Метод сорбції у очищенні води. Сорбція (очищення стічних вод). На які види ділиться сорбційне очищення води

Вибір сорбентів. Асортимент сорбентів для попереднього очищення води, що випускаються промисловістю, дуже різноманітний. Для очищення води від органічних речовин використовують активоване вугілля, гелеві і макропористі аніоніти та ін. механічною неміцністю, високою зольністю.

Аніоніти, особливо макропористі, вільні від багатьох перерахованих недоліків. Первинний вибір кращих з них проводять у статичних умовах при контакті сорбентів з модельними розчинами або водою протягом години.

Після відбору кращих зразків (у даному випадку ними виявилися вітчизняні сорбенти полімеризації типу АВ-171 та конденсаційного типу ІА-1) проводять кінетичні дослідження. Їх метою є визначення характеру стадії, що лімітує процес, знаходження коефіцієнтів дифузії та часу встановлення рівноваги. Стадію, що лімітує процес, визначають за такою ознакою: якщо перемішування розчину сприяє прискоренню сорбції, це свідчить про переважний вплив зовнішньої дифузії; Прямий доказ внутрішньодифузійного механізму дає досвід з «переривання». Якщо після перерви відновити сорбційний процес та сорбційна активність твердої фази зросте, можна з упевненістю говорити про внутрішньодифузійний характер процесу.

Сорбція гумусових речовин. Внутрішньодифузійна кінетика, за даними, лімітує сорбцію гумусових речовин, тобто сорбційне попереднє очищення води.

Аналіз цього рівняння показує, що втрата захисної дії, виражена в лінійних або об'ємних одиницях сорбенту, тим більше (а робочий період колонки тим менше), чим більша швидкість потоку, радіус зерен сорбенту та задана глибина очищення.

З кінетичних дослідів визначають коефіцієнти дифузії та час встановлення рівноваги в системах іоніт-розчин і будують ізотерми сорбції. Ізотерми сорбції гумінових та фульвокислот аніонітами ІА-1 та АВ-171 описуються рівнянням Ленгмюра.

У роботах зіставлені результати експериментального визначення сорбційної ємності до проскоку гумусових речовин з сорбційною ємністю, розрахованою за рівняннями; розходження не перевищують 10-15%. Змінюючи швидкість потоку, глибину очищення, радіус зерна сорбенту та сам сорбент, можна визначити втрату часу захисної дії колони для кожного варіанту. У той самий час слід пам'ятати, що це покладає дуже велику відповідальність точність визначення коефіцієнтів дифузії і рівноваги у системах сорбент - розчин, дають вихідні дані до розрахунку динаміки сорбції.

Отже, найкращим сорбентом для попереднього очищення води виявився макропористий аніоніт ІА-1, що працює в хлор-формі, при рН розчину, що очищається, рівному 3,0-3,5. Що стосується розміру зерен, його вибір обмежений характером дренажної системи та бажаною швидкістю пропускання води.

У природних водах присутні гумінові та фульвокислоти. Перші сорбуються гірше, і їхній «проскок» практично лімітує процес очищення. Тому величину слід розраховувати за вмістом у воді, що очищається, гумінових кислот. Якщо після коагуляційної очистки вони відсутні, робочий період сорбційної колони розраховують за вмістом у воді фульвокислот.

Та обставина, що сорбція слабодиссоціюючих гумінової та фульвокислот йде краще в кислому середовищі та на аніоніті в сольовій формі, вказує на неіонообмінний механізм поглинання цих речовин і підказує економічно та технологічно вигідну схему попереднього очищення води. Сорбційну колону з іонітом ІА-1 слід встановлювати після катіоніту в Н-формі та наступного за ним декарбонізатора. Це звільняє від необхідності підкислювати воду, оскільки вона підкислюється мимоволі при катіонуванні. Таким чином, сорбційна колона стає складовою знесолювальної установки. При поєднанні коагуляційної очистки з сорбційною вода на 80-85% звільняється від органічних домішок. Подальше, глибше очищення води від органічних домішок проводиться на іонітах знесолювальної частини установки.

Вилучення інших органічних речовин. Поверхневі та артезіанські води містять органічні речовини, що належать до різних класів сполук. Встановлено, що такі речовини, як цукри, білковоподібні речовини, амінокислоти проходять через систему іонітових колон і потрапляють у глибокознесолену воду. Причому їх кількість залежить від складу вихідної води та значно перевищує вміст мінеральних домішок. Максимальне вилучення цих речовин із води в ході її попереднього очищення сорбційним методом є необхідним.

У роботі зіставлена здатність деяких активованих вугілля та макропористих аніонітів сорбувати різні аналітично обумовлені органічні сполуки, розчинені в природних водах. Для цього через шар сорбенту висотою 60 см зі швидкістю 7 м/год пропускали по 100 обсягів річкових вод після їх Н-катіонування, що створює найбільш сприятливі умови для сорбції.

Фульвокислоти отримують краще смолами, ніж вугіллям, причому ємності іонообмінників по фульвокислот практично однакові. Але і в цьому випадку застосування іоніту ІА-1 доцільніше, оскільки він регенерується легше і з меншими витратами реагентів.

Другою дуже значною групою сполук, які, потрапляючи в глибоко знесолену воду, можуть впливати на її питомий електричний опір, є карбонові кислоти. Для їх сорбції найбільше придатні вугілля СКТ-ВТУ-2 і аніоніт АВ-171. З цих двох сорбентів перевагу, безумовно, слід віддати іоніту, оскільки його ємність можна відновити хімічними реагентами. Для видалення простих та складних амінокислот також слід застосовувати аніоніт АВ-171.

Прості та складні цукру, що не впливають на питомий електричний опір, знесоленої води, значною мірою сорбуються лише вугіллям БАУ. Тому при виборі сорбентів для очищення води слід керуватися не тільки величиною їхньої ємності та можливістю її відновлення, а й необхідністю видалення води тієї чи іншої сполуки.

Для орієнтовної оцінки розподілу органічних речовин у шарах зазначених сорбентів було знято відповідні вихідні криві. Завантаження іонітів у хлор-формі дорівнювало 1 л при висоті шару 60 см; швидкість протікання розчину 10 м/год.

Фільтрат для аналізу безперервно відбирали фракціями по 10 л кожна. Тривалість робочого періоду колони обрана рівною 200 наведених обсягів; рН пропусканої води створювали попереднім катіонуванням вихідної води. Застосовуючи різні сорбенти та його поєднання, можна видалити значну частину органічних речовин, розчинених у питній воді. Однак отримати воду, повністю звільнену від органічних речовин за допомогою перерахованого набору засобів, навряд чи можливо.

Зміст та співвідношення таких органічних неелектролітів, як цукру, білки, ефіри тощо, змінюються не тільки від однієї географічної зони до іншої, але й у межах одного регіону. Тому не можна очікувати, що при однакових технологічних схемах та режимах демінералізації знесолені води збігатимуться за кількісним та якісним вмістом органічних речовин. У зв'язку з цим слід ставитись з обережністю до спроб нормування сухого залишку високоомної води без урахування складу вихідної.

Видалення заліза (знезалізнення). Залізистими називають води, що містять понад 1 мг/л заліза. Катіоніт сорбує іони двовалентного заліза приблизно так само, як і іони кальцію, а іони тривалентного заліза - ще ефективніше. Можна було очікувати, що при іонообмінному знесолюванні вода одночасно і «знезалізуватиметься». Цьому процесу заважають, однак, деякі фізико-хімічні особливості з'єднання заліза, присутніх у природних водах.

У відкритих водоймах, що добре аеруються, значна частина заліза знаходиться у вигляді сполук Fe різного ступеня гідролізованості.

При коагуляційному та подальшому сорбційному очищенні вода звільняється не тільки від пофарбованих (головним чином, гумусових сполук), але і від колоїдних і комплексних форм заліза. Таким чином, очищення органічних речовин є одночасно актом знезалізнення води.

Підприємствам, які споживають особливо чисту знесолену воду, рекомендується всюди (де можливо) отримувати її з підземних вод, вільних, як правило, від органічних забруднень. Відомо, що понад 25% всіх водопроводів одержують підземну воду із вмістом заліза від 1 до 5 мг/л.

У підземних водах, позбавлених кисню, залізо переважно знаходиться у формі розчину бікарбонату частково гідролізованого. Якби ця речовина надходила на катіоніт у неокисленому та негідролізованому вигляді або не окислялася б у самому катіонітовому фільтрі, можна було б очікувати практично повного обміну іонів заліза на іони водню. Однак поряд з реакцією іонного обміну, швидкість якої визначається дифузійними процесами, йдуть реакції гідролізу солей заліза, окислення і переходу в слабодисоціюючі та практично нерозчинні сполуки, здатні до утворення колоїдів. Сукупність таких процесів призводить до того, що вода, що містить, наприклад, у рівноважному стані 0,16 мг/л заліза в іонній формі, може характеризуватись загальним вмістом заліза на рівні 2 мг/л. Катіоніт поглине тільки іонну форму заліза і розчинить з поглинанням частину найменш стійких продуктів гідролізу.

Виділення іонів водню при роботі катіоніту могло б стримувати реакцію і навіть зрушувати її вліво, тим більше, що кількість іонів водню в Н-катіонованій воді визначається загальним вмістом солей, яке практично на два порядки більше за кількість іонів заліза у воді.

У міру спрацьовування верхніх шарів катіоніту дві обставини сприятимуть зсуву реакції вправо: наявність у шарі іонів Fe(II), що каталітично прискорюють їх перетворення на іони Fe(III), та часткове поглинання катіонітом іонів водню, що обмінюються на іони натрію та кальцію, якими заповнено відпрацьований шар смоли. гідроксид Fe(III), що утворюються в цих умовах, та інші продукти гідролізу вже не братимуть участі в іонному обміні і транзитом пройдуть у Н-катіоновану воду, так само, як і та частина подібних сполук заліза, яка була присутня у вихідній воді.

Кількісний опис цих процесів поки що важко. У той же час присутність заліза в неіонній формі в Н-катіонованій та знесоленій водах задовільно пояснюється запропонованою концепцією та свідчить про необхідність видалення заліза із залізистих підземних вод перед їх подачею на знесолювальну іонообмінну установку. Наведене вище рівняння нагадує основні шляхи видалення заліза з води. Це аерація (насичення киснем) та підлужування (зв'язування іонів водню). У бікарбонатних водах останнє відбувається мимоволі з виділенням стехіометричного кількості діоксиду вуглецю. Аерацію можна проводити продуванням повітрям, розбризкуванням води у повітрі або подачею озону; як інші окислювачі можна використовувати активний хлор, перманганат калію. Під дією окислювачів іоніти "старіють", тому бажано проводити знезалізнення безреагентним методом.

Видалення заліза з підземних вод присвячено монографію, в якій узагальнено як теоретичні, так і технологічні аспекти проблеми. Враховуючи специфіку отримання порівняно невеликих обсягів особливо чистої знесоленої води для виробничих іуж і специфіку самих виробництв, що споживають таку воду, слід зупинитися на методі спрощеної аерації з подальшим фільтруванням.

Над відкритим фільтром через отвори в трубах, що подають, розбризкується вода. Товщина шару піску у фільтрі зазвичай не менше 1,2 м, а розмір зерен від 0,8 до 1,6 мм. Більшою брудоємністю відрізняються фільтри з двошаровим завантаженням загальною товщиною 1,2-1,5 м і товщиною верхнього шару 0,5 м. Для нижнього шару використовують кварцовий пісок розміром зерен 0,8-1,2 мм, а для верхнього - антрацитову крихту розміром 0,9-2,4 мм. Швидкість фільтрування та відкритих фільтрах досягає 10 м/год. Як правило, зі зменшенням швидкості пропускання води брудоємність фільтрів підвищується, і тому відкриті фільтри треба розраховувати на швидкість, що не перевищує 5-7 м/год.

Залежно від прийнятої швидкості фільтрування, вихідного вмісту заліза у воді та інших факторів тривалість роботи фільтрів, природно, різна. При швидкості фільтрування 5-7 м/год та вихідному вмісті заліза у воді 3-4 мг/л цикл роботи установки 60-100 год. Після цього фільтри промивають протитечією інтенсивністю 15-18 л/(с-м2) протягом 10-15 хв.

Об'єм промивних вод для фільтрів на ділянці знезалізнення води досягає 4% від об'єму очищеної води. Коли робота знезалізної установки даного типу добре налагоджена, вміст заліза у фільтраті становить 0,05-0,1 мг/л.

На відміну від дистиляту, що містить до 5 мкг/л заліза, технічний конденсат збагачується продуктами корозії. При отриманні з такого конденсату особливо чистої знесоленої води потрібне попереднє знезалізнення. Для цього використовують сульфовугільні фільтри, що працюють з ефективністю 25-50%, або більш ефективні магнетитові фільтри, целюлозні намивні фільтри, намивні іонітові фільтри (що носять за кордоном назву powdex). Запропоновано аніонітові фільтри, де видалення заліза засноване на коагулюючій дії аніоніту в ОН-формі. Намивні іонітові фільтри працюють з ефективністю, що наближається до 100% за рахунок миттєвої кінетики процесу. Тут поряд із сорбцією іонів з рідкої фази відбувається механічне затримання частинок твердої фази, коагуляція та утворення комплексів з аніонітом, якщо для намивного шару беруть суміш катіонів та аніонообмінників.

Досліди показали придатність намивних іонітових фільтрів для вилучення з води гумусових речовин, що комплексують залізо та інші метали.

Гострота проблеми знезалізнення як етапу попереднього очищення води особливо виявилася через необхідність використання ультрачистої води для виробництв мікроелектроніки. Для фінішного очищення води перед подачею на відмивання деталей приладів використовують мікрофільтр з порами 0,2 мкм, що затримує мікробні тіла. Якщо з знесоленої води недостатньо видалено залізо попередніх етапах, то мікрофільтри швидко забиваються.

Пом'якшення води.При частковому знесолюванні води електродіалізним методом або за допомогою зворотного осмосу в ряді випадків необхідно попередньо пом'якшити воду, тобто звільнити її від катіонів кальцію та магнію, здатних при відповідному аніонному складі води утворювати опади на іонітних мембранах або на мембранах (волокнах) в апаратах зворотного осмосу.

Пом'якшення як етап попереднього очищення при знесолюванні щодо невеликих мас води доцільно проводити іонообмінним способом. Регенерація катіоніту, т. Е. Переведення його в натрієву форму, проводиться пропусканням через відпрацьований шар сорбенту 6-10%-ного розчину хлориду натрію і подальшим відмиванням водою.

З причин, які будуть розглянуті нижче, витрата кухонної солі для регенерації перевищує стехіометричний у 2,5-5 разів. Працюючи з водою, має високий вміст солей, для пом'якшення доцільно використовувати сильнокислотний катіоніт типу КУ-2. При цьому, порівняно з такими катіоннообмінниками, як сульфовугілля або КУ-1, досить значно скорочується витрата солі на регенерацію.

Серед існуючих методів водоочищення сорбційний спосіб є одним із найпоширеніших. Що це таке сорбційне очищення води, і для чого вона потрібна? Ця процедура відноситься до ефективних способів глибокого очищення рідини, що дозволяє прибрати шкідливі домішки та хімічні сполуки за допомогою зв'язування частинок на молекулярному рівні. Унікальність такої фільтрації полягає у можливості видалити з води органіку, що не піддається відділенню іншим чином.

Сорбційний метод очищення води з використанням високоактивних сорбентів дозволяє одержати рідину, в якій майже немає залишкового концентрату. Висока активність сорбентів уможливлює взаємодію з речовинами, незалежно від їх концентрації: навіть при малих дозах шкідливих домішок цей спосіб працюватиме.

Поняття адсорбції та її ефективність

Термін "адсорбція" означає процес поглинання забруднювачів у воді поверхнею твердих тіл. У його основі лежить принцип пропускання молекул таких домішок через особливу плівку, що оточує адсорбент, та його притягування до його поверхні. Вищезгаданий процес відбувається, якщо рідина для очищення перемішується.

Найбільшого ефекту такий спосіб дозволяє досягти при малій концентрації шкідливих речовин, що спостерігається у разі сильної очистки. Все, що не осіло на попередніх фільтрах, видаляється сорбцією, при цьому на виході виходить чиста вода.

Швидкість процесу та його ефективність залежать від низки факторів:

Структури сорбенту.
Температура.
Концентрації забруднювача та його складу.
Активність реакції середовища.

При сучасних установках найкращим варіантом сорбенту, що ефективно очищає воду, визнається активоване вугілля різних типів. Чим більше ця речовина має мікропор, тим вище якість очищення води методом вугільної сорбції.

Фахівці компанії «Русватер» допоможуть підібрати оптимальний варіант фільтруючих установок, що працюють за принципом сорбції, що дасть змогу організувати ефективну водопідготовку та очищення води від різних домішок незалежно від її призначення.

Фільтрація води через активоване вугілля повинна виключати попадання на сорбент рідини з розчиненими суспензією і колоїдними частинками, оскільки вони псують поверхню вугілля, екрануючи його пори. Сорбент, що став непридатним через таку дію, відновлюють або змінюють.

Для дехлорування води застосовуються сорбційні фільтри на основі активованого вугілля, що роблять воду кращою, а також дозволяють очистити її від азотистих включень. Спільне використання сорбції та озонування у рази посилює дієвість очищення з одночасним підвищенням можливостей активованого вугілля. При використанні в ролі сорбенту природних мінералів з Ca і Mg, а також оксидів алюмінію з води видаляються сполуки фосфору.

Для чого потрібна сорбція та де вона використовується?

Фільтрація води вугіллям за допомогою сорбційних установок різного типу застосовується для глибокого очищення рідини в замкнутих системах, включаючи очищення стічних каналізацій від органіки.

Серед існуючих методик тонкого очищення сорбція визнається одним із найбільш ефективних способів, що дозволяє видалити з води органічні речовини без значних витрат. Технологія користується популярністю у разі необхідності очистити стоки від барвників, а також прибрати інші гідрофобні сполуки.

Даний спосіб не підходить, якщо в стоках є тільки неорганічні забруднювачі або розчинена в них органіка має низькомолекулярну структуру. Сорбція може застосовуватися в комплексі з біологічним очищенням або виступати самостійним засобом.

Сорбційне очищення води дозволяє звільнити рідину від присмаку сірководню та хлору та прибрати неприємні запахи. Ефективність використання активованого вугілля у ролі сорбенту пояснюється його структурою: фільтрацію виконують наявні мікропори. Отримують активоване вугілля з деревини, торфу, продуктів тваринного походження чи горіхових шкаралупок. Нанесення на поверхню активованого вугілля частинок іонів срібла захищає матеріал від ураження різними мікроорганізмами.

У більшості випадків активоване вугілля застосовують для очищення води від органіки та для проведення процесу водопідготовки перед зворотним осмосом. Сорбція дозволяє ефективно забрати з води хлор, покращивши її якості. При цьому таким методом хлор видаляється для підготовки технічної води, що застосовується для гігієнічних цілей.

Наші системи вугільної очистки

Не менш потрібні сорбційні фільтри в загальній системі знезалізнення. Сорбційне очищення води від заліза необхідне видалення його твердих частинок після окислення до нерозчинних оксидів.

Системи сорбційної очистки можуть бути різними. Вибір конкретного варіанту відбувається після проведення аналізу води і встановлення домішок, що містяться в ній. Така робота повинна проводитись професіоналами, тому наші фахівці завжди готові допомогти вам у цьому.

Сорбційні методи

Сорбційні методи ґрунтуються на поглинанні радіонуклідів твердої фази за механізмами іонного обміну, адсорбції, кристалізації та інші.

Сорбція проводиться у динамічних та статистичних умовах. При динамічній сорбції фільтрування вихідних рідких відходів проводиться безперервно через сорбент, а за статичної сорбції проводиться тимчасовий контакт двох фаз при перемішуванні з подальшим поділом .

Динамічна сорбція проводиться у намивних чи насипних фільтрах. Відмінність полягає в тому, що в насипних фільтрах застосовують сорбенти у вигляді міцного зернистого матеріалу; в намивних фільтрах ж як сорбент застосовують неорганічні та органічні матеріали штучного та органічного походження.

Для очищення рідких радіоактивних відходів від радіонуклідів застосовують сорбенти (іоніти) таких типів, як КБ-51-7, КУ-2-8 (сильнокислий катіоніт), АВ-17-8 (сильноосновний аніоніт), АН-31 та АН-2ФН ( слабоосновні аніоніти), вермікуліт. Сорбенти випускають у вигляді гранул, які пере застосуванням замочують у спеціальному розчині для активації. Всі перелічені сорбенти мають високі коефіцієнти очищення і хороші фільтруючі властивості.

Іонообмінні гетерогенні реакції оборотні, що дозволяє здійснювати регенерацію сорбенту, але зумовлює створення умов для вимивання радіонуклідів при зберіганні відпрацьованого сорбенту. Обмінна ємність сорбенту майже вся використовується на сорбцію макрокомпонентів - солей через їх схожість з властивостями мікрокомпонентів. Тоді, щоб протікала сорбція мікрокомпонентів (радіонуклідів), необхідно проводити попереднє знесолення. Інакше це призводитиме до частих регенерацій сорбенту і, отже, підвищенням вартості очищення.

Рідкі радіоактивні відходи з високою засоленістю невигідно очищати органічними сорбентами через те, що при регенерації сорбенту потрібно 2-2,5 кратний надлишок лугу та кислоти (йде подорожчання очищення).

Ситуація постає зворотна для радіонуклідів, які мають властивості відмінні від властивостей макрокомпонентів. Багатовалентні радіонукліди добре сорбуються на катіоніт у присутності натрій-іонів. Тому натрій-іони, що знаходяться в рідких радіоактивних відходах, не сорбуються, що призводить до помітного зниження обсягів регенератора, вторинних відходів і частоти регенерації.

Застосування синтетичних органічних сорбентів дозволяє видалити з рідких радіоактивних відходів радіонукліди в іонній формі. Але такі сорбенти мають деякі обмеження щодо застосування, які переростають у серйозні недоліки. При використанні таких сорбентів радіонукліди у молекулярній та колоїдній формі з рідких радіоактивних відходів не видаляються. Також якщо в рідких радіоактивних відходах є колоїди або органічні речовини з великими молекулами, то сорбент втрачає свої властивості і виходить з ладу через забиття пор.

Насправді перед проведенням іонного обміну видалення колоїдних частинок застосовують фільтрування на намывных фільтрах. Застосування методу коагуляції замість фільтрування призводить до утворення великих обсягів відходів. Органічні сполуки рідких радіоактивних відходів видаляються ультрафільтрацією. Помітний один із головних недоліків застосування іонного обміну для очищення рідких радіоактивних відходів – це необхідність проведення попередньої підготовки таких відходів.

Для очищення високоактивних рідких відходів синтетичні органічні сорбенти не застосовують через їх нестійкість до впливу високоактивного випромінювання. Такий вплив призводить до руйнування сорбенту.

Для забезпечення високого ступеня очищення процес іонообмінного очищення проводять у два етапи. На першому етапі рідких відходів видаляють солі і невеликі кількості радіонуклідів, а вже на другому етапі проводять безпосереднє видалення нуклідів з знесолених рідких відходів. Регенерацію сорбенту проводять протитечією. Щоб підвищити продуктивність фільтрів швидкість на початку циклу встановлюється в (90×100) м/год, а в кінці циклу знижується до значень (10×20) м/год.

Очищення знесолених відходів дає можливість застосовувати ефективні фільтри змішаної дії (їх регенерація утруднена) та намивні фільтри через те, що при очищенні таких відходів необхідність у регенерації мінімальна. Завдяки змішаному завантаженню аніонітів та катіонітів у формах Н + та ОН-, усувається протиіонний ефект, і це призводить до підвищення ступеня очищення та можливості збільшення швидкості фільтрування до 100 м/год .

Всі рідкі радіоактивні відходи містять у тій чи іншій кількості суспензії, які мають схильність до молекулярної та іонообмінної сорбції. Також продукти корозії з гідратованими оксидами заліза, марганцю, кобальту та нікелю можуть сорбувати мікрокомпоненти. У зв'язку з цим пропонується відокремлювати суспензії для помітного поліпшення ступеня очищення рідких відходів.

Для видалення з відходів таких компонентів, як 137 Cs, 99 Sr, 60 Co, використовують додавання селективного сорбенту, в даному випадку - наноглини (монтморилоніт), що забезпечує 98% очищення від цих компонентів. Сорбцію на селективних компонентах проводять у поєднанні з коагуляцією.

Хімічне осадження є одним із ефективних варіантів статичної сорбції. До переваг хімічних методів можна віднести низьку вартість, доступність реагентів, можливість видалення радіоактивних мікрокомпонентів в іонній та колоїдній формах, а також переробки засолених рідких відходів.

Головною особливістю хімічного осадження є селективність до різних мікрокомпонентів, особливо 137 Cs, 106 Ru, 60 Co, 131 I, 90 Sr. Коагуляція та пом'якшення є методами хімічного осадження; при застосуванні цих методів йде очищення від радіонуклідів у колоїдній, іонній та молекулярній формах.

При застосуванні содово-вапняного пом'якшення CaCO 3 і MgOH 2 випадають в осад і служать колекторами для Sr 90, який видаляється кристалізацією з CaCO 3 . Також використання даного методу дозволяє видаляти 95 Zr та 95 Nb.

Цезій (137 Cs) видаляють за допомогою осадження фероціанідів заліза, нікелю (найефективніший), міді та цинку, при цьому коефіцієнт очищення становить 100 .

Рутеній (106 Ru) і кобальт (60 Co) погано концентруються в осадах через велику кількість їх хімічних форм. Видалення рутенію проводиться такими сорбентами, як сульфід кадмію, сульфід заліза, сульфід свинцю. Очищення від кобальту ефективне на оксигідратах хрому та марганцю. Радіоактивний йод 131 I виробляється з осадженням йодидом міді або срібла.

Хімічне осадження завершується процедурами поділу фаз. При поділі фаз йде освітлення більшої частини рідких відходів та концентрування шламів. Поділ фаз проводиться фільтруванням або впливом на систему силовим полем, яке може бути гравітаційним (відстійники та освітлювачі) та інерційним (центрифуги). Через утворення великих обсягів пульп дуже високої вологості відстійники застосовують дуже рідко, використовуючи при цьому освітлювачі. Освітлення в таких апаратах йде з великими швидкостями та забезпечує високий ступінь очищення.

Для подальшого освітлення рідини проводять фільтрування. Застосування насипних фільтрів забезпечує більш тонке фільтрування, такі фільтри мають більшу продуктивність, а при регенерації утворюється невелика кількість відходів. Насипні фільтри набули більшого поширення через простоту та надійність, не дивлячись на утворення великої кількості вторинних відходів при регенерації.

Сорбційні фільтри — досить затребувані вироби видалення різноманітних механічних і хлорорганічних домішок шляхом поглинання забруднювача внутрішньої поверхнею зерна завантаження.

Про вибір та встановлення сорбційних фільтрів йтиметься у цій статті.

Що таке адсорбція

Терміном «адсорбція» називається процес поглинання забруднення рідини поверхневим шаром твердого тіла. Він заснований на дифузії молекул забруднюючих речовин через спеціальну рідинну плівку, яка оточує частинки адсорбенту, до поверхні останнього, яка відбувається при перемішуванні рідини, що очищається.

Потім дифузія продовжується зі швидкістю, яка визначається будовою застосовуваного адсорбенту і величинами молекул речовин, що збираються.

Цей процес найбільш ефективний у тих випадках, коли рідина має низьку концентрацію забруднюючих речовин (на стадії глибокого очищення). У разі ефективність процесу дозволяє одержати на виході практично нульову концентрацію забруднюючих речовин.

Ефективність та швидкість адсорбції прямо залежить від:

структури сорбенту;
концентрації забруднюючих речовин та їх хімічної природи;
активної реакції середовища;
температури.

На сьогоднішній день найкращими сорбентами, призначеними для очищення води, вважаються активоване вугілля різних марок. Ефективність останніх визначається наявністю мікропор. Сумарний їх обсяг є основною характеристикою та вказується для кожної марки.

При сорбційному процесі має бути виключено попадання на вугілля води, в якій розчинені колоїдні та завислі речовини, т.к. вони екранують пори активованого вугілля. Вугілля, що втратило здатність до сорбції, замінюють або регенерують.

Додавання озону або хлору (окислювача) до того, як вода надійде на фільтр, збільшує термін експлуатації активованого вугілля до заміни, покращує якість води на виході та очищає її від сполук азоту.

Спільне виконання озонування та сорбції дозволяє досягти синергетичного ефекту, що майже в 3 рази підвищує можливості активованого вугілля.

Якщо сорбція відбувається після попередньо виконаного хлорування, то з рідини, що очищається, видаляється амонійний азот.

Якщо в якості сорбентів застосовуються мінерали природного походження, що містять Mg і Са, або оксиди алюмінію, з води дуже ефективно видаляються сполуки фосфору.

Призначення та сфера застосування

Сорбційні фільтри різних марок використовуються для здійснення глибокої очистки води в системах замкнутого водопостачання, а також для очищення від органічних забруднювачів (включаючи біологічно жорсткі) стічних вод.

Очищення з використанням процесу сорбції вважається одним із найефективніших методів проведення тонкого очищення цих вод від забруднень органічного походження.

Найбільш ефективна технологія при виконанні очищення стоків від барвників, гідрофобних та ароматичних сполук групи аліфатичних, слабких електролітів тощо.

Метод сорбції не використовується для очищення стоків, забруднених виключно речовинами неорганічного походження, або низькомолекулярними органічними (альдегіди, спирти).

Технології сорбційного очищення використовуються як самостійно, так і в блоці з біологічною очищенням на етапі глибокої попередньої доочищення.

Класифікація установок сорбційного очищення

За типом процесу:

періодичний;

безперервний.

По гідродинамічному режиму:

встановлення витіснення;

установки змішування;

установки проміжного типу.

За станом шарів сорбенту:

рухомий;

нерухомий.

У напрямку фільтрації:

протиточна;

прямоточна;

змішаного руху.

За контактом взаємодіючих фаз:

східчастий;

безперервний.

За конструкцією фільтра:

колонна;

ємнісний.

Конструкція сорбційного фільтра

Сорбційний фільтр складається з:

корпуса, що є балоном зі склопластику необхідних розмірів;
нерухомого шару з активованого вугілля, що має гравійне підсипання;
керуючого клапана різних типів (варіант – засувки механічної);
трубопроводу, яким подається стічна вода;
трубопроводу, яким відводиться вода очищена;
трубопроводу, яким подається вода розпушуюча;
дренажно-розподільчої системи.

Лінійна швидкість виконання фільтрації залежить багато в чому від ступеня забруднення води, що подається на очищення. Її значення може становити від 1 до 10 м3/годину. Розміри зерна сорбенту коливаються від 1 до 5 мм.

Найбільш оптимальним варіантом очищення вважається фільтрація, у процесі проведення якої рідина подається знизу нагору. При цьому рівномірно заповнюється вся площа перерізу фільтра, а бульбашки повітря, що надійшли з водою, витісняються досить легко.

Фільтри, що мають нерухомий шар сорбентів, застосовуються для регенеративної очищення стоків з одночасним вирішенням завдань утилізації наявних цінних компонентів. Десорбція виконується з допомогою хімічних розчинників чи водяної пари.

Принцип роботи

Розглянемо принцип роботи сорбційного фільтра з прикладу моделі серії ФСБ, що у технологічних схемах зливової каналізації. Безпосередньо на його вході монтується піскоуловлювач і нафтовловлювач, що дозволяє знизити показники за зазначеними типами забруднень до дозволених концентрацій.

Вода, пройшовши описаний вище передфільтр, надходить по трубі, що підводить, в сорбційний блок. Звідси, через розподільно-розвантажувальну трубу вода переміщається в нижню розподільну зону.

Тут вона рівномірно розподіляється по всій площі закладеного сорбенту, марка та обсяги якого залежать від початкової та кінцевої концентрації забруднюючих речовин та необхідної продуктивності. П

Після цього вода висхідним потоком направляється в збірний круговий лоток, а звідти відводиться через патрубок.

Монтаж сорбційного фільтра

Процес монтажу:

викопується котлован потрібних розмірів;
дно прокидається піском, шар якого досягає товщини 300мм, потім ретельно трамбується;
по цій подушці заливається залізобетонна плита (300мм та більше), геометричні розміри якої визначаються величиною «діаметр корпусу фільтра + 1000мм»;
на плиту вертикально монтується корпус сорбційного блоку доочищення;
для стійкості в корпус попередньо заливається вода приблизно рівня перфорованого днища;
щоб уникнути зсуву корпусу при зворотному засипанні, його попередньо кріплять анкерами;
шарами по 300мм котлован засипається піском без каміння, з ретельним трамбуванням кожного шару. Підсипка завершується після досягнення рівня вихідного та вхідного патрубків;
підключаються трубопроводи (переливний, відвідний, що підводить). Далі процес засипки продовжується до верху корпусу фільтра. Необхідно контролювати роботу вібратором у місцях приєднання трубопроводів, згаданих вище, щоб не пошкодити їх;
завантаження подається всередину корпусу мішками. До того ж наступний подається після рівномірного розподілу вмісту попереднього по всій поверхні перфорованого днища;
до моменту введення в експлуатацію укладене завантаження потрібно ретельно відмити.

Корпус обов'язково необхідно заповнити завантаженням та чистою водою.

Щоб вибраний вами сорбційний фільтр видаляв максимально можливу кількість типів забруднюючих речовин, до вугільного фільтра обов'язково слід додавати різні іонообмінні речовини, перелік яких визначається з урахуванням пріоритетних забруднювачів на вашому підприємстві (ділянці).

Під сорбцією в загальному випадку розуміють процеси поверхневого (адсорбція) та об'ємного (абсорбція) поглинання речовини на межі розділу двох фаз: твердої та рідкої, твердої та газоподібної, рідкої та газоподібної. Сорбційні процеси відіграють важливу роль у сучасній технології напівпровідників та діелектриків, оскільки дозволяють розділяти речовини з дуже близькими фізико-хімічними властивостями (рідкоземельні елементи, такі метали, як цирконій та гафній тощо).

Адсорбційна система складається з адсорбенту- речовини, на поверхні якої відбувається поглинання, та адсорбату -речовини, молекули якої поглинаються. За природою процесів розрізняють фізичну та хімічну адсорбцію. При фізичної адсорбціїмолекули адсорбату не вступають у хімічну взаємодію з адсорбентом і таким чином зберігають свою індивідуальність на поверхні поглинача; адсорбція у разі обумовлена дією сил Ван-дер-Ваальса. При хімічної адсорбції,або хемісорбції молекули, що адсорбуються, вступають у хімічну реакцію з адсорбентом з утворенням на поверхні хімічних сполук. Зворотний процес - процес видалення молекул з поверхні адсорбенту називають десорбція.Фізична адсорбція на відміну хемісорбції оборотна. Процес десорбції можна також використовувати як метод очищення. Адсорбція є вибірковим процесом, тобто. на поверхні адсорбенту адсорбуються ті речовини, які знижують вільну енергію поверхневого шару, або, іншими словами, знижують поверхневе натяг щодо навколишнього середовища. Таким чином, використовуючи різну адсорбційну здатність речовин, що знаходяться, наприклад, у розчині, можна здійснити їх поділ та очищення, поглинувши одне з них адсорбентом і залишивши інше в розчині. Кількісною характеристикою адсорбційної системи є ізотерму адсорбції.Вона висловлює зв'язок між концентрацією речовини Зу розчині та його кількістю Cs, адсорбованою одиницею поверхні адсорбенту при постійній температурі в умовах адсорбційної рівноваги. 1. Поверхня адсорбенту має обмежену кількість незалежних адсорбційних місць, причому кожне місце може адсорбувати лише одну молекулу.

2. . МОС-гідридна епітаксія напівпровідників.

За допомогою МОС-технології може вирощуватися більшість напівпровідникових сполук A3B5, A2B6 і A4B6. У разі зростання сполук A 3 B 5 замість металоорганічних сполук елементів групи п'ятої можуть використовуватися гідриди відповідних елементів. І тут прийнято використовувати термін МОС-гидридная технологія. Деякі металоорганічні сполуки: Ga(CH 3) 3 – триметилгалій (ТМГ), Ga(C 2 H 5) 3 – триетилгалій (ТЕГ), In(CH 3) 3 – триметиліндій (ТМІ), In(C 2 H 5) 3 – триетиліндій (ТЕІ), Al(CH 3) 3 – триметилалюміній (ТМА) (загалом – MR3, де M – метал, R 3 – (CH 3) або (C 2 H 5) – алкіл). Гідриди: AsH 3 – арсин, PH 3 – фосфін.

Схематичне опис процесів при МОС-гідридної епітаксії показано на рис. 2. Реакція відбувається в газовому потоці при атмосферному або зниженому тиску реакторі з холодними стінками. Газом-носієм зазвичай є водень. Окремі стадії повної реакції мають місце вже у газовій фазі. Завершальні стадії та вбудовування у ґрати відбуваються на поверхні напівпровідника. Типові реактори дозволяють підключати кілька металоорганічних і гідридних джерел, тому в єдиному ростовому циклі можуть бути послідовно вирощені шари різних матеріалів, що чергуються. Це дає можливість отримувати багатошарові багатокомпонентні епітаксійні структури.

У технологічному процесі епітаксії з металоорганічних сполук не беруть участь речовини, що травлять, процес зростання при цьому не є результатом конкуренції між осадженням і травленням, як у деяких інших методах епітаксії з парогазової фази. Як наслідок, забезпечуються різкі межі між шарами, однорідність зростаючих шарів за товщиною та складом.

МОС-гідридна епітаксия - найпростіша з усіх технологій отримання епітаксійних шарів сполук A III B V з газової фази. Сумарною реакцією утворення сполук є реакція типу

Ga(CH 3) 3 +AsH 3 →GaAs (тв) +3CH 4 ,