Раздел VI Методи, процеси и съоръжения за пречистване на производствени отпадъчни води

1. Раздел VIМетоди, процеси и съоръжения за пречистване на производствени отпадъчни води Тема 37 Сорбционни процеси за пречистване на производствени отпадъчни води • Физико-химични основи на процесите • Основни технологични схеми с адсорбционни филтри • Технологично оразмеряване на адсорбционни филтри

2. VI. 37. Сорбционни процеси за пречистване на производствени отпадъчни води 37. 1.Физико-химични основи на процесите • Сорбцията е процес на трансфер на разтворени вещества (сорбати) и фиксирането им в (на) потопена в разтвора твърда фаза (сорбент) • Видове сорбционни взаимодействия • Адсорбция – фиксиране на сорбата върху повърхността на сорбента чрез молекулярно и/или електростатично взаимодействие • Абсорбция – фиксиране на сорбата в обема на сорбента чрез молекулярно взаимодействие или механично задържане на сорбата в порите на сорбента • Хемосорбция – фиксиране на сорбата във веществото на сорбента чрез химично взаимодействие (сорбентът променя химичния си състав) • Видове сорбционни процеси • Сорбция в статични условия – сорбента и сорбата се преместват заедно в пространството на реактора (механично разбъркване) • Сорбция в динамични условия – разтворът на сорбата се филтрира в поровото пространство на насипния сорбент (филтрация в статичен, експандиран или псевдокипящ слой)

3. 37. 1.Физико-химични основи на процесите • Сорбцията е обратим процес - наред със сорбирането на веществото от разтвора се извършва и процес на неговото отделяне от сорбента – десорбция • Процесите на сорбция и десорбция протичат едновременно и при определени условия са в динамично равновесие • Скоростта на процесите на сорбция и десорбция зависят право пропорционално от концентрациите на сорбата съответно в разтвора и върху сорбента • В момента, когато скоростта на двата процеса се изравнят, настъпва динамично равновесие, при което масата на адсорбираните частици се изравнява с тази на десорбираните и концентрацията на сорбата в разтвора остава постоянна – Cs (наречена равновесна концентрация) • Сорбционните процеси зависят чувствително от температурата на средата • Процесите на адсорбция се описват с т. н. адсорбционни изотерми на Frоindlich или на Langmuir.

4. 37. 1.Физико-химични основи на процесите Адсорбционна изотерма на Langmuir аs = Kад.Cs аs – специфична сорбция, kg/kg Kад– коефициент на разпределение на сорбата мжду сорбента и разтвора Cs– равновесната концентрация На фигурата: аmax – максималнастойност на а а0 – стойност на а, съответстваща на концентрация C0 • В диапазона (0 – а0), респ. (0 – С0) зависимостта а = f(С) е линейна и с нарича област на Henry

5. 37. 1.Физико-химични основи на процесите • След достигане на равновесната концентрация - Сs , сорбентът продължава да адсорбира, но концентрацията на сорбата нараства непрекъснато до достигане на началната концентрация в разтвора – С0, при което адсорбцията се прекратява • Времето за което се достига определена (зададена) концентрация на сорбата в разтвора се нарича време на защитно действие на сорбента – tз.д. • При адсорбционни филтри времето на защитно действие се определя с формулата: tз.д. = k з.д..H – ε.Δτ k з.д. - коефициент на защитно действие (определя се експериментално) H – височина на флтърния слой, m Δτ – загуба на защитно време (т.е., времето от момента на достигане на зададената концентрация на сорбата в разтвора до момента на достигане на равновесната му концентрация - Сs ε – порьозност на насипния филтърн пълнеж

6. 37. 1.Физико-химични основи на процесите • Сорбционните процеси са подходящи за отстраняване на биорезистентни органични разтворени (в малки концентрации) вещества в някои производствени отпадъчни води – ароматни съединения, багрила, хидрофобни алифатични съединения • Сорбционите процеси на пречистване задължително се съчетават с процеси на регенериране на сорбента • Регенерирането на сорбента се свежда до неговата термична или реагентна обработка с цел възстановяване на сорбционните му свойства • В зависимост от това, дали при регенерирането на сорбента отстраняваният сорбат се разрушава или се възстановява за оползотворяване се различават т.н. детструктивни и ргенеративни методи • За извличане на сорбати при регенеративния подход се използва реагентна обработка чрез процеси на екстракция с органични разворители или евапорация • За отстраняване на сорбати при деструктивния подход се използва термична обработка на сорбента или обработка със силни окислители. При това се разрушава и се губи и известна част (около 10 %) от сорбента, който трябва да се възстанови

7. 37. 2.Основни технологични схеми с адсорбционни филтри Схема на сорбционна инсталация с последователно подаване на сорбента 1 – подаване на отпадъчната вода; 2 – подаване на сорбента; 3 –сорбционен резервоар (статична адсорбция) с механично разбъркване; 4 – утаители за отделяне на сорбента; 5 – отделяне на сорбента; 6 – оттичане на пречистената отпадъчна вода

8. 37. 2.Основни технологични схеми с адсорбционни филтри Схема на сорбционна инсталация с противопоточно подаване на сорбента 1 – подаване на отпадъчната вода; 2 –сорбционен резервоар (статична адсорбция) с механично разбъркване; 3 – утаители за отделяне на сорбента; 4 – подване на сорбента; 5 – оттичане на пречистената отпадъчна вода;6 – резервоар за събиране на сорбента; 7 – помпи за сорбент; 8 – отделне на отработения сорбент

9. 37. 2.Основни технологични схеми с адсорбционни филтри Схема на единична адсорбционна колона 1 – подаване на отп. вода 2 – подаване на сорбента 3 – част за декантиралата вода 4 – адсорбционна колона 5 – централна захранваща тръба 6 – разпределителна решетка 7 – оттичане на пречистената отп. вода 8 – сгъстител на сорбента 9 – отстраняване на отработения сорбент

10. 37. 2.Основни технологични схеми с адсорбционни филтри Схема на инсталация за термично регенериране на високо-дисперсен активен въглен 1 – резервоар за отработения активен въглен; 2 – дозатор; 3 – регенератор; 4 – горивна камера; 5 – сепаратор; 6 – шнек; 7 – филтър; 8 – пневматичен транспортьор; 9 – резервоар за регенериран въглен

11. 37.3. Технологично оразмеряване на адсорбционни филтри • При статична адсорбция баланс: m.a + Q.Cs =Q.C0, откъдето m = Q(C0 – Cs)/Kад.Cs ; C = Q.C0/(Q + Kад.m)= Cs m – маса на сорбента Q – количество на отпадъчните води C– концентрация на сорбата в пречистените отпадъчни води • При динамична адсорбция • При схема с последователно подаване на сорбента mn = [(C0/Cn – 1)1/n]Q/Kад ; Cn = [Q/(Q + Kад.mn)]n.C0; m = к. mn mn – маса на сорбента в n-тата степен на каскадата от реактори Cn - концентрация на сорбата в отпадъчните води след n-тата степен на каскадата от реактори к – общ брой на реакторите в каскадата

12. 37.3. Технологично оразмеряване на адсорбционни филтри • При динамична адсорбция (продължение) • При схема с противопоточно подаване на сорбента баланс: α.mn+1 – β.m – γ = 0, откъдето m = .......... , където α = (Kад/Q)n+1 ; β = Kад . C0/Q.Cn; γ = C0/Cn-1 Cn = C0 .[Kад . m/(Q -1)]/[(Kад . m/Q)n+1 – 1]