Меню Рубрики

Установки для адсорбции сточных вод

Адсорбционная очистка сточных вод

Адсорбция – это процесс поглощения вещества из окружающей среды твердым телом. Поглощающее тело называется адсорбентом, а поглощаемое – адсорбатом.

Адсорбционная очистка может применяться как метод предварительной очистки, так и доочистки. Преимуществами этого метода являются возможность адсорбции многокомпонентных смесей. Адсорбционный метод очистки сточных вод является эффективным методом.

Адсорбционная очистка сточных вод наиболее рациональна, если в них содержатся преимущественно ароматические соединения, неэлектролиты или слабые электролиты, красители, непредельные соединения или гидрофобные (например, содержащие хлор или нитрогруппы) алифатические соединения. При содержании в сточных водах только неорганических соединений, а также низших одноатомных спиртов, как правило, этот метод не применим.

В качестве адсорбентов применяют различные искусственные и природные пористые материалы: золу, коксовую мелочь, торф и др. Наиболее эффективным адсорбентом являются активированные угли.

Процесс адсорбции может осуществляться в статических условиях, при которых частица жидкости не перемещается относительно частицы адсорбента, т.е. движется вместе с последней (аппараты с перемешивающими устройствами), а также в динамических условиях, при которых частица жидкости перемещается относительно адсорбента (фильтры с неподвижной загрузкой, аппараты с псевдожиженным слоем).

В зависимости от дисперсного состава адсорбента принципиальные конструкции адсорберов можно подразделить на следующие типы:

I – адсорбер с неподвижной или движущейся загрузкой, через которую водный поток фильтруется или нисходящим потоком со скоростью до 20 м/ч, или восходящим – со скоростью до 12 м/ч, применяется для фракции 0,8-5 мм;

II – адсорбер с псевдожиженной загрузкой при восходящем потоке воды со скоростью 10-40 м/ч, применяется для фракций 0,25-2,5 мм;

III – адсорберы-смесители применяются для фракций 0,05-0,5 мм;

Адсорберы I типа (марки ФСУ) могут применяться для очистки любых объемов сточных вод самого широкого спектра концентраций и химического строения извлекаемых примесей (рис. 4.23). Однако концентрация взвешенных веществ должна быть не более 5 мг/л.

Рис. 4.23. Схема насыпного сорбционного фильтра (типа ФСУ): 1 – вход обрабатываемой воды (конденсата); 2 – выход обрабатываемой воды (конденсата); 3 – подача промывочной-взрыхляющей воды; 4 – сброс промывочной воды; 5 – спуск первого фильтрата и опорожнение фильтрата; 6, 7 – штуцера для гидрозагрузки и гидровыгрузки активированного угля; 8 – воздушник; А – корпус; Б – активированный уголь; В – нижнее днище; Г – нижний дренаж (копирующий); Е – лаз; ВРП – верхнее распределительное устройство.

Адсорберы II типа (рис. 4.24) наиболее целесообразно применять для очистки небольших объемов сточных вод с хорошо сорбируемыми загрязнениями. В них содержание взвешенных частиц должно быть не более 1,0 г/л, гидравлическая крупность не более 0,3 мм/с.

Рис. 4.24. Адсорберы с псевдоожиженным слоем: а – цилиндрический одноярусный: 1 – колонна; 2 – воронка; 3 – труба; 4 – решетка; 5 – сборник; б – одноярусный с выносным смесителем: 1 – смеситель; 2 – насос; 3 – колонна; 4 – сборник.

1. В настоящее время в основном применяются цилиндрические одноярусные адсорберы (рис. 4.24, а). Одноярусный цилиндрический аппарат представляет собой колонну высотой около 4 м. Верхняя часть ее соединена с царгой, имеющей диаметр, в 1,5-2 раза больший диаметра основной колонны.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Увлечёшься девушкой-вырастут хвосты, займёшься учебой-вырастут рога 10317 — | 7979 — или читать все.

источник

Адсорбция как метод очистки сточных вод. Принцип работы и аппаратурное оформление

Адсорбционные методы применяются для очистки сточных вод от растворенных органических веществ после биохимической очистки, а также в локальных установках, если концентрация этих веществ в воде невелика и они биохимически не разлагаются или являются сильнотоксичными. Применение локальных установок целесообразно, если вещество хорошо адсорбируется при не­большом-удельном расходе адсорбента.

Сущность метода. Адсорбция — это процесс поглощения вещества из раствора поверхностью твердого тела (адсорбента). Адсорбция может быть физическая и химическая (хемосорбция). При физической адсорбции взаимодействие между адсорбентом и сорбируемым веществом осуществляется за счет сил межмолеку­лярного взаимодействия (сил Ван-дер-Ваальса). При физической адсорбции возможен обратный процесс — десорбции. При хемо- сорбции происходит химическое взаимодействие между сорбентом и сорбируемым веществом.

Процесс адсорбции складывается из трех стадий: перенос вещества из раствора к поверхности зерен адсорбента (внешне- диффузионная область), перенос вещества внутри зерен адсор­бента (внутридиффузионная область).

Адсорбционная очистка вод может быть регенеративной, то есть с извлечением вещества из адсорбента и его утилизацией, и деструктивной, при которой извлеченные из сточных вод вещества уничтожаются вместе с адсорбентом. Эффективность адсорбцион­ной очистки достигает 80-95% и зависит от химической природы ад­сорбента, величины адсорбционной поверхности и ее доступности, от химического строения вещества и его состояния в растворе.

Адсорбцию используют для обезвреживания сточных вод от фенолов, гербицидов, пестицидов, ароматических нитросоедине- ний, ПАВ, красителей и др. Достоинством метода является высо­кая эффективность, возможность очистки сточных вод, содержа­щих несколько веществ, а также рекуперации этих веществ.

Читайте также:  Установка видеонаблюдения на спецтехнику

Адсорбенты. В качестве сорбентов используют активные угли, синтетические оорбент-м-некоторые отходы производства- (золу, шлаки, опилки и др.). Минеральные сорбенты — глины, сили- кагели, алюмогели и гидроксиды металлов для адсорбции различ­ных веществ из сточных вод используют мало, так как энергия взаимодействия их с молекулами воды велика — иногда превышает энергию адсорбции. Наиболее универсальными из адсорбентов являются активные угли, однако, они должны обладать опреде­ленными свойствами.

Активные угли должны слабо взаимодействовать с молеку­лами воды и хорошо — с органическими веществами. При малом времени контакта с водой они должны иметь высокую адсорбцион­ную емкость, высокую селективность и малую удерживающую спо­собность при регенерации.

Адсорбционная способность активных углей является след­ствием сильно развитой поверхности и пористости. Угли должны обладать малой каталитической активностью по отношению к ре­акциям окисления, конденсации и др., так как некоторые органиче­ские вещества, находящиеся в сточных водах, способны окислять­ся в присутствии катализатора. Они должны иметь низкую стои­мость, не уменьшать адсорбционную емкость после регенерации и обеспечивать большое число циклов работы.

Скорость процесса адсорбции зависит от концентрации, при­роды и структуры растворенных веществ, температуры воды, вида и свойств адсорбента. В общем случае процесс адсорбции скла­дывается из трех стадий: переноса вещества из сточной воды к поверхности зерен адсорбента (внешнедиффузионная область), собственно адсорбционный процесс, перенос вещества внутри зе­рен адсорбента (внутридиффузионная область).

Адсорберы. Применяются адсорберы различных типов (рис. 5.1). В цилиндрическом одноярусном адсорбере (рис. 5.1, а) активный уголь через воронку по трубе непрерывно поступает под распределительную решетку, диаметр отверстий которой ра­вен 5-10 мм. Сточная вода захватывает зерна адсорбента и про­ходит вместе с ними через отверстия решетки. Над решеткой об­разуется псевдоожиженный слой, в котором идет процесс очист­ки. Избыток угля поступает в сборник и далее на регенерацию. Очищенную воду отводят через желоба в верхней части колонны. Уносимые частицы угля попадают в тот же сборник.

В одноярусном адсорбере с выносным смесителем (рис. 5.1, б) уголь поступает в смеситель, снабженный лопастной мешалкой, совершающей 40-60 об/мин. Туда же подают сточную воду. Из смесителя суспензию угля с водой Песковым насосом перекачива­ют в адсорбционную колонну.

Рис. 5.1. Схемы адсорберов: а — цилиндрический одноярусный: 1 — колонна; 2 — воронка;

3 — труба; 4 — решетка; 5 — сборник; б — одноярусный с выносным смесителем: 1 — смеситель;

2- насос; 3 — колонна; 4 — сборник; в — трехярусный: 1 — колонна; 2 — решетка; 3 — трубка для перемещения абсорбента; 4 — сборник

Адсорбер может представлять собой бак, внутри которого имеется усеченная пирамида квадратного сечения. Суспензию уг­ля с водой подают внутрь пирамиды, где возникает псевдоожи- женный слой. Избыток угля оседает в пространстве меяеду стенка­ми бака.

Более сложную конструкцию представляет собой трехъярус­ный адсорбер с переливными трубками (см. рис. 5.1, в). Псевдо- ожиженный слой возникает над тарелками (типа колпачковых). Ярусы соединены между собой коническими трубками. Широкая часть трубок выступает над тарелкой на высоту, соответствующую верхней границе псевдоожиженного слоя, а узкий конец трубок по­гружен в нижний псевдоожиженный слой. Сверху в колонну подают 15-20%-ю угольную суспензию, а снизу — сточную воду. Избыток угля отводят в сборник.

Адсорбционные установки. Процесс адсорбционной очи­стки сточной воды ведут при интенсивном перемешивании адсор­бента с водой, при фильтровании воды через слой адсорбента или в псевдоожиженном слое на установках периодического и непре­рывного действия. При смешивании адсорбента с водой использу­ют активный уголь в виде частиц 0,1 мм и меньше.

Процесс прово­дят в одну или несколько ступеней (рис. 5.2).

Статическая одноступенчатая адсорбция нашла применение в тех случаях, когда адсорбент очень дешев или является отходом производства. Более эффективно (при меньшем расходе адсор­бента) процесс протекает при использовании многоступенчатой установки. При этом в первую ступень вводят столько адсорбента, сколько необходимо для снижения концентрации загрязнений от сн до сц затем адсорбент отделяют отстаиванием или фильтровани­ем, а сточную воду направляют во вторую ступень, куда вводят свежий адсорбент.

В динамических условиях процесс очистки проводят при фильтровании сточной воды через слой адсорбента. Скорость фильтрования зависит от концентрации растворенных веществ и колеблется от 2-4 до 5-6 м 3 /(м 2 -ч). Вода в колонне движется снизу вверх, заполняя все сечение. Адсорбент применяют в виде частиц размером в пределах 1,5-5 мм. При более мелких зернах возрас­тает сопротивление фильтрованию жидкости. Уголь укладывают на слой гравия, расположенного на решетке. Во избежание забив­ки адсорбента сточная вода не должна содержать твердых взве­шенных примесей.

В одной колонне при неподвижном слое угля процесс очист­ки ведут периодически до проскока, а затем адсорбент выгружают и регенерируют. При непрерывном процессе используют несколько колонн (рис. 5.2, в). По такой схеме две колонны работают после­довательно, а третья отключена на регенерацию. При проскоке в средней колонне на регенерацию отключают первую колонну.

Читайте также:  Установка люков в потолке расценка

В момент проскока в колонне появляется слой адсорбента высотой L, который не работает. Этот слой называют «мертвым» слоем. Если одновременно выводить из колонны «мертвый» слой и вводить в нее такой же слой свежего адсорбента, то колонна бу­дет работать непрерывно. Для подачи адсорбента имеются специ­альные дозаторы.

Для регенерации углей может быть использована и экстрак­ция (жидкофазная десорбция) органическими низкокипящими и легко перегоняющимися с водяным паром растворителями. При регенерации органическими растворителями (метанолом, бензо­лом, толуолом, дихлорэтаном и др.) процесс проводят при нагре­ вании или без нагревания. По окончании-десорбции остатки рас­творителей из угля удаляют острым паром или инертным газом. Для десорбции адсорбированных слабых органических электроли­тов их переводят в диссоциированную форму. При этом ионы пе­реходят в раствор, заключенный в порах утя, откуда их вымывают горячей водой, раствором кислот (для удаления органических ос­нований) или раствором щелочей (для удаления кислот).

рисунок 5.2 схема адсорбционных установок:

а – с последовательным введением адсорбента. 2 – отстойники. б с противоточном введением адсорбента. 1- сместители. 2отстойники. 3- приемнике адсорбента. 4- насосы. в – непрерывного действия. 1 – усреднитель. 2- насос. 2- фильтр. 4- S- колонны 7 – емкость.

источник

Очистка сточных вод адсорбцией

Адсорбционные методы широко применяют для глубокой очистки сточных вод от растворенных органических веществ после биохимической очистки, а также в локальных установках, если концентрация этих веществ в воде невелика и они биологически не разлагаются или являются сильнотоксичными.

Адсорбцию используют для обезвреживания сточных вод от фенолов, гербицидов, пестицидов, ароматических нитросоединений, ПАВ, красителей. Достоинством метода является высокая эффективность, возможность очистки сточных вод, содержащих несколько веществ, а также рекуперации этих веществ.

Адсорбционная очистка вод может быть регенеративной, т. е. с извлечением вещества из адсорбента и его утилизацией, и деструктивной, при которой извлеченные из сточных вод вещества уничтожаются вместе с адсорбентом. Эффективность адсорбционной очистки достигает 80. 95% и зависит от химической природы адсорбента, площади адсорбционной поверхности, от химического строения извлекаемого вещества и его состояния в растворе.

Адсорбенты. В качестве сорбентов используют активные (активированные) угли, синтетические сорбенты и некоторые отходы производства (золу, шлаки, опилки). Наиболее универсальными из адсорбентов являются активные угли, но они должны обладать определенными свойствами. Активные угли должны слабо взаимодействовать с молекулами воды и хорошо — с органическими веществами, быть относительно крупнопористыми, чтобы их поверхность была доступна для органических молекул. При малом времени контакта с водой они должны иметь высокую адсорбционную емкость и селективность, малую удерживающую способность при регенерации. Угли должны быть прочными, быстро смачиваться водой, иметь определенный гранулометрический состав. В процессе очистки используют мелкозернистые адсорбенты с частицами размером 0,25. 0,50 мм и высокодисперсные угли с размером частиц менее 40 мкм.

Основы процесса адсорбции. Вещества, хорошо адсорбируемые из водных растворов активными углями, имеют выпуклую изотерму адсорбции, а плохо адсорбирующиеся — вогнутую. Изотерму адсорбции вещества, находящегося в сточной воде, определяют опытным путем. Ее можно приближенно вычислить по соотношению

где а — удельная адсорбция, ммоль/г; а^ — максимальная удельная адсорбциявещества(адсорбционнаяемкость),ммоль/г; kw = к.л / 55,5 — ионное произведение воды; ка константа адсорбционного равновесия; )н2о и Ч — молярные объемы воды и адсорбируемого вещества; ср — равновесная концентрация, ммоль/л.

Если в сточной воде присутствует несколько извлекаемых компонентов, то для определения возможности их совместной адсорбции для каждого вещества находят значение стандартной дифференциальной свободной энергии AF 0 и определяют разность между максимальным и минимальным значениями.

При условии кДж/моль совместная адсорбция всех компонентов возможна. Если это условие не соблюдается, то очистку проводят последовательно в несколько ступеней.

Скорость процесса адсорбции зависит от концентрации, физикохимической природы и структуры растворенных веществ, температуры воды, вида и свойств адсорбента. В общем случае процесс адсорбции складывается из трех стадий: переноса вещества из сточной воды к поверхности зерен адсорбента (внешнедиффузионная область)’, собственно адсорбционного процесса; переноса вещества внутри зерен адсорбента (внутридиффузионная область). Лимитирующими стадиями процесса могут быть внешняя или внутренняя диффузия либо обе эти стадии.

Во внешнедиффузионной области скорость массопереноса определяет турбулентность потока жидкости, которая зависит от скорости жидкости. Во внутридиффузионной области интенсивность массопереноса зависит от вида и размеров пор адсорбента, от форм и размера его зерен, от размера молекул адсорбирующихся веществ, от коэффициента массопроводности.

Оптимальный процесс адсорбции целесообразно проводить при интенсивных гидродинамических режимах, чтобы он лимитировался во внутридиффузионной области, сопротивление которой можно снизить, изменяя структуру адсорбента, уменьшая размеры зерна.

Для ориентировочных расчетов рекомендуется принимать значения скорости жидкости wyK= 1,8 м/ч и диаметра зерна 2,5 мм. При значениях меньше указанных процесс лимитируется во внешнедиффузионной области, при больших значениях — во внутридиффузионной области.

Читайте также:  Установка платежных терминалов условиях

Адсорбционные установки. Процесс адсорбционной очистки сточной воды ведут при интенсивном перемешивании адсорбента с водой, при фильтровании воды через слой адсорбента или псевдоожиженном слое на установках периодического и непрерывного действия. При смешивании адсорбента с водой используют активный уголь в виде частиц 0,1 мм и менее. Процесс проводят в одну или несколько ступеней. Вследствие обратимости процессов сорбции их целесообразно использовать для очистки сточных вод от примесей, которые можно использовать повторно в технологическом процессе.

Статическая одноступенчатая адсорбция (рис. 5.21) находит применение в случаях, когда адсорбент очень дешев или является отходом производства.

Рис. 5.21. Схема одноступенчатой адсорбционной установки:

  • 7 — подача сточной воды; 2 — адсорбер: 3 — импеллер: 4 — подача адсорбента:
  • 5 — отстойник: 6 — вывод очищенной воды; 7 — удаление выделившегося адсорбента; 8 — вывод отработанного адсорбента

При использовании многоступенчатой установки процесс протекает при меньшем расходе адсорбента. При этом в первую ступень вводят столько адсорбента, сколько необходимо для снижения концентрации загрязнений от сн до концентрации первой ступени ср затем адсорбент отделяют отстаиванием или фильтрованием, а сточную воду направляют во вторую ступень, куда вводят свежий адсорбент (рис. 5.22).

Рис. 5.22. Схема трехступенчатой адсорбционной установки с последовательным введением адсорбента:

По окончании процесса адсорбции во второй ступени концентрация загрязнений в воде уменьшается от с< до концентрации после второй ступени с2, и т. д.

Расход адсорбента т, кг/ч, для одноступенчатого процесса определяют из уравнения материального баланса:

где Q — объемный расход сточных вод, м 3 /ч; сн и ск — начальная и конечная концентрации загрязненной сточной воды, кг/м 3 ; а — коэффициент адсорбции, кг/кг.

Конечная концентрация загрязнений в сточной воде после очистки в установке с п ступенями:

где — коэффициент распределения; ах

удельная адсорбция за время т; ср равновесная концентрация вещества.

Расход адсорбента на каждую ступень находят по формуле

а необходимое число ступеней равно

В динамических условиях процесс очистки проводят при фильтровании сточной воды через слой адсорбента. В качестве адсорберов применяют безнапорные открытые и напорные фильтры (рис. 5.23) с загрузкой в виде слоя гранулированного угля крупностью 0,8. 5,0 мм, через который фильтруется сточная вода со скоростью 1. 6 м/ч.

Рис. 5.23. Сорбционный вертикальный проточный фильтр:

  • 1 — корпус: 2— неподвижный слой активного угля; 3 — отбойник: 4 — подача сточной воды: 5 — труба сброса воздуха: 6 — люк; 7 — трубопровод для выгрузки угля;
  • 8 — отвод очищенной воды; 9 — подача воды для взрыхления угля;
  • 10— распределительная система труб

Вода в этом аппарате-фильтре движется сверху вниз, заполняя все сечение. В одном аппарате при неподвижном слое угля процесс очистки ведут периодически до проскока, а затем адсорбент выгружают и регенерируют. При непрерывном процессе используют несколько аппаратов. По такой схеме два аппарата работают последовательно, а третий отключен на регенерацию. При проскоке во втором (среднем) аппарате на регенерацию отключают первый аппарат.

В момент проскока в аппарате появляется слой адсорбента h, который не работает. Этот слой называют мертвым слоем. Если одновременно выводить из колонны мертвый слой и вводить в нее такой же слой свежего адсорбента, то колонна будет работать непрерывно. Скорость перемещения работающего слоя равна

где wcp — средняя скорость воды в колонне; ал — динамическая емкость адсорбента.

Длина (высота) работающего слоя

где М — количество поглощенного вещества; S — площадь поперечного сечения слоя; Р — коэффициент массопередачи; Дс — средняя движущая сила адсорбции.

При небольших концентрациях загрязнений в сточной воде средняя движущая сила процесса может быть вычислена как средняя логарифмическая из движущих сил на концах адсорбера.

Установки со взвешенным слоем сорбента (рис. 5.24) целесообразно применять при высоком содержании взвешенных веществ в сточной воде.

Схема адсорбера непрерывного действия с взвешенным слоем сорбента:

  • 1 — подвод воды на очистку;
  • 2— подвод сорбента;
  • 3 — вывод очищенной воды;
  • 4 — вывод угольной суспензии;
  • 5 — сборник отработанного сорбента;
  • 6 — решетка; 7 — корпус;
  • 8 — отстойная зона

Размер частиц адсорбента должен быть равным 0,5. 1,0 мм. Скорость потока при этом находится в пределах 8. 12 м/ч.

Регенерация адсорбента. Адсорбированные вещества из угля извлекают десорбцией насыщенным или перегретым водяным паром либо нагретым инертным газом. Температура перегретого пара при избыточном давлении 0,3. 0,6 МПа равна 200. 300°С, а температура инертных газов — 120. 140°С. Расход пара при отгонке легколетучих веществ равен 2,5. 3,0 кг на 1 кг отгоняемого вещества, для высоко- кипящих — в 5—10 раз больше. После десорбции пары конденсируют и вещество извлекают из конденсата.

источник