Конструкции адсорберов

В аппаратах с псевдоожиженным слоем отношение высоты неподвижного слоя адсорбента к высоте псевдоожиженного слоя рекомендуется поддерживать в пределах 1,4-1,6.

Описание установки цилиндрического одноярусного адсорбера: активный уголь через воронку по трубе непрерывно поступает под распределительную решетку, диаметр отверстий которой 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, а оттуда на регенерацию. Очищенную воду отводят через желоба в верхней части колонны. Уносимые частицы угля попадают в тот же сборник.

Технологические схемы установок адсорбционной очистки сточных вод.

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.

Схема адсорбционной установки с последовательным введением адсорбентов: 1 – смесители; 2 – отстойники.

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 загрязнителя, затем адсорбент отделяют фильтрованием или отстаиванием.

Схема адсорбционной установки с противоточным введением адсорбента: 1 – смесителит; 2 – отстойники; 3 – приемники адсорбента; насосы.

Установки с псевдоожиженным слоем (периодического или непрерывного действия) целесообразно применять при высоком содержании взвешенных веществ в сточной воде. Размер частиц адсорбента 0,5-1 мм.

Тема 6. Ионообменный и экстракционный методы очистки сточных вод – 3 часа

Основы процесса ионного обмена применительно к очистке сточных вод. Примеры очистки сточных вод на ионитах: удаление тяжелых металлов, цианидов, фенолов и т.д. регенерация ионитов. Аппаратура для процессов ионного обмена. Технологические схемы ионообменных установок.

Основы процесса экстракционной очистки сточных вод. Схемы технологических экстракционных установок.

Ионообменная очистка применяется для извлечения из сточных вод металлов (цинка, хрома, меди, никеля, свинца, ртути, ванадия, марганца и др.), соединений мышьяка, фосфора, цианистых соединений и радиоактивных веществ. Метод позволяет рекуперировать ценные вещества при высокой степени очистки воды. Ионный обмен широко распространен при обессоливании в процессе водоподготовки.

Основы процесса ионного обмена

Ионообменная очистка сточных вод представляет собой процесс взаимодействия сточной воды с твердой фазой, обладающей свойствами обменивать ионы, содержащиеся в ней (на поверхности твердой фазы) на ионы, присутствующие в растворе. Вещества, составляющие твердую фазу – иониты.

Эквивалентность обмена, являющиеся главным признаком ионита и ионного обмена, основана на условии электронейтральности фазы ионита: суммарный заряд всех противоинов должен быть равен общему заряду фиксированных ионов.

Ионит можно условно подразделить на три составные части: матрица, фиксированный ион, закрепленный на матрице ионита и обменивающийся ион - противоион. При сокращенной записи ионита матрицу обозначают в общем виде (R), а активную группу указывают полностью. Например, сульфокатиониты записывают как RSO3H, где R- матрица, SO3 - активная группа ионита (фиксированный ион), Н - противоион.

Единой классификации, которая охватывала бы всю совокупность признаков известных ионитов нет, что объясняется сложностью состава и чрезвычайным многообразием свойств ионитов.

В настоящее время ограничиваются классификацией ионитов по природе матрицы, по типу фиксированных ионов и по типу противоионов.

По природе матрицы иониты подразделяются на неорганические (минеральные) и органические, природные и искусственные (синтетические).

К неорганическим природным ионитам относятся природные цеолиты, глинистые минералы (алюмосиликаты), в том числе бентонитовые глины, глауколит, верликулит, полевые шпаты, оксиды, фосфаты, силикаты металлов и др. рудные минералы.

Широкое применение нашли синтетические органические иониты на основе высокомолекулярных соединений направленного синтеза, обладающее постоянством состава и воспроизводимостью свойств, высокой способностью к обмену ионами, химически устойчивые к механически прочные.

В зависимости от знака заряда противоионов различают катиониты - иониты, способные к обмену катионами; аниониты - иониты, способные к обмену анионами; и амфолиты (амфотерные полиэлекторлиты) - иониты, способные к обмену как катионами, так и анионами, в зависимости от условий среды.

В зависимости от степени диссоциации катиообменные смолы бывают сильно- и слабокислотные, а анионообменные сильно- и слабоосновные. К сильнокислотным относятся катиониты, содержащие сульфогруппы (SO₃H) или фосфорнокислотные группы [PO(OH)₂]. К слабокислотным карбоксильные (СООН) и фенольные группы.

Сильноосновные аниониты содержат четвертичные аммониевые основания (R₃NOH), слабоосновные аминогруппы различной степени замещения (-NH₂; =NH; *N).

Катиониты в качестве противоионов могут содержать не ионы водорода, а ионы металлов, т.е. находиться в солевой форме. Точно также и аниониты могут находиться в солевой, если в качестве противоинона они содержат не ион гидроксила, а ионы тех или иных кислот (например, Сl).

При нагревании ионов в воде и на воздухе возможно разрушение их зерен, отщепление активных групп, что приводит к уменьшению емкости. Для каждой смолы имеется температурный предел, выше которого ее использовать нельзя.

При соприкосновении ионитов с водой происходит их набухание за счет осмотических явлений; объем ионитов обычно увеличивается в 1,2 - 2 раза.

Характерной особенностью ионитов является их обратимость, т.е. возможность проведения реакции в обратном направлении, что и лежит в основе их регенерации.

Если катиониты находятся в Н-форме или Na-форме, обмен катионов будет проходить по реакциям:

Me⁺ + H[K] → Me[K] + H⁺

Me⁺ + Na[K] → Me[K] + Na⁺ ,

где [K] - сложный комплекс катионита;

Ме⁺ - катион, находящийся в сточной воде.

Величина рН сточной воды, при которой происходит обмен ионами, зависит от константы диссоциации ионообменных групп смолы. Сильнокислотные катиониты позволяют проводить процесс в любых средах, а слабокислотные в щелочных и нейтральных (рН*7).

Регенерация катионитов осуществляется промывкой кислотой (при Н - катионите):

2 Ме [K] + H₂SO₄ → 2H[K] + Me₂SO₄

Me[K] + NaCl → Na[K] + MeCl

Поскольку в обрабатываемых водах, как правило, содержится несколько катионов, большое значение имеет селективность их поглощения. Для каждого вида катионита установлены ряды катионов по энергии их вытеснения. Например, для катионита КУ-2:

Н⁺; Na⁺; NH₄⁺; Mg²⁺; Zn²⁺; Co²⁺; Cu²⁺; Cd²⁺; Ni²⁺; Ca²⁺; Pb²⁺; Ba²⁺

Cлабоосновные аниониты поглощают анионы сильных кислот:

2[A] OH + H₂SO₄ → [A1] SO₄ + 2H₂O

где [A] - сложный органический комплекс анионита.

Для большинства анионов справедлив следующий ряд по поглощающей способности:

SO₄^2-; NO₃^-; Cl^-

Регенерация слабощелочных анионитов достигается фильтрованием, через слой анионита 2-4 % водных растворов NaOH, Na₂CO₃ или NH₄OH.

[A]₂SO₄ + 2NaOH → 2[A] OH + Na₂ SO₄

Важнейшим свойством ионитов является их поглотительная способность, так называемая обменная емкость.

Полная емкость ионита это количество находящихся в виде грамм-эквивалентов ионов, которое может поглотить 1 г сухого ионита до полного насыщения (или 1мл набухшего ионита).

Рабочая емкость ионита это количество находящихся в воде грамм-эквивалентов ионов, которое может поглотить 1 г ионита до начала проскока в фильтрат поглощенных ионов.