri delu z vodo z visoko vsebnostjo soli je za mehčanje priporočljivo uporabiti močan kislinski kationski izmenjevalec tipa KU-2. Hkrati se v primerjavi s takšnimi kationskimi izmenjevalci, kot sta sulfonirani premog ali KU-1, poraba soli za regeneracijo precej zmanjša.

Med obstoječimi metodami čiščenja vode je sorpcijska metoda ena najpogostejših. Kaj je sorpcijsko čiščenje vode in zakaj je potrebno? Ta postopek se nanaša na učinkovite metode globinskega čiščenja tekočin, ki omogočajo odstranjevanje škodljivih nečistoč in kemičnih spojin z vezavo delcev na molekularni ravni. Edinstvenost takšne filtracije je v tem, da lahko iz vode odstrani organske snovi, ki jih ni mogoče ločiti na noben drug način.

Sorbcijska metoda čiščenja vode z visoko aktivnimi sorbenti omogoča pridobivanje tekočine, v kateri skoraj ni ostankov koncentrata. Visoka aktivnost sorbentov omogoča interakcijo s snovmi, ne glede na njihovo koncentracijo: tudi z majhnimi odmerki škodljivih nečistoč bo ta metoda delovala.

Pojem adsorpcije in njena učinkovitost

Izraz "adsorpcija" se nanaša na proces absorpcije onesnaževal v vodi s površino trdnih snovi. Temelji na principu prehajanja molekul takšnih nečistoč skozi poseben film, ki obdaja adsorbent in jih privlači na njegovo površino. Zgornji postopek se zgodi, ko čistilno tekočino premešamo.

Ta metoda lahko doseže največji učinek pri nizkih koncentracijah škodljivih snovi, kar opazimo pri močnem čiščenju. Vse, kar se ni usedlo na prejšnjih filtrih, odstranimo s sorpcijo, izhod pa je čista voda.

Hitrost postopka in njegova učinkovitost sta odvisni od številnih dejavnikov:

  • Sorbentne strukture.
  • Temperature.
  • Koncentracija onesnaževala in njegova sestava.
  • Dejavnost okoljske reakcije.

V sodobnih napravah je najboljša možnost sorbenta, ki učinkovito čisti vodo, aktivno oglje različnih vrst. Več kot ima določena snov mikropor, višja je kakovost čiščenja vode z sorpcijo ogljika.

Strokovnjaki Ruswater vam bodo pomagali izbrati najboljšo možnost za filtrirne enote, ki delujejo na principu sorpcije, kar bo omogočilo organizirati učinkovito čiščenje vode in očistiti vodo različnih nečistoč, ne glede na njen namen.

Filtracija vode skozi aktivno oglje mora preprečiti vstop tekočin z raztopljenimi suspenzijami in koloidnimi delci v sorbent, saj pokvarijo površino oglja in ščitijo njegove pore. Sorbent, ki je zaradi takšne izpostavljenosti postal neuporaben, se obnovi ali zamenja.

Za dekloriranje vode se uporabljajo sorpcijski filtri na osnovi aktivnega oglja, ki vodo izboljšajo in omogočajo njeno čiščenje pred dušikovimi vključki. Kombinirana uporaba sorpcije in ozoniranja močno poveča učinkovitost čiščenja ob hkratnem povečanju zmogljivosti aktivnega oglja. Če kot sorbent uporabimo naravne minerale s Ca in Mg ter aluminijeve okside, se iz vode odstranijo fosforjeve spojine.

Zakaj je potrebna sorpcija in kje se uporablja?

Filtracija vode s premogom z uporabo sorpcijskih enot različnih vrst se uporablja za globoko čiščenje tekočin v zaprtih sistemih, vključno s čiščenjem odplak iz organskih snovi.

Med obstoječimi metodami finega čiščenja je sorpcija priznana kot ena najučinkovitejših metod za odstranjevanje organskih snovi iz vode brez znatnih stroškov. Tehnologija je priljubljena v primerih, ko je potrebno očistiti odpadno vodo iz barvil in odstraniti druge hidrofobne spojine.

Ta metoda ni primerna, če odpadna voda vsebuje samo anorganska onesnaževala ali pa ima v njej raztopljena organska snov nizko molekularno strukturo. Sorpcija se lahko uporablja v kombinaciji z biološko obdelavo ali deluje kot neodvisno sredstvo.

Sorptivno čiščenje vode vam omogoča, da tekočino osvobodite okusa vodikovega sulfida in klora ter odstranite neprijetne vonjave. Učinkovitost uporabe aktivnega oglja kot sorbenta je razložena z njegovo strukturo: filtracijo izvajajo obstoječe mikropore. Aktivno oglje se pridobiva iz lesa, šote, živalskih proizvodov ali lupin orehov. Nanos delcev srebrovih ionov na površino aktivnega oglja ščiti material pred poškodbami različnih mikroorganizmov.

Aktivno oglje se v večini primerov uporablja za čiščenje vode od organskih snovi in ​​za izvedbo procesa priprave vode pred reverzno osmozo. Sorpcija vam omogoča učinkovito odstranjevanje klora iz vode in izboljšanje njegove kakovosti. Hkrati se s to metodo odstrani tudi klor za pripravo tehnološke vode za higienske namene.

Naši sistemi za čiščenje ogljika

Sorpcijski filtri niso nič manj povprašeni v celotnem sistemu odstranjevanja železa. Sorptivno čiščenje vode iz železa je potrebno za odstranitev njegovih trdnih delcev po oksidaciji v netopne okside.

Sistemi sorpcijskega čiščenja so lahko različni. Izbira določene možnosti se pojavi po analizi vode in identifikaciji nečistoč, ki jih vsebuje. Takšno delo bi morali opraviti strokovnjaki, zato so vam naši strokovnjaki pri tem vedno pripravljeni pomagati.

Metode sorpcije

Sorpcijske metode temeljijo na absorpciji radionuklidov v trdni fazi preko mehanizmov ionske izmenjave, adsorpcije, kristalizacije in drugih.

Sorbcija se izvaja v dinamičnih in statističnih pogojih. Pri dinamični sorpciji se začetni tekoči odpadki neprekinjeno filtrirajo skozi sorbent, pri statični sorpciji pa se izvede začasni stik dveh faz z mešanjem z nadaljnjim ločevanjem.

Dinamična sorpcija se izvaja v aluvialnih ali nasipnih filtrih. Razlika je v tem, da filtri v razsutem stanju uporabljajo sorbente v obliki zrnatega trajnega materiala; v predplastnih filtrih se kot sorbent uporabljajo anorganski in organski materiali umetnega in organskega izvora.

Za čiščenje tekočih radioaktivnih odpadkov iz radionuklidov se uporabljajo sorbenti (ionski izmenjevalci), kot so KB-51-7, KU-2-8 (močan kislinski kationski izmenjevalec), AV-17-8 (močan bazni anionski izmenjevalec), AN-31. in AN-2FN (šibko bazični anionski izmenjevalci), vermikulit. Sorbenti se proizvajajo v obliki granul, ki jih pred uporabo namočimo v posebno raztopino za aktivacijo. Vsi našteti sorbenti imajo visoke čistilne koeficiente in dobre filtrirne lastnosti.

Heterogene reakcije ionske izmenjave so reverzibilne, kar omogoča regeneracijo sorbenta, vendar ustvarja pogoje za izpiranje radionuklidov med skladiščenjem izrabljenega sorbenta. Skoraj vsa izmenjevalna zmogljivost sorbenta se uporablja za sorpcijo makrokomponent - soli, zaradi njihove podobnosti z lastnostmi mikrokomponent. Potem, da bi prišlo do sorpcije mikrokomponent (radionuklidov), je potrebno izvesti predhodno razsoljevanje. V nasprotnem primeru bo to povzročilo pogoste regeneracije sorbenta in posledično večje stroške čiščenja.

Tekoče radioaktivne odpadke z visoko slanostjo je nerentabilno čistiti z organskimi sorbenti, ker je pri regeneraciji sorbenta potreben 2-2,5-kratni presežek alkalij in kislin (stroški čiščenja se povečajo).

Nasprotno je pri radionuklidih, katerih lastnosti so drugačne od lastnosti njihovih makrokomponent. Večvalentni radionuklidi se dobro sorbirajo na kationskem izmenjevalcu v prisotnosti natrijevih ionov. Zato se natrijevi ioni, ki jih najdemo v tekočih radioaktivnih odpadkih, ne sorbirajo, kar povzroči opazno zmanjšanje prostornine regeneratorja, sekundarnih odpadkov in frekvence regeneracije.

Uporaba sintetičnih organskih sorbentov omogoča odstranitev vseh radionuklidov v ionski obliki iz tekočih radioaktivnih odpadkov. Toda takšni sorbenti imajo nekatere omejitve pri uporabi, ki se razvijejo v resne pomanjkljivosti. Pri uporabi takšnih sorbentov se radionuklidi v molekularni in koloidni obliki ne odstranijo iz tekočih radioaktivnih odpadkov. Tudi če tekoči radioaktivni odpadki vsebujejo koloide ali organske snovi z velikimi molekulami, potem sorbent izgubi svoje lastnosti in odpove zaradi zamašitve por.

V praksi se pred izvedbo ionske izmenjave uporablja filtracija na predplastnih filtrih za odstranitev koloidnih delcev. Uporaba metode koagulacije namesto filtracije povzroči nastanek velikih količin odpadkov. Organske spojine iz tekočih radioaktivnih odpadkov odstranimo z ultrafiltracijo. Opazna je ena glavnih pomanjkljivosti uporabe ionske izmenjave za čiščenje tekočih radioaktivnih odpadkov - potreba po predhodni pripravi tovrstnih odpadkov.

Sintetični organski sorbenti se ne uporabljajo za čiščenje visoko aktivnih tekočih odpadkov zaradi njihove nestabilnosti na učinke visoko aktivnega sevanja. Takšna izpostavljenost vodi do uničenja sorbenta.

Za zagotovitev visoke stopnje čiščenja se postopek čiščenja z ionsko izmenjavo izvaja v dveh stopnjah. Na prvi stopnji se iz tekočih odpadkov odstranijo soli in majhne količine radionuklidov, na drugi stopnji pa se nuklidi odstranijo neposredno iz razsoljenih tekočih odpadkov. Regeneracija sorbenta poteka v protitoku. Za povečanje učinkovitosti filtrov je hitrost na začetku cikla nastavljena na (90h100) m/h, na koncu cikla pa se zmanjša na vrednosti (10h20) m/h.

Čiščenje razsoljenih odpadkov omogoča uporabo učinkovitih filtrov mešanega delovanja (njihova regeneracija je težavna) in filtrov s predslojem, saj je pri čiščenju takšnih odpadkov potreba po regeneraciji minimalna. Zahvaljujoč mešani obremenitvi anionskih izmenjevalcev in kationskih izmenjevalcev v oblikah H + in OH- se protiionski učinek odpravi, kar vodi do povečanja stopnje čiščenja in možnosti povečanja hitrosti filtracije do 100 m/h. .

Vsi tekoči radioaktivni odpadki vsebujejo določeno količino suspenzije, ki je nagnjena k molekularni in ionsko izmenjevalni sorpciji. Tudi produkti korozije s hidratiranimi oksidi železa, mangana, kobalta in niklja lahko absorbirajo mikrokomponente. V zvezi s tem se predlaga ločevanje suspendiranih snovi, da se znatno izboljša stopnja čiščenja tekočih odpadkov.

Za odstranjevanje komponent, kot so 137 Cs, 99 Sr, 60 Co iz odpadkov, uporabljajo dodajanje selektivnih sorbentov, v tem primeru nanoglin (montmorilonit), kar zagotavlja 98-odstotno očiščenost teh komponent. Sorbcija selektivnih komponent se izvaja v kombinaciji s koagulacijo.

Kemično obarjanje je ena od učinkovitih možnosti za statično sorpcijo. Prednosti kemijskih metod so nizki stroški, razpoložljivost reagentov, možnost odstranjevanja radioaktivnih mikrokomponent v ionski in koloidni obliki ter predelava slanih tekočih odpadkov.

Glavna značilnost kemičnega nanašanja je selektivnost za različne mikrokomponente, zlasti za 137 Cs, 106 Ru, 60 Co, 131 I, 90 Sr. Koagulacija in mehčanje sta metodi kemičnega obarjanja; Pri uporabi teh metod se radionuklidi odstranijo iz koloidnih, ionskih in molekularnih oblik.

Pri mehčanju z natrijevim apnom se CaCO 3 in MgOH 2 oborita in služita kot zbiralnika 90 Sr, ki se odstrani s kristalizacijo s CaCO 3. Tudi uporaba te metode vam omogoča odstranitev 95 Zr in 95 Nb.

Cezij (137 Cs) odstranimo z obarjanjem ferocianidov železa, niklja (najučinkovitejši), bakra in cinka s faktorjem čiščenja 100.

Rutenij (106 Ru) in kobalt (60 Co) sta zaradi velikega števila njunih kemičnih oblik v sedimentih slabo koncentrirana. Rutenij se odstrani s sorbenti, kot so kadmijev sulfid, železov sulfid in svinčev sulfid. Odstranjevanje kobalta je učinkovito pri oksihidratih kroma in mangana. Radioaktivni jod 131I nastaja s soprecipitacijo z bakrovim ali srebrovim jodidom.

Kemično nanašanje se zaključi s postopki ločevanja faz. Ko se faze ločijo, se večina tekočih odpadkov zbistri, blato pa koncentrira. Ločevanje faz poteka s filtracijo ali z izpostavitvijo sistema polju sil, ki je lahko gravitacijsko (usedalniki in čistilniki) in inercijsko (centrifuge). Zaradi nastajanja velikih količin celuloze z zelo visoko vlažnostjo se usedalni rezervoarji uporabljajo zelo redko, v ta namen pa se uporabljajo čistilci. Čiščenje v takih napravah poteka pri visokih hitrostih in zagotavlja visoko stopnjo čiščenja.

Za dodatno razjasnitev tekočine se izvede filtriranje. Uporaba nasipnih filtrov zagotavlja fino filtracijo, takšni filtri imajo večjo produktivnost, med njihovo regeneracijo pa nastane majhna količina odpadkov. Nasipni filtri so zaradi svoje enostavnosti in zanesljivosti postali vse bolj razširjeni, kljub nastanku velike količine sekundarnih odpadkov pri regeneraciji.

Sorpcijski filtri so zelo priljubljeni izdelki za odstranjevanje različnih mehanskih in organoklorovih nečistoč z absorbiranjem onesnaževalcev na notranji površini nakladalnega zrna.

O izbiri in namestitvi sorpcijskih filtrov bomo razpravljali v tem članku.

Kaj je adsorpcija

Izraz "adsorpcija" se nanaša na proces absorpcije tekoče kontaminacije s površinsko plastjo trdne snovi. Temelji na difuziji molekul onesnaževal skozi poseben tekočinski film, ki obdaja delce adsorbenta na površino slednjega, kar se zgodi, ko se tekočina, ki se čisti, zmeša.

Nato se difuzija nadaljuje s hitrostjo, ki je določena s strukturo uporabljenega adsorbenta in velikostjo molekul zbranih snovi.

Ta postopek je najučinkovitejši v primerih, ko ima tekočina nizko koncentracijo onesnaževalcev (v fazi globinskega čiščenja). V takšnih primerih učinkovitost postopka omogoča, da na izhodu dobimo praktično ničelno koncentracijo onesnaževal.

Učinkovitost in hitrost adsorpcije je neposredno odvisna od:

  • sorbentne strukture;
  • koncentracije onesnaževal in njihova kemična narava;
  • aktivna reakcija okolja;
  • temperaturo.

Danes so najboljši sorbenti za čiščenje vode aktivno oglje različnih blagovnih znamk. Učinkovitost slednjega je določena s prisotnostjo mikropor. Njihova skupna prostornina je glavna značilnost in je navedena za vsako znamko.

Med postopkom sorpcije je treba preprečiti stik premoga z vodo, v kateri so raztopljene koloidne in suspendirane snovi, ker prekrivajo pore aktivnega oglja. Premog, ki je izgubil sorpcijsko sposobnost, nadomestimo ali regeneriramo.

Dodajanje ozona ali klora (oksidanta) pred vstopom vode v filter podaljša življenjsko dobo aktivnega oglja pred zamenjavo, izboljša kakovost izhodne vode in jo očisti obstoječih dušikovih spojin.

Kombinirana izvedba ozoniranja in sorpcije omogoča doseganje sinergističnega učinka, ki skoraj 3-krat poveča zmogljivost aktivnega oglja.

Če pride do sorpcije po predkloriranju, se dušik iz amoniaka odstrani iz tekočine, ki se čisti.

Če kot sorbente uporabimo minerale, ki vsebujejo Mg in Ca naravnega izvora ali aluminijeve okside, se fosforjeve spojine zelo učinkovito odstranijo iz vode.

Namen in področje uporabe

Sorpcijski filtri različnih blagovnih znamk se uporabljajo za globinsko čiščenje vode v zaprtih vodovodnih sistemih, pa tudi za čiščenje organskih onesnaževal (vključno z biološko trdimi) iz odpadne vode.

Čiščenje s sorpcijskim postopkom velja za eno najučinkovitejših metod za fino čiščenje teh voda pred onesnaževalci organskega izvora.

Tehnologija je najbolj učinkovita pri čiščenju odpadne vode iz barvil, hidrofobnih in aromatskih spojin alifatske skupine, šibkih elektrolitov itd.

Sorbcijska metoda se ne uporablja za čiščenje odpadne vode, onesnažene izključno s snovmi anorganskega izvora ali nizkomolekularnimi organskimi snovmi (aldehidi, alkoholi).

Tehnologije sorpcijskega čiščenja se uporabljajo samostojno in v bloku z biološkim čiščenjem na stopnji globokega predhodnega čiščenja.

Razvrstitev sorpcijskih čistilnih naprav

Po vrsti postopka:

  • periodično;
  • neprekinjeno.

Glede na hidrodinamični režim:

  • premične naprave;
  • mešalne naprave;
  • napeljave vmesnega tipa.

Glede na stanje sorbentnih plasti:

  • premikanje;
  • fiksno.

Po smeri filtracije:

  • protitok;
  • neposredni tok;
  • mešani promet.

S stikom medsebojno delujočih faz:

  • stopničasto;
  • neprekinjeno.

Glede na zasnovo filtra:

  • stolpec;
  • kapacitivni

Zasnova sorpcijskega filtra

Filter za sorpcijo je sestavljen iz:

  • telo, ki je valj iz steklenih vlaken zahtevanih dimenzij;
  • fiksna plast aktivnega oglja z gramozno podlago;
  • regulacijski ventil različnih tipov (opcija - mehanski ventil);
  • cevovod, skozi katerega se dovaja odpadna voda;
  • cevovod, skozi katerega se odvaja prečiščena voda;
  • cevovod, skozi katerega se dovaja voda za rahljanje;
  • drenažni in distribucijski sistem.

Linearna hitrost filtracije je v veliki meri odvisna od stopnje kontaminacije vode, dobavljene za čiščenje. Njegova vrednost je lahko od 1 do 10 m3/uro. Velikost zrn sorbenta je od 1 do 5 mm.

Najbolj optimalna možnost čiščenja je filtracija, med katero se tekočina dovaja od spodaj navzgor. V tem primeru je celotna površina prečnega prereza filtra enakomerno napolnjena in zračni mehurčki, ki vstopajo z vodo, se zlahka premaknejo.

Filtri s fiksno plastjo sorbentov se uporabljajo za regenerativno čiščenje odpadne vode, hkrati pa rešujejo probleme recikliranja v njih prisotnih dragocenih sestavin. Desorpcijo izvedemo z uporabo kemičnih topil ali vodne pare.

Načelo delovanja

Razmislimo o principu delovanja sorpcijskega filtra na primeru modela serije FSB, ki se uporablja v tehnoloških shemah nevihtne kanalizacije. Neposredno na njegovem vstopu sta nameščena lovilec peska in lovilec olja, kar omogoča zmanjšanje kazalcev za te vrste onesnaženja na dovoljene koncentracije.

Voda, ki je prešla skozi zgoraj opisani predfilter, vstopi v sorpcijski blok skozi dovodno cev. Od tod se voda skozi razdelilno in odvodno cev premakne v nižjo razdelilno cono.

Tu je enakomerno porazdeljen po celotnem območju vgrajenega sorbenta, katerega blagovna znamka in količine so odvisne od začetne in končne koncentracije onesnaževal ter zahtevane produktivnosti. p

Po tem se voda v naraščajočem toku usmeri v zbirno krožno korito, od tam pa se odvaja po cevi.

Namestitev sorpcijskega filtra

Postopek namestitve:

  • izkoplje se jama zahtevanih dimenzij;
  • dno se razlije s peskom, katerega plast doseže debelino 300 mm, nato pa se previdno stisne;
  • nad to blazino se vlije armiranobetonska plošča (300 mm ali več), katere geometrijske dimenzije so določene z vrednostjo "premer ohišja filtra + 1000 mm";
  • ohišje sorpcijske enote za naknadno obdelavo je nameščeno strogo navpično na ploščo;
  • za stabilnost je voda predhodno napolnjena v ohišje približno do nivoja perforiranega dna;
  • da bi se izognili premikanju telesa med polnjenjem, je predhodno zavarovano s sidri;
  • Jama je napolnjena v plasteh po 300 mm s peskom brez kamnov, pri čemer je vsak sloj skrbno zbit. Zasipavanje se zaključi po dosegu nivoja odvodnih in dovodnih cevi;
  • cevovodi so povezani (preliv, odvod, dovod). Nato se postopek polnjenja nadaljuje do vrha ohišja filtra. Potrebno je nadzorovati delovanje vibratorja na priključnih mestih zgoraj omenjenih cevovodov, da jih ne poškodujete;
  • tovor se dovaja znotraj ohišja v vrečah. Poleg tega se naslednji postreže, ko je vsebina prejšnjega enakomerno porazdeljena po celotni površini perforiranega dna;
  • Pred zagonom mora biti naložen tovor temeljito opran.

Ohišje mora biti napolnjeno z nakladalno in čisto vodo.

Da bi izbrani sorpcijski filter odstranil največje možno število vrst onesnaževal, je treba oglenemu filtru dodati različne snovi za ionsko izmenjavo, katerih seznam je določen ob upoštevanju prednostnih onesnaževal v vašem podjetju (mestu).

Na splošno se sorpcija nanaša na procese površinske (adsorpcija) in volumetrične (absorpcija) absorpcije snovi na meji med dvema fazama: trdno in tekočo, trdno in plinasto, tekoče in plinasto. Sorpcijski procesi igrajo pomembno vlogo v sodobni tehnologiji polprevodnikov in dielektrikov, saj omogočajo ločevanje snovi z zelo podobnimi fizikalno-kemijskimi lastnostmi (elementi redkih zemelj, kovine, kot sta cirkonij in hafnij itd.).

Adsorpcijski sistem je sestavljen iz adsorbent- snov, na površini katere pride do absorpcije, in adsorbat - snov, katere molekule se absorbirajo. Glede na naravo procesov ločimo fizikalno in kemično adsorpcijo. pri fizikalna adsorpcija molekule adsorbata ne vstopijo v kemično interakcijo z adsorbentom in tako ohranijo svojo individualnost na površini absorberja; adsorpcija je v tem primeru posledica delovanja van der Waalsovih sil. pri kemična adsorpcija, ali kemisorpcija, adsorbirane molekule vstopijo v kemično reakcijo z adsorbentom, da tvorijo kemične spojine na površini. Obratni proces - proces odstranjevanja molekul s površine adsorbenta se imenuje desorpcija. Fizikalna adsorpcija je za razliko od kemosorpcije reverzibilna. Postopek desorpcije se lahko uporablja tudi kot metoda čiščenja. Adsorpcija je selektiven proces, tj. Na površini adsorbenta se adsorbirajo samo tiste snovi, ki zmanjšujejo prosto energijo površinskega sloja ali z drugimi besedami zmanjšujejo površinsko napetost glede na okolje. Tako je z uporabo različnih adsorpcijskih sposobnosti snovi, ki jih najdemo na primer v raztopini, mogoče ločiti in očistiti tako, da eno od njih absorbiramo z adsorbentom, drugo pa pustimo v raztopini. Kvantitativna značilnost adsorpcijskega sistema je adsorpcijska izoterma. Izraža razmerje med koncentracijo snovi Z v raztopini in njeno količino Cs, adsorbira enota površine adsorbenta pri konstantni temperaturi v pogojih adsorpcijskega ravnovesja. 1. Površina adsorbenta ima omejeno število neodvisnih adsorpcijskih mest in vsako mesto lahko adsorbira samo eno molekulo.

2. . MOS hidridna epitaksija polprevodnikov.

Večino polprevodniških spojin A 3 B 5 , A 2 B 6 in A 4 B 6 je mogoče gojiti s tehnologijo MOC. V primeru rasti spojin A 3 B 5 lahko namesto organokovinskih spojin elementov pete skupine uporabimo hidride ustreznih elementov. V tem primeru je običajno uporabiti izraz MOC-hidridna tehnologija. Nekatere organokovinske spojine: Ga(CH 3) 3 - trimetilgalij (TMG), Ga (C 2 H 5) 3 - trietilgalij (TEG), In (CH 3) 3 - trimetilindij (TMI), In (C 2 H 5) 3 – trietilindij (TEI), Al(CH 3) 3 – trimetilaluminij (TMA) (na splošno – MR3, kjer je M kovina, R 3 – (CH 3) ali (C 2 H 5) – alkil). Hidridi: AsH 3 – arzin, PH 3 – fosfin.

Shematski opis procesov med MOS hidridno epitaksijo je prikazan na sl. 2. Reakcija poteka v plinskem toku pri atmosferskem ali znižanem tlaku v reaktorju s hladnimi stenami. Nosilni plin je običajno vodik. Posamezne stopnje celotne reakcije potekajo že v plinski fazi. Končne faze in vključitev v mrežo potekajo na površini polprevodnika. Tipični reaktorji omogočajo povezavo več organokovinskih in hidridnih virov, tako da je mogoče zaporedno gojiti izmenične plasti različnih materialov v enem rastnem ciklu. To omogoča pridobivanje večplastnih večkomponentnih epitaksialnih struktur.

Tehnološki proces kovinsko-organske epitaksije ne vključuje jedkalcev in proces rasti ni rezultat tekmovanja med nanosom in jedkanjem, kot pri nekaterih drugih metodah parno-plinaste epitaksije. Posledično so zagotovljene ostre meje med plastmi in enakomernost rastočih plasti v debelini in sestavi.

MOS hidridna epitaksija je najenostavnejša od vseh tehnologij za izdelavo epitaksialnih plasti spojin A III B V iz plinske faze. Celotna reakcija za tvorbo spojin je reakcija tipa

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