Nowoczesna, wysoka technologia. Metody czyszczenia sorpcyjnego Czyszczenie sorpcyjne
Opracowany przez naszą firmę sprzęt sorpcyjny dość mocno kontrastuje z urządzeniami oferowanymi przez wiele firm. Na pierwszym miejscu stawiamy wygodę użytkowania i długą żywotność. Filtry sorpcyjne naszej produkcji zawsze wyposażone są w szeroką szyjkę do napełniania sorbentu (ci, którzy napełniali i rozładowywali kolumny chińskiej produkcji zrozumieją...), o średnicy 300 mm. Wyposażone są także w właz umożliwiający rozładunek zużytego sorbentu, bez konieczności odłączania rurociągów. Jego średnica wynosi 450 mm. Urządzenie dystrybucyjne w kolumnie wykonane jest ze stali nierdzewnej, górne jest w formie szkła, dolne składa się z kołpaków z siatką zapobiegającą przedostawaniu się sorbentu. Opór hydrauliczny kolumny przy takim układzie jest optymalny.
Kolumna (filtr) może być wykonana ze stali pokrytej od wewnątrz kompozycją epoksydową, stali nierdzewnej lub wyłożonej gumą (gumowaniem). Te ostatnie służą do oczyszczania kwasów i zasad w temperaturach do 90°C.
Ceny kolumn sorpcyjnych (filtrów) możesz sprawdzić klikając w link
Cóż, skoro już się pochwaliliśmy, porozmawiajmy o samym procesie…
Sorpcja to proces wchłaniania jednej substancji ze środowiska przez inną substancję, stałą lub ciekłą. Ciało chłonne nazywa się sorbentem, a ciało wchłonięte nazywa się sorbatem. W zależności od mechanizmu sorpcji wyróżnia się adsorpcję, absorpcję, chemisorpcję i kondensację kapilarną.
Absorpcja substancji przez całą masę ciekłego sorbentu nazywa się absorpcją, a warstwę powierzchniową sorbentu stałego lub ciekłego nazywa się adsorpcją. Sorpcję, której towarzyszy chemiczne oddziaływanie sorbentu z wchłoniętą substancją, nazywamy chemisorpcją.
Sorpcja jest jedną z najskuteczniejszych metod głębokiego oczyszczania rozpuszczonych substancji organicznych ze ścieków z przemysłu celulozowo-papierniczego, chemicznego, petrochemicznego, tekstylnego i innych. Oczyszczanie sorpcyjne można stosować samodzielnie lub w połączeniu z oczyszczaniem biologicznym, jako metodę oczyszczania wstępnego i głębokiego. Zaletami tej metody jest możliwość absorpcji substancji z mieszanin wieloskładnikowych oraz wysoki stopień oczyszczenia, zwłaszcza ścieków słabo stężonych. 
Metody sorpcyjne są bardzo skuteczne w ekstrakcji cennych substancji rozpuszczonych ze ścieków, a następnie ich usuwaniu i wykorzystaniu oczyszczonych ścieków w systemie recyklingu wody w przedsiębiorstwach przemysłowych. Adsorpcja substancji rozpuszczonych jest wynikiem przeniesienia cząsteczki substancji rozpuszczonej z roztworu na powierzchnię stałego sorbentu pod wpływem pola sił powierzchniowych. W tym przypadku obserwuje się dwa rodzaje sił oddziaływania międzycząsteczkowego
- cząsteczki substancji rozpuszczonej z cząsteczkami powierzchniowymi (lub atomami)
- sorbent;
- cząsteczki substancji rozpuszczonej z cząsteczkami wody w roztworze (hydratacja).
Różnica pomiędzy tymi dwiema siłami oddziaływania międzycząsteczkowego stanowi siłę, z jaką substancja wyekstrahowana z roztworu utrzymuje się na powierzchni sorbentu.
Im większa jest energia hydratacji cząsteczek substancji rozpuszczonej, tym większy opór stawiają te cząsteczki podczas przemieszczania się na powierzchnię sorbentu i tym słabiej substancja jest adsorbowana z roztworu.
Sorpcyjne oczyszczanie ścieków jest najbardziej racjonalne, jeśli je zawieraSprężane są głównie związki aromatyczne, nieelektrolity lub słabeelektrolity, barwniki, związki nienasycone lub hydrofobowe (na przykładzawierające grupy chlorowe lub nitrowe) związki alifatyczne. Podczas trzymaniaw ściekach tylko związki nieorganiczne, a także niskoatomoweMetoda ta nie ma zastosowania do alkoholi.
Jako sorbenty stosuje się różne sztuczne i porowate materiały naturalne: popiół, koksik, torf, żele krzemionkowe, żele aluminiowe, żele aktywne itp. Najbardziej skutecznymi i najbardziej uniwersalnymi sorbentami są węgle aktywne różnych marek.
Sorbenty mineralne są stosowane rzadko, ponieważ energia ich oddziaływania z cząsteczkami wody jest wysoka - czasami przekracza energię adsorpcji. Porowatość tych węgli wynosi 60–75%, a powierzchnia właściwa 400–900 m2 na jednostkę masy sorbentu. Właściwości adsorpcyjne węgli aktywnych w dużej mierze zależą od struktury porów, ich wielkości i rozkładu wielkości. W zależności od dominującej wielkości porów węgle aktywne dzielą się na wielkoporowate i drobnoporowate oraz mieszane. Pory dzielimy na trzy typy w zależności od ich wielkości:
- makropory - 0,1 – 2 µm;
- przejściowa – 0,004 – 0,1 µm;
- mikropory -< 0,004 мкм.
Węgle aktywne muszą słabo oddziaływać z cząsteczkami wody i dobrze z substancjami organicznymi, być stosunkowo wielkoporowate (o efektywnym promieniu porów adsorpcyjnych w zakresie 0,8 - 5,0 nm), aby ich powierzchnia była dostępna dla dużych i złożonych cząsteczek organicznych. Przy krótkim czasie kontaktu z wodą muszą charakteryzować się dużą zdolnością adsorpcji, dużą selektywnością oraz niską zdolnością retencji podczas regeneracji. Jeśli spełniony zostanie ten ostatni warunek, koszt odczynników do regeneracji węgla będzie niewielki. Węgle muszą być trwałe, szybko zwilżane wodą i mieć określony skład granulometryczny. W procesie czyszczenia wykorzystuje się adsorbenty drobnoziarniste o wielkości cząstek 0,25 – 0,5 mm oraz węgle wysokodyspersyjne o wielkości cząstek poniżej 40 mikronów.
Ważne jest, aby węgle miały niską aktywność katalityczną w odniesieniu do reakcji utleniania, kondensacji itp., ponieważ niektóre substancje organiczne znajdujące się w ściekach mogą ulegać utlenieniu i smołowaniu. Procesy te przyspieszają katalizatory. Substancje żywiczne zatykają pory adsorbentu, co komplikuje jego regenerację w niskiej temperaturze. Wreszcie muszą charakteryzować się niskim kosztem, nie zmniejszać zdolności adsorpcyjnej po regeneracji i zapewniać dużą liczbę cykli pracy.
Surowcem do węgli aktywnych może być prawie każdy materiał zawierający węgiel: węgiel, drewno, polimery, odpady spożywcze, celuloza i papier oraz inne gałęzie przemysłu.
Makropory i pory przejściowe pełnią z reguły rolę kanałów transportowych, a zdolność sorpcyjną węgli aktywnych determinuje struktura mikroporowata. Rozpuszczone substancje organiczne o wielkości cząstek mniejszej niż 0,001 mikrona wypełniają objętość mikroporów sorbentu, których pełna pojemność odpowiada zdolności absorpcyjnej sorbentu.
Aktywność sorbentu charakteryzuje się ilością zaabsorbowanej substancji na jednostkę objętości lub masy sorbentu.
Proces sorpcji można prowadzić w warunkach statycznych, w których cząsteczka cieczy nie porusza się względem cząstki sorbentu, czyli porusza się wraz z nią, jak również w warunkach dynamicznych, gdy cząstka cieczy porusza się względem sorbentu.
Zatem sorpcję nazywamy statyczną, gdy zaabsorbowana substancja znajduje się w fazie gazowej lub ciekłej, styka się ze stacjonarnym sorbentem lub zostaje z nim zmieszana. Dzieje się tak w urządzeniach z urządzeniami miksującymi. Sorpcję dynamiczną nazywa się w przypadkach, gdy zaabsorbowana substancja znajduje się w ruchomej fazie ciekłej lub gazowej, która jest filtrowana przez warstwę sorbentu. Dzieje się tak w urządzeniach i filtrach ze złożem fluidalnym.
Zgodnie z tym rozróżnia się aktywność statyczną i dynamiczną sorbentu. Aktywność statyczna charakteryzuje się ilością zaabsorbowanej substancji na jednostkę masy sorbentu do czasu osiągnięcia równowagi w określonych warunkach (stała temperatura cieczy i początkowe stężenie substancji). Aktywność dynamiczną sorbentu charakteryzuje czas od początku przejścia sorbatu do jego przebicia, tj. do momentu pojawienia się sorbentu za warstwą sorbentu lub maksymalną ilość substancji wchłoniętej na jednostkę objętości lub masy sorbentu do momentu pojawienia się sorbentu przez warstwę sorbentu. Aktywność dynamiczna w adsorberach przemysłowych wynosi 45 - 90%. W praktyce procesy sorpcji prowadzone są z reguły w warunkach dynamicznych, gdyż zapewnia to ciągłość procesu technologicznego i możliwość jego automatyzacji. W roztworach rozcieńczonych zachodzi równowaga pomiędzy ilością substancji zaadsorbowanej przez sorbent i pozostającą w roztworze, zgodnie z prawem rozkładu.
Sorpcja jest procesem odwracalnym, co oznacza, że zaadsorbowana substancja (sorbat) może przejść z sorbentu z powrotem do roztworu. Przy wszystkich pozostałych czynnikach szybkość procesów bezpośrednich (sorpcja) i odwrotnych (desorpcja) jest proporcjonalna do stężenia substancji w roztworze i powierzchni sorbentu. Dlatego w początkowym okresie procesu sorpcji, czyli przy maksymalnym stężeniu substancji w roztworze, szybkość sorpcji jest również maksymalna. Wraz ze wzrostem stężenia rozpuszczonej substancji na powierzchni sorbentu wzrasta liczba zaabsorbowanych cząsteczek, które przedostają się z powrotem do roztworu. Od chwili, gdy liczba cząsteczek zaadsorbowanych z roztworu (w jednostce czasu) zrówna się z liczbą cząsteczek przechodzących z powierzchni sorbentu do roztworu, stężenie roztworu staje się stałe. Stężenie to nazywa się równowagą.
Jeżeli po osiągnięciu równowagi adsorpcji stężenie oczyszczonego roztworu nieznacznie wzrośnie, sorbent będzie w stanie wydobyć z niego trochę więcej substancji rozpuszczonej. Jednak naruszona w ten sposób równowaga zostanie przywrócona dopiero do momentu całkowitego wykorzystania pojemności (pojemności) sorpcyjnej sorbentu, po czym wzrost stężenia substancji w roztworze nie powoduje zmiany ilości zasorbowanej substancji.
Szybkość procesu adsorpcji zależy od stężenia, charakteru i struktury rozpuszczonych substancji, temperatury wody, rodzaju i właściwości adsorbentu. Generalnie proces adsorpcji składa się z trzech etapów: przeniesienia substancji ze ścieków na powierzchnię ziaren adsorbentu (obszar dyfuzji zewnętrznej), samego procesu adsorpcji, przeniesienia substancji do wnętrza ziaren adsorbentu (obszar wewnątrzdyfuzji). Powszechnie przyjmuje się, że sama szybkość adsorpcji jest wysoka i nie ogranicza ogólnej szybkości procesu. W związku z tym etapem ograniczającym może być dyfuzja zewnętrzna lub wewnętrzna. W niektórych przypadkach proces ogranicza się do obu tych etapów.
W obszarze dyfuzji zewnętrznej o szybkości przenoszenia masy decyduje głównie intensywność turbulencji przepływu, która zależy przede wszystkim od prędkości płynu. W obszarze intradyfuzji intensywność przenoszenia masy zależy od rodzaju i wielkości porów adsorbentu, kształtu i wielkości jego ziaren, wielkości cząsteczek zaadsorbowanych substancji oraz współczynnika przewodnictwa masowego.
Biorąc pod uwagę wszystkie te okoliczności, określa się warunki, w których adsorpcyjne oczyszczanie ścieków przebiega z optymalną szybkością. Wskazane jest prowadzenie procesu w warunkach hydrodynamicznych tak, aby był on ograniczony w obszarze intradyfuzji, którego opór można zmniejszyć zmieniając strukturę adsorbentu, zmniejszając wielkość ziaren.
W zależności od obszaru zastosowania metody oczyszczania sorpcyjnego, lokalizacji adsorberów w ogólnym kompleksie oczyszczalni, składu ścieków i wielkości sorbentu itp., schematu oczyszczania sorpcyjnego i rodzaju adsorbera przydzielony.
Przykładowo przed oczyszczalniami biologicznymi stosuje się filtry masowe o średnicy ziaren sorbentu 3–5 mm lub adsorbery ze złożem fluidalnym sorbentu o średnicy ziaren 0,5–1 mm. Do głębokiego oczyszczania ścieków przemysłowych i ich powrotu do sieci wodociągowej obiegowej stosuje się aparaturę z mieszadłem i filtrami z powłoką wstępną o uziarnieniu do 0,1 mm.
Najprostszym jest filtr masowy, czyli kolumna z warstwą objętościową sorbentu, przez którą filtrowane są ścieki. Szybkość filtracji zależy od stężenia substancji rozpuszczonych w ściekach i wynosi 1–6 m/h, wielkość ziaren sorbentu wynosi 1,5–5 mm. Najbardziej racjonalnym kierunkiem filtrowania cieczy jest kierunek od dołu do góry, gdyż w tym przypadku cała sekcja kolumny jest równomiernie wypełniona, a pęcherzyki powietrza i gazów dostające się wraz ze ściekami do warstwy sorbentu są stosunkowo łatwo przemieszczane.
W kolumnie na bezzapadliskowej siatce z otworami o średnicy 5 – 10 mm i podziałce 10 – 20 mm umieszcza się warstwę ziaren sorbentu, na którą nakłada się warstwę nośną z drobnego tłucznia i gruboziarnistego żwiru o umieszczona jest wysokość 400 - 500 mm, co zabezpiecza ziarna sorbentu przed wpadaniem do przestrzeni pod siatką i zapewnia równomierny rozkład przepływu cieczy na całej sekcji. Aby zapobiec przenoszeniu, wierzchnią warstwę sorbentu przykrywa się najpierw warstwą żwiru, następnie warstwą kruszonego kamienia i przykrywa siatką (tzn. układanie powtarza się w odwrotnym kierunku).
Filtry ze stałą warstwą sorbentu stosowane są w regeneracyjnym oczyszczaniu ścieków w celu recyklingu izolowanych, względnie czystych produktów. Proces desorpcji przeprowadza się przy użyciu rozpuszczalników chemicznych lub pary.
Proces adsorpcyjnego oczyszczania ścieków realizowany jest przy intensywnym mieszaniu adsorbentu z wodą, poprzez filtrację wody przez warstwę adsorbentu lub w złożu fluidalnym w instalacjach okresowych i ciągłych. Podczas mieszania adsorbentu z wodą stosuje się węgiel aktywny w postaci cząstek o wielkości 0,1 mm lub mniejszej. Proces przebiega w jednym lub kilku etapach.
Zazwyczaj instalacja sorpcyjna składa się z kilku równoległych sekcji roboczych, składających się z 3 - 5 filtrów ustawionych szeregowo.
Po osiągnięciu maksymalnego nasycenia filtr głowicowy zostaje wyłączony w celu regeneracji, a uzdatniona woda kierowana jest do następnego filtra. Po regeneracji filtr głowicowy zostaje w ostatnim etapie włączony do obwodu czyszczenia.
Statyczna adsorpcja jednostopniowa znalazła zastosowanie w przypadkach, gdy adsorbent jest bardzo tani lub stanowi produkt odpadowy. Proces przebiega efektywniej (przy mniejszym zużyciu adsorbentu) przy zastosowaniu instalacji wielostopniowej. W tym przypadku do pierwszego etapu wprowadza się tyle adsorbentu, ile jest konieczne do zmniejszenia stężenia zanieczyszczeń z Cn do Sk, następnie adsorbent oddziela się poprzez osadzanie lub filtrację, a ścieki kierowane są do drugiego etapu, gdzie świeży adsorbent zostaje wprowadzony.
W warunkach dynamicznych proces oczyszczania odbywa się poprzez filtrację ścieków przez warstwę adsorbentu. Szybkość filtracji zależy od stężenia rozpuszczonych substancji i waha się od 2 - 4 do 5 - 6 m3/h przez 1 m2 przekroju kolumny. Woda w kolumnie przemieszcza się od dołu do góry, wypełniając cały jej przekrój. Adsorbent stosuje się w postaci cząstek o wielkości 1,5 – 5 mm. Przy mniejszych ziarnach wzrasta odporność na filtrację cieczy. Węgiel układany jest na warstwie żwiru ułożonego na ruszcie. Aby uniknąć zatykania adsorbentu, ścieki nie powinny zawierać zawieszonych zanieczyszczeń stałych.
W jednej kolumnie ze stałym złożem sorbentu odbywa się okresowo proces oczyszczania aż do przebicia, po czym następuje rozładunek i regeneracja adsorbentu. W procesie ciągłym wykorzystuje się wiele kolumn. Według tego schematu dwie kolumny pracują szeregowo, a trzecia jest wyłączona w celu regeneracji. Jeśli w środkowej kolumnie nastąpi przełom, pierwsza zostaje wyłączona w celu regeneracji.
W momencie przebicia w kolumnie pojawia się warstwa adsorbentu o wysokości Lc, która nie działa. Warstwa ta nazywana jest „martwą”. Jeżeli jednocześnie usunie się z kolumny warstwę „martwą” i wprowadzi się do niej tę samą warstwę świeżego adsorbentu, kolumna będzie pracować w sposób ciągły. Istnieją specjalne dozowniki do podawania adsorbentu.
Przy stosunkowo dużej zawartości drobnych cząstek zawieszonych w ściekach zamulających sorbenty, a także powolnym ustalaniu się równowagi, racjonalne jest stosowanie procesu ze złożem fluidalnym sorbentu. Fluidyzacja warstwy następuje wtedy, gdy natężenie przepływu ścieków przechodzących z dołu do góry wzrasta do takiej wartości, przy której ziarna warstwy o zwiększonej objętości zaczynają intensywnie i losowo przemieszczać się w objętości warstwy, zachowując stałą wysokość dla danej prędkości.
Obecnie stosuje się adsorbery cylindryczne jednopoziomowe. Takim aparatem jest kolumna o wysokości około 4 m. Jej górna część połączona jest z szufladą o średnicy 2–2,5 razy większej niż średnica kolumny głównej. W zależności od średnicy kolumny, stożkowe dno posiada kąt środkowy wynoszący 30° - 60°. Bezpośrednio pod stożkowym dnem instalowana jest kratka dystrybucyjna z otworami o średnicy 5–10 mm i rozstawie otworów około 10 mm, na którą nasypywany jest węgiel aktywny o wielkości cząstek 0,25–1 mm i zawartości frakcji przeważającej 0,5–0,75 mm. załadowany. Wysokość warstwy stałej wynosi 2,5 – 2,7 m.
Ścieki do dolnej części aparatu dopływają rurą środkową zakończoną dyfuzorem pod kratką lub boczną rurą trójnika połączoną ze stożkowym dnem, z prędkością zapewniającą względne wydłużenie warstwy 1,5 - 1,6 .
Węgiel do aparatu podawany jest równomiernie z zasobnika wyposażonego w automatyczny dozownik. Sorbent w postaci (5 - 20) procentowej zawiesiny wchodzi do górnej rozprężonej części tej samej centralnej rury, przez którą ścieki dostarczane są do kolumny adsorbera. W rurze woda ta miesza się z węglem. Powstała zawiesina przedostaje się przez dyfuzor pod rusztem, przeciska się przez jego otwory i zatrzymuje część upłynnionej warstwy węgla znajdującej się w kolumnie.
Oczyszczone ścieki odprowadzane są do rynny pierścieniowej znajdującej się w górnej części szuflady. W przypadku dużej zawartości zawiesin w ściekach zaleca się stosowanie agregatów ze złożem fluidalnym (wsadowym lub ciągłym). Wielkość cząstek adsorbentu powinna wynosić 0,5 - 1 mm.
Prędkość przepływu cząstek o określonych rozmiarach mieści się w przedziale 8 – 12 m/s.
Najważniejszym etapem procesu oczyszczania adsorpcyjnego jest regeneracja węgla aktywnego. Zaadsorbowane substancje są usuwane z węgla poprzez desorpcję za pomocą nasyconej lub przegrzanej pary wodnej lub ogrzanego gazu obojętnego. Temperatura pary przegrzanej (przy nadciśnieniu 0,3 - 0,6 MPa) wynosi 200 - 300°C, a gazów obojętnych 120 - 140°C. Zużycie pary przy destylacji substancji wysoce lotnych wynosi 2,5 - 3 kg na 1 kg destylowanej substancji, w przypadku substancji wysokowrzących jest 5 - 10 razy większe. Po desorpcji pary ulegają kondensacji, a substancję usuwa się z kondensatu. Do regeneracji węgli można również zastosować ekstrakcję (desorpcję w fazie ciekłej) organicznymi, niskowrzącymi rozpuszczalnikami, które łatwo destylują z parą wodną. W przypadku regeneracji rozpuszczalnikami organicznymi (metanol, benzen, toluen, dichloroetan itp.) proces prowadzi się z ogrzewaniem lub bez. Po zakończeniu desorpcji pozostałe rozpuszczalniki z węgla usuwa się za pomocą pary świeżej lub gazu obojętnego. Aby zdesorbować zaadsorbowane słabe elektrolity organiczne, są one przenoszone do postaci zdysocjowanej. W tym przypadku jony przedostają się do roztworu zawartego w porach węgla, skąd są wymywane gorącą wodą, roztworem kwasu (w celu usunięcia zasad organicznych) lub roztworem alkalicznym (w celu usunięcia kwasów).
W niektórych przypadkach przed regeneracją zaadsorbowana substancja ulega przemianie chemicznej w inną substancję, którą łatwiej można usunąć z adsorbentu. W przypadku, gdy zaadsorbowane substancje nie mają wartości, przeprowadza się regenerację niszczącą przy użyciu odczynników chemicznych (utlenianie chlorem, ozonem lub środkami termicznymi). Regeneracja termiczna prowadzona jest w piecach różnej konstrukcji w temperaturze 700 – 800°C w środowisku beztlenowym. Regeneracja odbywa się za pomocą mieszaniny produktów spalania paliwa gazowego lub ciekłego i pary wodnej. Wiąże się to z utratą części adsorbentu (15 - 20%). Rozwijane są biologiczne metody regeneracji węgla, w których zaadsorbowane substancje ulegają biochemicznemu utlenianiu.
Ta metoda regeneracji znacznie wydłuża żywotność sorbentu. Oczyszczanie sorpcyjne może mieć charakter regeneracyjny, gdy wyekstrahowane substancje zostaną wykorzystane, lub destrukcyjny, gdy wyekstrahowane substancje zostaną zniszczone. W zależności od rodzaju oczyszczania sorpcyjnego stosuje się różne metody regeneracji sorbentu lub jego zniszczenia.
Do ekstrakcji zasorbowanych substancji można zastosować:
— ekstrakcja rozpuszczalnikiem organicznym;
— zmiana stopnia dysocjacji słabego elektrolitu w roztworze równowagowym;
— destylacja zaadsorbowanej substancji za pomocą pary wodnej;
— odparowanie zaadsorbowanej substancji przez strumień obojętnego gazowego chłodziwa.
W niektórych przypadkach przeprowadza się przemianę chemiczną zasorbowanych substancji, a następnie desorpcję. Wysoce lotne substancje organiczne (benzen, nitrobenzen, toluen, alkohol etylowy) są desorbowane za pomocą powietrza, gazów obojętnych i przegrzanej pary. W tym przypadku temperatura powietrza powinna wynosić 120 - 140°C, pary przegrzanej - 200 - 300°C, a spalin lub gazów obojętnych 300 - 500°C. Zużycie pary do destylacji substancji wysoce lotnych z węgla aktywnego wynosi 3 - 12 kg na 1 kg zasorbowanej substancji. Jako desorbenty można stosować niskowrzące rozpuszczalniki organiczne, które łatwo destylują z parą wodną: benzen, octan butylu, dichloroetan, toluen i inne. Proces desorpcji przeprowadza się poprzez ogrzewanie lub zimno, następnie rozpuszczalnik jest usuwany z sorbentu za pomocą gorącej pary wodnej lub chłodziw.
W czyszczeniu destrukcyjnym stosuje się zwykle metody termiczne lub utleniające. Stosując metodę termiczną należy uwzględnić straty sorbentu (straty węgla aktywnego wynoszą 5–10%).
Z kosztów oczyszczania sorpcyjnego 30–35% stanowią koszty węgla aktywnego.
Dobór sorbentów. Asortyment sorbentów do wstępnego oczyszczania wody produkowanych przez przemysł jest bardzo zróżnicowany. Do oczyszczania wody z substancji organicznych stosuje się węgle aktywne, żelowe, makroporowate anionity itp. Węgle aktywne mają powolną kinetykę sorpcji z roztworów, co wymaga dużych powierzchni filtracyjnych, słabej regenerowalności przy użyciu odczynników (pojemność resztkowa po pierwszej regeneracji jest znacznie mniej niż połowa oryginału), kruchość mechaniczna, wysoka zawartość popiołu.
Wymieniacze anionowe, zwłaszcza makroporowate, są wolne od wielu wymienionych wad. Wstępna selekcja najlepszych z nich odbywa się w warunkach statycznych, gdy sorbenty mają kontakt z roztworami modelowymi lub z zadaną wodą przez godzinę.
Po wybraniu najlepszych próbek (w tym przypadku okazały się to sorbenty krajowe typu polimeryzacyjnego AB-171 i typu kondensacyjnego IA-1) przeprowadza się badania kinetyczne. Ich celem jest określenie charakteru etapu ograniczającego proces, znalezienie współczynników dyfuzji oraz czasu do osiągnięcia równowagi. Etap ograniczający proces określa się na podstawie następującego kryterium: jeżeli mieszanie roztworu przyspiesza sorpcję, oznacza to dominujący wpływ dyfuzji zewnętrznej; Bezpośredniego dowodu na mechanizm intradyfuzji dostarcza eksperyment z „przerwaniem”. Jeżeli po przerwie proces sorpcji zostanie wznowiony i aktywność sorpcyjna fazy stałej wzrośnie, to śmiało możemy mówić o intradyfuzyjnym charakterze procesu.
Sorpcja substancji humusowych. Według danych kinetyka wewnątrzdyfuzji ogranicza sorpcję substancji humusowych, czyli sorpcyjne wstępne oczyszczanie wody.
Z analizy tego równania wynika, że utrata efektu ochronnego, wyrażona w jednostkach liniowych lub objętościowych sorbentu, jest im większa (a czas pracy kolumny tym krótszy) im większe jest natężenie przepływu, promień ziaren sorbentu i zadany głębokość oczyszczania.
Na podstawie eksperymentów kinetycznych określa się współczynniki dyfuzji i czas ustalenia równowagi w układach wymieniacz jonowy-roztwór oraz konstruuje się izotermy sorpcji. Izotermy sorpcji kwasów huminowych i fulwowych przez anionity IA-1 i AB-171 opisuje równanie Langmuira.
W pracach porównano wyniki doświadczalnego wyznaczania pojemności sorpcyjnej przed przebiciem substancji humusowych z pojemnością sorpcyjną obliczoną za pomocą równań; rozbieżności nie przekraczają 10-15%. Zmieniając natężenie przepływu, głębokość oczyszczania, promień ziarna sorbentu i samego sorbentu, można określić stratę czasu działania ochronnego kolumny dla każdej opcji. Jednocześnie należy pamiętać, że nakłada to bardzo dużą odpowiedzialność na dokładność wyznaczania współczynników dyfuzji i równowagi w układach sorbent-roztwór, które dostarczają danych wyjściowych do obliczenia dynamiki sorpcji.
Zatem najlepszym sorbentem do wstępnego oczyszczania wody okazał się makroporowaty wymieniacz anionowy IA-1, pracujący w postaci chloru, przy pH oczyszczonego roztworu równym 3,0-3,5. Jeśli chodzi o wielkość ziarna, jego wybór jest ograniczony charakterem systemu drenażowego i pożądanym natężeniem przepływu wody.
Wody naturalne zawierają kwasy humusowe i fulwowe. Te pierwsze są gorzej sorbowane, a ich „przebicie” praktycznie ogranicza proces oczyszczania. Dlatego wartość należy obliczyć na podstawie zawartości kwasów huminowych w oczyszczonej wodzie. W przypadku ich braku po oczyszczeniu koagulacyjnym, czas pracy kolumny sorpcyjnej oblicza się na podstawie zawartości kwasów fulwowych w wodzie.
Fakt, że sorpcja słabo dysocjujących kwasów huminowych i fulwowych jest lepsza w środowisku kwaśnym i na wymieniaczu anionowym w postaci soli, wskazuje na niejonowymienne mechanizmy absorpcji tych substancji i sugeruje korzystny ekonomicznie i technologicznie schemat wstępnego przygotowania wody oczyszczenie. Za kationitem typu H i za nim dekarbonizatorem należy zamontować kolumnę sorpcyjną z wymiennikiem jonowym IA-1. Eliminuje to potrzebę zakwaszania wody, gdyż zakwasza się ona samoistnie podczas kationizacji. Tym samym kolumna sorpcyjna staje się integralną częścią instalacji odsalania. Łącząc oczyszczanie koagulacyjne z sorpcją, woda jest w 80-85% wolna od zanieczyszczeń organicznych. Ponadto głębsze oczyszczanie wody z zanieczyszczeń organicznych odbywa się na wymiennikach jonowych w części odsalania instalacji.
Ekstrakcja innych substancji organicznych. Wody powierzchniowe i artezyjskie zawierają substancje organiczne należące do różnych klas związków. Ustalono, że substancje takie jak cukry, substancje białkowe, aminokwasy przechodzą przez system kolumn jonowymiennych i dostają się do głęboko zdemineralizowanej wody. Ponadto ich ilość zależy od składu wody źródłowej i znacznie przewyższa zawartość zanieczyszczeń mineralnych. Konieczna jest maksymalna ekstrakcja tych substancji z wody podczas jej wstępnego oczyszczania metodą sorpcyjną.
W pracy porównano zdolność niektórych węgli aktywnych i makroporowatych anionitów do sorpcji różnych, oznaczanych analitycznie związków organicznych rozpuszczonych w wodach naturalnych. W tym celu 100 objętości wody rzecznej przepuszczono przez warstwę sorbentu o wysokości 60 cm z prędkością 7 m/h po ich kationizacji H, co stworzyło najkorzystniejsze warunki do sorpcji.
Kwasy fulwowe są lepiej ekstrahowane żywicami niż węglem, a wydajności wymienników jonowych dla kwasów fulwowych są prawie takie same. Ale nawet w tym przypadku zastosowanie wymieniacza jonowego IA-1 jest bardziej celowe, ponieważ regeneruje się go łatwiej i przy mniejszym zużyciu odczynnika.
Drugą bardzo istotną grupą związków, które wchodząc do głęboko odsolonej wody mogą wpływać na jej oporność elektryczną, są kwasy karboksylowe. Do ich sorpcji najlepiej nadają się węgiel SKT-VTU-2 i anionit AV-171. Spośród tych dwóch sorbentów należy oczywiście preferować wymieniacz jonowy, ponieważ jego pojemność można przywrócić za pomocą odczynników chemicznych. Do usunięcia aminokwasów prostych i złożonych należy zastosować również wymieniacz anionowy AB-171.
Cukry proste i złożone, które nie wpływają na oporność elektryczną wody demineralizowanej, są w dużej mierze sorbowane wyłącznie przez węgiel BAU. Dlatego przy wyborze sorbentów do oczyszczania wody należy kierować się nie tylko wielkością ich pojemności i możliwością jego odzysku, ale także koniecznością usunięcia z wody konkretnego związku.
W celu przybliżonej oceny rozkładu substancji organicznych w warstwach tych sorbentów zarejestrowano odpowiednie krzywe uzysku. Obciążenie wymieniaczy jonowych w postaci chloru wynosiło 1 litr przy wysokości warstwy 60 cm; szybkość przepływu roztworu wynosi 10 m/h.
Przesącz do analizy zbierano w sposób ciągły we frakcjach po 10 l każda. Czas trwania okresu pracy kolumny jest równy 200 zmniejszonym objętościom; Wartość pH przepływającej wody ustalano poprzez wstępną kationizację wody źródłowej. Stosując różne sorbenty i ich kombinacje, można usunąć znaczną część substancji organicznych rozpuszczonych w wodzie. Jednak przy użyciu wymienionego zestawu środków prawie nie jest możliwe uzyskanie wody całkowicie wolnej od substancji organicznych.
Zawartość i stosunek nieelektrolitów organicznych, takich jak cukry, białka, estry itp., różnią się nie tylko w zależności od strefy geograficznej, ale także w obrębie jednego regionu. Nie można zatem oczekiwać, że przy tych samych schematach technologicznych i sposobach demineralizacji wody zdemineralizowane będą takie same pod względem ilościowym i jakościowym zawartości substancji organicznych. W związku z tym należy zachować ostrożność w przypadku prób standaryzacji suchej pozostałości wody o wysokiej oporności bez uwzględnienia składu źródła.
Usuwanie żelaza (odmrażanie). Wody żelazne to wody zawierające więcej niż 1 mg/l żelaza. Wymieniacz kationowy absorbuje jony żelaza dwuwartościowego mniej więcej w taki sam sposób jak jony wapnia, a jony żelaza jeszcze skuteczniej. Można by się spodziewać, że podczas odsalania jonowymiennego woda będzie jednocześnie „odżelaziana”. Proces ten utrudniają jednak pewne właściwości fizykochemiczne związków żelaza występujących w wodach naturalnych.
W zbiornikach otwartych, dobrze napowietrzonych, znaczna część żelaza występuje w postaci związków Fe o różnym stopniu hydrolizy.
Podczas koagulacji i późniejszego oczyszczania sorpcyjnego woda jest uwalniana nie tylko od barwnych (głównie związków humusowych), ale także od koloidalnych i złożonych form żelaza. Zatem oczyszczanie z substancji organicznych jest jednocześnie aktem odmrażania wody.
Przedsiębiorstwa zużywające szczególnie czystą wodę zdemineralizowaną zaleca się, aby w miarę możliwości pozyskiwały ją z wód gruntowych, które zazwyczaj są wolne od zanieczyszczeń organicznych. Wiadomo, że ponad 25% wszystkich sieci wodociągowych otrzymuje wodę gruntową o zawartości żelaza od 1 do 5 mg/l.
W pozbawionych tlenu wodach gruntowych żelazo występuje głównie w postaci częściowo zhydrolizowanego roztworu wodorowęglanu. Gdyby substancja ta została dostarczona do żywicy kationowymiennej w postaci nieutlenionej i niezhydrolizowanej lub nie została utleniona w samym filtrze z żywicy kationowymiennej, można by oczekiwać niemal całkowitej wymiany jonów żelaza na jony wodorowe. Jednak wraz z reakcją wymiany jonowej, której szybkość zależy od procesów dyfuzyjnych, zachodzą reakcje hydrolizy soli żelaza, utleniania i przejścia do słabo dysocjujących i praktycznie nierozpuszczalnych związków zdolnych do tworzenia koloidów. Połączenie takich procesów powoduje, że woda zawierająca w stanie równowagi np. 0,16 mg/l żelaza w postaci jonowej może charakteryzować się całkowitą zawartością żelaza na poziomie 2 mg/l. Wymieniacz kationowy będzie absorbował tylko jonową formę żelaza i wraz z absorpcją rozpuści niektóre najmniej trwałe produkty hydrolizy.
Uwolnienie jonów wodorowych podczas pracy wymieniacza kationowego mogłoby zahamować reakcję, a nawet przesunąć ją w lewo, zwłaszcza że o liczbie jonów wodorowych w wodzie kationizowanej H decyduje całkowita zawartość soli, która wynosi prawie dwa rzędy większa niż liczba jonów żelaza w wodzie.
W miarę aktywacji górnych warstw wymieniacza kationowego na przesunięcie reakcji w prawo będą miały wpływ dwie okoliczności: obecność w warstwie jonów Fe(II), katalitycznie przyspieszających ich przemianę w jony Fe(III) oraz częściowa absorpcja jonów wodorowych przez wymieniacz kationowy, wymieniając na jony sodu i wapnia, którymi jest on wypełniony, warstwa zużytej żywicy. Wodorotlenek Fe(III) i inne produkty hydrolizy powstałe w tych warunkach nie będą już uczestniczyć w wymianie jonowej i przedostaną się do wody kationizowanej wodorem, podobnie jak ta część związków żelaza, która była obecna w pierwotnej wodzie.
Ilościowy opis tych procesów jest nadal trudny. Jednocześnie obecność żelaza w postaci niejonowej w wodach kationizowanych H i odsolonych jest w zadowalający sposób wyjaśniona proponowaną koncepcją i wskazuje na konieczność usunięcia żelaza z żelazistych wód gruntowych przed wprowadzeniem ich do instalacji odsalania jonowymiennego. Powyższe równanie sugeruje główne sposoby usuwania żelaza z wody. Są to napowietrzanie (nasycenie tlenem) i alkalizacja (wiązanie jonów wodorowych). W wodach wodorowęglanowych ten ostatni zachodzi samoistnie wraz z uwolnieniem stechiometrycznej ilości dwutlenku węgla. Napowietrzanie można przeprowadzić poprzez nadmuch powietrza, rozpylanie wody w powietrzu lub zastosowanie ozonu; Jako inne środki utleniające można stosować aktywny chlor i nadmanganian potasu. Pod wpływem utleniaczy wymieniacze jonowe „starzeją się”, dlatego odżelazianie zaleca się przeprowadzać metodą bezodczynnikową.
Usuwaniem żelaza z wód podziemnych poświęcono monografię, w której podsumowano zarówno teoretyczne, jak i technologiczne aspekty zagadnienia. Biorąc pod uwagę specyfikę pozyskiwania stosunkowo małych ilości wody zdemineralizowanej o wysokiej czystości do celów przemysłowych oraz specyfikę samych gałęzi przemysłu zużywających taką wodę, należy skupić się na metodzie uproszczonego napowietrzania, a następnie filtracji.
Nad otwartym filtrem woda tryska przez otwory w rurach zasilających. Grubość warstwy piasku w filtrze wynosi zwykle co najmniej 1,2 m, a wielkość ziaren wynosi od 0,8 do 1,6 mm. Większą chłonnością zanieczyszczeń charakteryzują się filtry z dwuwarstwowym załadunkiem o łącznej grubości 1,2-1,5 m i grubości warstwy wierzchniej 0,5 m. Dla warstwy dolnej piasek kwarcowy o uziarnieniu 0,8-1,2 mm stosuje się, a na górze - antracytowe wióry o grubości 0,9-2,4 mm. Szybkość filtracji w filtrach otwartych sięga 10 m/h. Z reguły wraz ze spadkiem prędkości przesyłu wody zwiększa się zdolność zatrzymywania zanieczyszczeń przez filtry, dlatego też filtry otwarte należy projektować na prędkość nie przekraczającą 5-7 m/h.
W zależności od przyjętej szybkości filtracji, początkowej zawartości żelaza w wodzie i innych czynników, czas działania filtrów jest w naturalny sposób zróżnicowany. Przy szybkości filtracji 5-7 m/h i początkowej zawartości żelaza w wodzie 3-4 mg/l cykl pracy instalacji wynosi 60-100 h. Następnie filtry są płukane z intensywnością przeciwprądową 15-18 l/(s-m2) przez 10-15 min.
Objętość wody płuczącej filtry w sekcji odmrażania wody sięga 4% objętości wody oczyszczonej. Przy dobrze dobranej pracy instalacji odmrażania tego typu zawartość żelaza w filtracie wynosi 0,05-0,1 mg/l.
W odróżnieniu od destylatu, który zawiera do 5 µg/l żelaza, kondensat techniczny może być wzbogacony produktami korozji. Przy otrzymywaniu szczególnie czystej wody zdemineralizowanej z takiego kondensatu konieczne jest wstępne odmrożenie. W tym celu stosuje się filtry z węgla sulfonowego, pracujące ze skutecznością 25-50%, lub bardziej wydajne filtry magnetytowe, filtry z celulozy aluwialnej, filtry z jonitu aluwialnego (zwane za granicą powdexem). Zaproponowano filtry anionitowe, w których usuwanie żelaza opiera się na działaniu koagulującym wymieniacza anionowego w postaci OH. Filtry aluwialne jonowymienne działają ze skutecznością sięgającą 100% ze względu na niemal natychmiastową kinetykę procesu. Tutaj wraz z sorpcją jonów z fazy ciekłej następuje mechaniczna retencja cząstek fazy stałej, koagulacja i tworzenie kompleksów z anionitem, jeśli do warstwy aluwialnej zostanie zastosowana mieszanina kationów i anionitów.
Doświadczenia wykazały przydatność aluwialnych filtrów jonowymiennych do ekstrakcji substancji humusowych kompleksujących żelazo i inne metale z wody.
Wagę problemu odżelaziania jako etapu wstępnego oczyszczania wody uwidoczniło się szczególnie w związku z koniecznością wykorzystania wody ultraczystej do produkcji mikroelektroniki. Do końcowego oczyszczenia wody przed podaniem jej do mycia części instrumentów stosuje się mikrofiltr o porach 0,2 mikrona, który zatrzymuje ciała drobnoustrojów. Jeśli na poprzednich etapach z wody zdemineralizowanej nie zostanie dostatecznie usunięte żelazo, wówczas mikrofiltry szybko się zatykają.
Zmiękczanie wody. Przy częściowym odsalaniu wody metodą elektrodializy lub metodą odwróconej osmozy, w niektórych przypadkach konieczne jest wcześniejsze zmiękczenie wody, czyli uwolnienie jej od kationów wapnia i magnezu, które przy odpowiednim składzie anionowym wody mogą tworzyć osady na membranach jonowymiennych lub na membranach (włóknach) stosowanych w urządzeniach odwróconej osmozy.
Zmiękczanie jest wskazane jako wstępny etap oczyszczania przy odsalaniu stosunkowo małych mas wody metodą wymiany jonowej. Regenerację wymieniacza kationowego, czyli przekształcenie go w formę sodową, przeprowadza się poprzez przepuszczenie 6-10% roztworu chlorku sodu przez warstwę zużytego sorbentu i późniejsze przemycie wodą.
Z powodów, które zostaną omówione poniżej, zużycie soli kuchennej do regeneracji przekracza stechiometryczne 2,5-5 razy. Przy pracy z wodą o dużej zawartości soli zaleca się do zmiękczania stosować silnie kwasowy wymieniacz kationowy typu KU-2. Jednocześnie w porównaniu z takimi kationitami jak węgiel sulfonowany czy KU-1, zużycie soli do regeneracji jest dość znacząco obniżone.
Oczyszczanie sorpcyjne- najbardziej akceptowalna grupa metod głębokiego oczyszczania ścieków z rozpuszczonych zanieczyszczeń organicznych w przemyśle celulozowo-papierniczym, chemicznym, petrochemicznym, tekstylnym i innych.
Oczyszczanie metodami sorpcyjnymi można przeprowadzić samodzielnie lub jako metodę podczyszczania przed biologicznym oczyszczaniem ścieków. Wstępne oczyszczanie ścieków metodą sorpcji może być konieczne, jeśli zanieczyszczenia są wysoce toksyczne lub trudne do biologicznego utlenienia.
Granice stosowania metod sorpcyjnych wynoszą: od 5 do 1000 mg/l w zależności od zawartości substancji zanieczyszczających.
Lokalne instalacje do oczyszczania sorpcyjnego mają uzasadnienie w przypadkach, gdy stężenia zanieczyszczeń są bliskie górnej granicy, a substancja jest dobrze adsorbowana przy niskim jednostkowym zużyciu sorbentu.
Dodatkowe oczyszczanie metodą sorpcji ma sens, gdy zawartość substancji zanieczyszczających jest niska – do 100 mg/l.
Adsorpcja jako metoda oczyszczania ścieków stosowana jest do usuwania ze ścieków herbicydów, pestycydów, fenoli, związków organicznych aromatycznych, środków powierzchniowo czynnych, barwników syntetycznych itp.
Sorpcję można również zastosować jako metodę ekstrakcji cennych substancji z roztworów w celu ich późniejszej utylizacji. Oczyszczone ścieki można wykorzystać w instalacjach wodociągowych z recyklingiem technicznym.
Zalety oczyszczania sorpcyjnego:
- możliwość selektywnej absorpcji substancji z roztworów wieloskładnikowych;
- wysoka skuteczność czyszczenia - do 80-95%.
Ograniczenie metody- oczyszczanie ścieków wysokotemperaturowych, pomimo obietnicy oczyszczania wody z produktów korozji i innych zanieczyszczeń gorących ścieków. Powodem jest niedobór i wysoki koszt sorbentów żaroodpornych.
Dlatego też opracowanie i synteza nowych typów sorbentów do oczyszczania ścieków wysokotemperaturowych stanowi pilny problem praktyczny.
Filtr sorpcyjny Argel S
Można go stosować do oczyszczania ścieków przemysłowych i bytowych Filtry Argel S, realizując zasadę oczyszczania sorpcyjnego.
Ścieki przemieszczają się do wnętrza obudowy filtra poprzez załadunek ruchem skierowanym w dół, a podczas procesu oczyszczania są uwalniane od określonych składników.
Producent oferuje dwa Modyfikacje filtra Argel S.
- Filtry pierwszej grupy oczyszczają ścieki z metali ciężkich, dwuwartościowych i trójwartościowych jonów żelaza, radionuklidów, zemulgowanych produktów naftowych, środków powierzchniowo czynnych, barwników organicznych itp. Węgiel aktywny marki MIU-S2 stosowany jest jako sorbent w filtrach pierwszej grupy.
- Filtry Argel S drugiej grupy realizują filtrację dwustopniową. Sorbentem pierwszego stopnia filtracji jest sokirnit, drugiego etapu – węgiel MIU-S2. Filtry Argel S drugiej grupy mogą być stosowane do oczyszczania ścieków z rozszerzonej listy substancji zanieczyszczających: azotu amonowego, radionuklidów i metali ciężkich, żelaza (żelaza), emulgowanych i nieemulgowanych produktów naftowych, barwników organicznych, środków powierzchniowo czynnych itp.
Obszary zastosowania filtrów sorpcyjnych Argel S to oczyszczanie ścieków w służbach komunalnych, przemyśle petrochemicznym i wydobywczym, hutnictwie i budownictwie drogowym.
Problem oczyszczania wody od dawna niepokoi ludzkość. Obecnie istnieje wiele sposobów na jego oczyszczenie. Jednym z najczęstszych bez wątpienia jest sorpcyjne oczyszczanie wody. Jaka jest jego istota?
Z tego artykułu dowiesz się:
Na czym polega sorpcyjne oczyszczanie wody
Jak przebiega oczyszczanie wody sorpcyjnej?
Jakie filtry stosuje się do sorpcyjnego oczyszczania wody
Jakie rodzaje sorbentów stosuje się
Sorpcyjne oczyszczanie wody – na czym polega?
Sorpcyjne oczyszczanie wody jest wysoce efektywną metodą głębokiego oczyszczania, w której efekt osiąga się poprzez związanie cząstek substancji chemicznych i różnych zanieczyszczeń na poziomie molekularnym. Takie oczyszczanie wody pozwala na usunięcie nawet związków organicznych, których nie da się rozdzielić innymi metodami.
Nowoczesne, wysokoaktywne sorbenty skutecznie działają w wodzie z każdym, nawet najmniejszym stężeniem niepożądanych zanieczyszczeń. W wyniku oczyszczania sorpcyjnego w wodzie praktycznie nie ma pozostałości koncentratu.
Termin „adsorpcja” oznacza absorpcję substancji z ośrodka gazowego lub roztworu przez warstwę powierzchniową innej substancji. Proces ten zachodzi również w wodzie, którą oczyszczamy po dodaniu określonych substancji. Adsorbent przyciąga cząsteczki niepożądanych zanieczyszczeń na swoją powierzchnię i nigdy ich nie uwalnia.
Oczyszczanie sorpcyjne jest szczególnie skuteczne na końcowym etapie wysokiego stopnia oczyszczenia, gdy woda po przejściu przez poprzednie etapy oczyszczania pozostawiła na filtrach prawie wszystko, co niepotrzebne, a teraz konieczne jest usunięcie najmniejszych stężeń niepożądanych zanieczyszczeń .
To, jak szybko i sprawnie przebiegnie ten proces, zależy od następujących czynników:
struktury sorbentu;
temperatura, w której odbywa się proces;
rodzaj i stężenie substancji szkodliwych w wodzie;
aktywność reakcji środowiska.
Dlaczego potrzebne jest oczyszczanie wody sorpcyjnej i gdzie jest ono stosowane?
Oczyszczanie wody metodą sorpcyjną jest znane ludziom już od dawna. Zarówno wcześniej, jak i do dziś stosowano np. filtrację węglową, która świetnie sprawdza się w układach zamkniętych, głęboko oczyszczając m.in. z materii organicznej.
Sorpcyjne oczyszczanie wody daje doskonałe rezultaty, usuwając różne substancje organiczne, umożliwiając oczyszczenie ścieków z barwników lub innych związków hydrofobowych. Metoda ta zyskała dużą popularność również ze względu na to, że nie wymaga znacznych kosztów materiałowych.
Oczyszczanie wody sorpcyjnej można stosować jako metodę niezależną lub w połączeniu z oczyszczaniem biologicznym. Jednakże metody tej nie można stosować w przypadku skażenia jedynie zanieczyszczeniami nieorganicznymi lub organicznymi o niskiej masie cząsteczkowej. Oczyszcza wodę nie tylko z zanieczyszczeń, które widać jedynie w wynikach badań laboratoryjnych, ale także z łatwo wykrywalnych przez człowieka obcych zapachów i smaku chloru i siarkowodoru.
Węgiel aktywny to skuteczny adsorbent, który posiada w swojej strukturze mikropory, które skutecznie filtrują. Nie jest trudny do zdobycia: surowcami do produkcji są drewno, torf, łupiny orzechów i produkty pochodzenia zwierzęcego. Nałożenie jonów srebra na powierzchnię cząstek węgla aktywnego wydłuża żywotność adsorbentu, zapobiegając jego uszkodzeniu przez drobnoustroje.
Węgiel aktywny jest jednym z najlepszych sorbentów stosowanych obecnie w nowoczesnych systemach. Występuje w różnych typach. Najwyższą jakość oczyszczania wody sorpcyjnej zapewni ta, która posiada możliwie największą liczbę mikroporów.
Sorpcyjne oczyszczanie wody węglem aktywnym zwykle stosuje się w celu usunięcia substancji organicznych z wody podczas jej przygotowania przed odwróconą osmozą. Jednocześnie ciecz jest również oczyszczana z chloru, co czyni ją bardziej akceptowalną do zabiegów higienicznych.
Filtry wypełnione węglem aktywnym mogą stać się bezużyteczne, jeśli przedostaną się do nich cząsteczki koloidalne z wodą, co uniemożliwia mikroporom spełnianie swoich funkcji. W takim przypadku musisz wymienić sorbent lub go przywrócić.
Sorpcyjne oczyszczanie wody za pomocą filtrów z węglem aktywnym znacząco poprawia jakość cieczy, uwalniając ją nie tylko od chloru, ale także od związków azotu. Przy jednoczesnej sorpcji i ozonowaniu wody znacznie zwiększają się możliwości węgla aktywnego w zakresie oczyszczania jej z zanieczyszczeń. Jeżeli jako sorbent zastosuje się naturalne minerały z dodatkiem Ca, Mg i tlenków glinu, woda zostaje oczyszczona ze związków fosforu.
Filtry sorpcyjne doskonale radzą sobie z oczyszczaniem wody z żelaza, gdy po procesie utleniania w cieczy tworzą się nierozpuszczalne tlenki w postaci cząstek stałych.
Na jakie rodzaje sorpcyjnego oczyszczania wody dzielimy się?
Rodzaj procesu oczyszczania sorpcyjnego to:
okresowy;
ciągły.
Według reżimu hydrodynamicznego wyróżnia się:
instalacje wyporowe;
instalacje mieszające;
instalacje typu pośredniego.
W zależności od stanu warstw zastosowanego sorbentu czyszczenie może polegać na:
poruszający;
bez ruchu.
Zgodnie z kierunkiem filtracji oczyszczanie następuje:
licznik przepływu;
przepływ bezpośredni;
ruch mieszany.
Ze względu na kontakt oddziałujących ze sobą faz proces czyszczenia dzieli się na:
wkroczył;
ciągły.
Zgodnie z konstrukcją filtra czyszczenie może polegać na:
kolumna;
pojemnościowy
Główne rodzaje sorbentów
Mówiliśmy już, że bardzo popularnym rodzajem sorbentu do oczyszczania wody jest węgiel aktywny, który doskonale usuwa związki organiczne pochodzenia naturalnego i sztucznego. Ale oprócz węgla aktywnego stosuje się również inne rodzaje sorbentów.
Bezwęglowe sorbenty do oczyszczania wody
Najpowszechniej stosowaną technologią sorpcyjnego oczyszczania wody jest oczyszczanie przy użyciu sorbentów bezwęglowych. Mogą być pochodzenia naturalnego lub sztucznego: skały ilaste, zeolity itp.
Sorbenty niewęglowe mają szereg zalet, takich jak:
zwiększona pojemność;
zdolność do wymiany kationów;
powszechność i, co za tym idzie, niska cena.
Skały gliniaste
Skały gliniaste często pełnią w przyrodzie rolę filtra wody. Zdolność tego materiału jest z powodzeniem wykorzystywana do tych samych celów przez ludzi. Skały takie mają sztywność warstwową, dobrze rozwiniętą strukturę z dużą liczbą mikroporów o różnej wielkości.
Sorpcyjne oczyszczanie wody za pomocą filtrów, w których skały ilaste pełnią rolę sorbentu, jest złożonym procesem obejmującym reakcje van der Waalsa. Dzięki temu woda staje się krystalicznie czysta i pozbawiona jest toksycznych związków organicznych, takich jak chlor, herbicydy i środki powierzchniowo czynne.
Skały gliniaste są również wygodne, ponieważ są dostępne dla górnictwa. Zwiększa to ich spożycie.
Zeolity
Zeolity to grupa minerałów o charakterystycznym szklistym połysku. Obecnie stosuje się zeolity naturalne i sztuczne. Mają ciekawą strukturę: trójwymiarową ramę glinokrzemianową o regularnej strukturze czworościennej i ładunku ujemnym. Uwodnione jony metali alkalicznych i ziem alkalicznych znajdują się w pustych przestrzeniach szkieletu i mają ładunek dodatni, który kompensuje ładunek szkieletu. Zeolity nazywane są sitami dla cząsteczek, ponieważ zatrzymują substancje, których cząsteczki są mniejsze niż puste przestrzenie szkieletu.
Znanych jest ponad 30 rodzajów zeolitów. Najczęściej stosowane, łatwe w wydobyciu i obróbce: abazyt, mordenit, klinoptylolit.
Przed zastosowaniem zeolitu jako sorbentu poddaje się go kalcynacji węglanem chlorku sodu w piecu w temperaturze +1000°C, po czym na jego powierzchni tworzą się związki krzemoorganiczne nadające mu właściwości hydrofobowe.
Zeolity służą do sorpcyjnego oczyszczania wody w postaci proszku. Oczyszczają wodę z:
związki organiczne.
zanieczyszczenia koloidalne i bakteryjne;
pestycydy;
barwniki;
Nieorganiczne wymieniacze jonowe
Większość z nich stosowana jest w postaci soli, ponieważ nie mogą one występować w postaci wodoru. Nie pozwala to jednak na odsalanie wody bez udziału rzadkich anionitów minerałów nieorganicznych. Dlatego konieczne jest stosowanie organicznych kationitów i anionitów na bazie syntetycznych związków organicznych.
Organiczne wymieniacze jonowe
Wiele organicznych wymieniaczy jonowych ma strukturę żelową. Nie mają porów, ale w roztworze wodnym pęcznieją i mogą wymieniać jony.
Istnieją makroporowate wymieniacze jonowe, które działają jak węgiel aktywny, mają mniejszą pojemność niż żelowe, ale mają lepszą wymianę i efekt sita, są odporne na obciążenia mechaniczne i stabilne osmotycznie.
Ważnym osiągnięciem naszych czasów stała się możliwość syntezy organicznych wymieniaczy jonowych o określonych właściwościach, które nie występują w przyrodzie.
Z czego składa się filtr sorpcyjny do oczyszczania wody?
Każdy filtr sorpcyjny składa się z następujących części:
korpus o określonej wielkości w postaci cylindra z włókna szklanego;
stacjonarna warstwa węgla aktywnego na podłożu żwirowym;
zawór sterujący określonego typu (czasami zawór mechaniczny);
rurociąg do dostarczania ścieków;
rurociąg do usuwania oczyszczonej wody;
rurociąg do dostarczania wody spulchniającej;
system odwadniający i dystrybucyjny.
Prędkość filtra zależy bezpośrednio od stopnia skażenia wody, która ma zostać oczyszczona. Wpływ ma również wielkość ziaren sorbentu (od 1 do 5 mm). Liniowa szybkość filtracji wody może wahać się od 1 do 10 m 3 /godzinę.
Najlepszym sposobem oczyszczenia wody metodą sorpcji jest wprowadzenie jej do filtra od dołu do góry, gdy cała powierzchnia przekroju filtra jest równomiernie wypełniona wodą, a z wody łatwo wychodzą bąbelki.
Do regeneracyjnego oczyszczania ścieków z późniejszym recyklingiem zatrzymanych cennych pierwiastków w filtrze sorpcyjnym do oczyszczania wody stosuje się filtry ze stałą warstwą sorbentu. Niezbędne pierwiastki można później wyekstrahować za pomocą pary wodnej lub rozpuszczalników chemicznych.
Można szczegółowo przestudiować działanie systemu oczyszczania wody sorpcyjnej na przykładzie filtra serii FSB. Model ten przeznaczony jest do pracy w systemach kanalizacji deszczowej. Na wejściu do filtra znajdują się filtry wstępne: łapacz piasku i łapacz oleju, których zadaniem jest nie przeoczyć pierwszych silnych zanieczyszczeń, które mogą szybko uszkodzić filtr.
Po przejściu przez filtry wstępne woda rurą wpływa do bloku sorpcyjnego, skąd rura rozdzielcza i tłoczna odprowadza wodę do dolnej strefy dystrybucyjnej.
Woda trafiając do znajdującego się tutaj sorbentu, równomiernie się po nim rozprowadza i przechodzi przez niego oczyszczając się z zanieczyszczeń. Ponadto marka i ilość użytego sorbentu dobierana jest w zależności od początkowego i końcowego stężenia substancji szkodliwych oraz wymaganej wydajności.
Oczyszczona woda kierowana jest wznoszącym strumieniem do okrągłej tacy zbiorczej i odprowadzana rurą.
Procedura instalacji systemu:
Wykop dół o wymaganej wielkości.
Jego dno należy wypełnić warstwą piasku o grubości 300 mm i dobrze zagęścić.
Na podsypkę piaskową wylać płytę żelbetową o grubości co najmniej 300 mm, której wymiary są o 1000 mm szersze niż średnica obudowy filtra.
Zamontuj korpus jednostki sorpcyjnej na piecu, zachowując ostrożność, zachowując jego pionowość.
Aby obudowa była stabilna, należy ją najpierw napełnić wodą (do poziomu perforowanego dna).
Zabezpiecz korpus kotwami tak, aby nie przesuwał się podczas zasypywania.
Wypełnij dół czystym piaskiem do poziomu rur wlotowych i wylotowych. Należy to robić etapami, w warstwach po 300 mm, dokładnie zagęszczając każdą warstwę.
Podłączyć rurociągi wlotowy, wylotowy i przelewowy. Następnie wypełnij korpus piaskiem do góry, ostrożnie zagęszczając ziemię, aby nie uszkodzić zainstalowanych rur.
Wypełnij korpus wypełniaczem z worków, stale ostrożnie rozprowadzając go po całej powierzchni dna.
Przed uruchomieniem instalacji dokładnie przepłukać zainstalowany sorbent.
Na koniec obudowę należy napełnić czystą wodą.
Jeśli Twój system oczyszczania wody sorpcyjnej musi oczyszczać wodę ze wszystkich możliwych rodzajów zanieczyszczeń, wówczas konieczne jest zastosowanie kompleksu sorbentów: węgla aktywnego i różnych substancji jonowymiennych, które należy dobrać biorąc pod uwagę zanieczyszczenia znajdujące się w wodzie Twojej źródło.
Istnieje wiele rodzajów systemów sorpcyjnego oczyszczania wody. Aby wybrać odpowiedni dla siebie, przeanalizuj wszystkie czynniki i przeprowadź badania laboratoryjne wody. Instalowanie urządzeń do oczyszczania wody również wymaga specjalnej wiedzy. Dlatego powinien być wykonywany przez profesjonalistów.
Na rynku rosyjskim istnieje wiele firm, które opracowują systemy uzdatniania wody. Wybór takiego lub innego rodzaju filtra wody jest dość trudny samodzielnie, bez pomocy profesjonalisty. Co więcej, nie powinieneś samodzielnie instalować systemu uzdatniania wody, nawet jeśli przeczytałeś kilka artykułów w Internecie i wydaje ci się, że już to rozgryzłeś.
Bezpieczniej jest skontaktować się z firmą zajmującą się montażem filtrów, która zapewnia pełen zakres usług - konsultacje specjalistyczne, analizę wody ze studni lub studni, dobór odpowiedniego sprzętu, dostawę i podłączenie systemu. Ponadto ważne jest, aby firma zapewniała konserwację filtra.
Współpracując z Biokit otrzymują Państwo najszerszy wybór systemów odwróconej osmozy, filtrów do wody i wielu innych urządzeń przeznaczonych do oczyszczania wody i przywracania jej naturalnych właściwości.
Jesteśmy gotowi pomóc Ci w następujących obszarach:
Wybierz filtr do wody.
Podłączyć system filtrujący.
Wybierz materiały zamienne.
Rozwiązywanie problemów ze sprzętem.
Zaangażuj wyspecjalizowanych instalatorów.
W razie pytań udzielaj konsultacji telefonicznych.
Powierz oczyszczanie wody specjalistom firmy Biokit, którzy dbają o Twoje zdrowie.
Sorpcyjne oczyszczanie wody jest wysoce efektywną metodą głębokiego oczyszczania. Podczas sorpcji eliminowane są szkodliwe związki chemiczne i zanieczyszczenia, dzięki temu, że cząsteczki łączą się ze sobą na skutek siły oddziaływania molekularnego. Wyjątkowość sorpcyjnego oczyszczania wody polega na tym, że przy pomocy materiałów sorpcyjnych możliwe jest oczyszczenie wody z substancji organicznych, których nie udało się usunąć innymi metodami.
Dzięki oczyszczaniu za pomocą wysoce aktywnych sorbentów uwalniana jest woda o niemal zerowym stężeniu resztkowym. Warto również zaznaczyć, że wysokoaktywne sorbenty reagują nawet z substancjami zawartymi w wodzie w małych stężeniach, gdy inne metody nie działają. Ponadto istnieje inny rodzaj technologii sorpcji: będąc w środowisku niejednorodnym, elektrosorpcja zachodzi, jeśli mówimy o wpływie zewnętrznych pól elektrycznych.
Za pomocą sorpcyjnego oczyszczania wody eliminowane są różne zapachy, smaki chlorowanych węglowodorów i siarkowodór. Sorbenty to porowate materiały stałe, których skuteczność zależy od wielkości powierzchni oddziaływania. Pojemność sorpcyjna materiału nazywana jest pojemnością i określana jest w zależności od tego, ile zanieczyszczeń można zneutralizować daną ilością sorbentu.
Jako sorbent najczęściej stosuje się węgiel aktywny. Jest szczególnie skuteczny ze względu na swoją strukturę: zawiera mikropory i submikropory, których wielkość zależy od rodzaju wybranego surowca, a także od procesu aktywacji. Głównymi surowcami do produkcji węgla aktywnego mogą być: torf, drewno, łupiny orzechów i różne produkty pochodzenia zwierzęcego. Jeśli do węgla aktywnego zostaną nałożone cząsteczki jonów srebra, zapobiegnie to uszkodzeniu sorbentu przez różne mikroorganizmy.
Zazwyczaj węgiel aktywny służy do usuwania wielu substancji organicznych, do uzdatniania wody przed systemami odwróconej osmozy, podczas oczyszczania sorpcyjnego woda pitna jest bardzo skutecznie odchlorowana. Eliminację chloru należy przeprowadzić nie tylko w przypadku stosowania wielostopniowej filtracji wody pitnej, ale także wtedy, gdy mówimy o przygotowaniu wody przemysłowej wykorzystywanej do celów higienicznych.
Chociaż chlor znalazł szerokie zastosowanie jako środek dezynfekujący wodę, jeśli chlor dostanie się do organizmu człowieka, może mieć szkodliwy wpływ na kwasy tłuszczowe i zaburzać metabolizm. Dlatego warto zachować ostrożność i dodatkowo oczyścić wodę z chloru za pomocą sorpcyjnego oczyszczania wody.
