2. Сорбция. Физико-химическая природа сорбции. Сорбенты. Устройство и принцип действия сорбентов.

Сорбция - процесс поглощения вещества из окружающей среды твердым телом или жидкостью. Поглощающее тело называют сорбентом, а поглощаемое сорбатом. Различают поглощение вещества всей массой жидкости или сорбента (абсорбция) и поверхностным слоем твердого или жидкого сорбента (адсорбция). Сорбция, сопровождаемая хими­ческим взаимодействием сорбента с поглощаемым веществом, называ­ется хемосорбцией. Этот метод эффективен для неглубокой очистки от органических веществ сточных вод. Преимуществом являются воз­можность адсорбции веществ многокомпонентных смесей, извлечение ценных растворенных веществ.

Адсорбция растворенных веществ - результат перехода молекулы растворенного вещества из раствора на поверхность твердого сорбента под действием солевого поля поверхности. При этом наблюда­ются 2 вида межмолекулярного взаимодействия: молекул растворенно­го вещества с молекулами (или атомами) поверхности сорбента и мо­лекулы растворенного вещества с молекулами воды в растворе (гид­ратация). Разность этик 2—х сил межмолекулярного взаимодействия и есть та сила, с которой удерживается извлеченное из раствора ве­щество на поверхности сорбента. Чем больше энергия гидратации мо­лекул растворенного вещества, тем больше противодействие испыты­вают эти молекулы при переходе на поверхность сорбента и тем сла­бее адсорбируется вещества из раствора-

Сорбционная очистка СВ рациональна, если в них содержатся преимущественно неэлектролиты, красители, гидрофобные алифатические соединения, и не рациональна при наличии неорганических, а также низких одноатомных спиртов. В качестве сорбентов применяют различные искусственные и природные пористые материалы: золу, торф, силикагели, активные глины и т.д. Эффективными сорбентами являются активированные угли различных марок. Пористость 60-75 %, удельная площадь поверхности 400-900 м²\г. В зависимости от преобладающего размера активированные угли делятся на крупно и мелкопористые и смешанного типа. Сорбционная способность активи­рованных углей определяется в основном микропористой структурой.

Активность С. характеризуется количеством поглощаемого ве­щества на единицу объема или массы сорбента (кг/м³, кг\кг).

Процесс сорбции может осуществляться в статических условиях, при которых частица С, т.е. движется вместе с последней (ап­параты с перемешивающими устройствами), а также в динамических условиях, при которых частица жидкости перемещается относительно сорбента (Фильтры, аппараты с псевдожиженным слоем). Поэтому раз­личают статическую и динамическую активность сорбента. Первая ха­рактеризуется мах. количеством вещества, поглощенного единицей объема или массы сорбента к моменту достижения равновесия при постоянных t и C. Вторым мах. количеством вещества, поглощен­ного единицей объем или массы сорбента до момента появления сор­бируемого вещества, поглощенного единицей объема или массы сор­бента до момента появления сорбируемого вещества в фильтрате при пропуске СВ через слой сорбента.

Надо иметь в виду, что сорбция процесс обратимый. При прочих равных условиях скорости протекания прямого (сорбция) и обратного (десорбция) процессов - Смах вещества в растворе и на поверх­ности сорбента. Поэтому в первые моменты сорбции, т.е. при мах. Смах вещества в растворе, V_Cмах. По мере повышения С раство­ренного вещества на поверхности сорбента увеличивается число сор­тированных молекул, переходящих обратно в раствор. С. момента, когда количество сорбируемых из раствора (в единицу времени) мо­лекул становится ровным количеству молекул, переходящих с поверх­ности сорбента в раствор, концентрация раствора становится const; эта концентрация называется равновесной.

Если после достижения равновесия повысить С_к обрабатываемого раствора, то сорбент может извлечь из него еще некоторое коли­чество растворенного вещества. Однако, нарушаемое таким образом равновесие будет восстанавливаться лишь до полного использования сорбционной емкости данного сорбента, после чего повышение кон­центрации вещества в растворе не изменяет величина адсорбции.

В настоящее время применяют в основном цилиндрические одноя­русные адсорберы. Аппарат представляет собой колонку высотой -4м. Верхняя часть ее соединена с царгой, имеющей диаметр в 1,5 — 2 раза больше диаметра основной колонны. В зависимости от колонны коническое днище имеет центральный угол 30-60⁰. Непосредственно над коническим днищем устанавливается распределительная решетка с отверстиями 5-1О мм и шагом отверстий – 10 мм., на которую загружа­ется активированный уголь с размером частиц О,25~1мм. Высота не­подвижного слой угля 2,5 -2 ,7м. В нижнюю часть аппарата через центральную трубу, заканчивающуюся диффузором под решеткой, либо через боковой патрубок тройника, присоединяемого к конусному дон­цу, поступают СВ.

•ч 1 - подача СВ

2 - цилиндрическая колонна

3 – центральная труба с диффузором

4- царга

5 – подача сорбента

6 - выпуск обработанной

сточной воды

7 - сгуститель сорбента

8 - выпуск обработанного сорбента

9 – распределительная решетка

РИС. 1 Цилиндрический одноярусный адсорбер.

Уголь равномерно подается в аппарат из бункера с автомати­ческим дозатором. Сорбент в виде 5 – 20 % суспензии поступает в верхнюю расширенную часть той же центральной трубы, по которой в колонку адсорбера подается сточная вода, в трубе эта вода смеши­вается с углем. Образовавшаяся суспензия поступает через диффузор под решетку, продавливается через ее отверстия и задерживается в нижней части псевдожиженного слоя угля, который находится в ко­лонне. Обработанная СВ отводится в кольцевой желоб верхней части царги. Сорбционная очистка может быть регенеративной, когда изв­леченные вещества утилизируются, или деструктивной, когда извле­ченные вещества уничтожаются, в зависимости от назначения сорбционной очистки применяются различные методы регенерации сорбента или его уничтожения. Для извлечения сортировочных веществ могут быть использованы экстрагирование органическим растворителем, от­тока адсорбированного вещества с водяным паром, и испарение адсор­бированного вещества с водяным паром, испарение адсорбированного вещества током инертного газообразного теплоносителя.

При деструктивной очистке применяют термические или окислительные методы.