Цилиндрический одноярусный адсорбер
Активный уголь через воронку на трубе непрерывно поступает под распределительную решетку. 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, оттуда на регенерацию. Очищенная вода отводится через желоба в верхней части колонны. Уносимые частицы угля поступают в тот же сборник.
- с интенсивным перемешиванием обрабатываемой воды с порошкообразным сорбентом (сорбция в статических условиях: частица жидкости не перемещается относительно частицы сорбента, с дальнейшим отделением сорбента от воды отстаиванием, фильтрованием и т.д.). При последовательном введении новых порций сорбента в очищаемую воду можно очистить ее до любой концентрации.
Схема адсорбционной установки с последовательным введением адсорбента.
1,5- подача сточных вод и отведение очищенной воды; 2 - подача сорбента; 3- резервуары с перемешивающим устройством; 4 - отстойники для отделения отработанного сорбента и воды; 6 - выпуск отработанного сорбента; 7 - система подачи сорбента на предыдущую ступень; 8 - адсорбционный фильтр
Сорбционная установка с последовательным введением адсорбента
В противоточной схеме адсорбент вводят однократно в последнюю ступень и он движется навстречу сточной воде. По этой схеме процесс очистки ведут непрерывно при значительно меньшем расходе адсорбента. Однако эта установка дороже и сложнее в эксплуатации.
Схема адсорбционной установки с противоточным введением сорбента.
1,5- подача сточных вод и отведение очищенной воды; 2 - подача сорбента; 3- резервуары с перемешивающим устройством; 4 - отстойники для отделения отработанного сорбента и воды; 6 - выпуск отработанного сорбента; 7 - система подачи сорбента на предыдущую ступень; 8 - адсорбционный фильтр
Адсорбированные вещества из угля извлекают десорбцией насыщенным или перегретым водяным паром или нагретым инертным газом. Применяют и другие методы.
Ионообменная очистка
Ионообменная очистка применяется для извлечения из сточных вод металлов (цинка, меди, хрома, никеля, свинца, ртути, кадмия, марганца и др ), а также соединений мышьяка, фосфора, цианистых соединений и радиоактивных веществ. Метод позволяет рекуперировать ценные вещества при высокой степени очистки.
Сущность ионного обмена.
Ионный обмен представляет собой процесс взаимодействия раствора с твердой фазой, обладающей свойствами обменивать ионы, содержащиеся в ней на другие ионы, присутствующие в растворе. Вещества, составляющие эту твердую фазу носят название ионитов. Они практически не растворимы в воде. Те из них, которые способны поглощать из растворов электролитов положительные ионы, называются катионитами (Н+ и Na+ формы) и обладают кислотными свойствами, отрицательные ионы - анионитами (Cl- и ОН- формы) и обладают основными свойствами.
Иониты бывают неорганические (минеральные) и органические. Это могут быть природные вещества или вещества, полученные искусственно.
К неорганическим природным ионитам относятся цеолиты, глинистые минералы, полевые шпаты, различные слюды и др. К неорганическим синтетическим ионитам относятся силикагели, трудно растворимые окиси и гидроокиси некоторых металлов (алюминия, хрома, циркония). Органические природные иониты - это гуминовые кислоты почв и углей. Они проявляют слабо кислотные свойства. К органическим искусственным ионитам относятся ионообменные смолы с развитой поверхностью (имеют наибольшее практическое значения для очистки сточных вод).
Важнейшим свойством ионитов является их поглотительная способность (обменная емкость). Полная емкость ионита – это количество находящихся в воде грамм-эквивалентов ионов, которое может поглотить 1 м3 ионита до полного насыщения. Рабочая емкость - это количество находящихся в воде грамм-эквивалентов ионов, которое может поглотить 1 м3 ионита до начала проскока в фильтрат поглощаемых ионов.
После полного насыщения смол в процессе ионообмена их регенерируют. Регенерация катионитов заключается в пропускании через отработанную смолу 10-15%-ного раствора серной кислоты (соляной кислоты). Водород кислоты обменивается в смоле на катионы тяжелых металлов. Для анионитов регенерацию можно проводить 10-15%-ным раствором хлористого натрия (щелочи). Возможны и другие способы.
Схемы ионообменных установок.
Процессы ионообменной очистки сточных вод проводят на установках периодического и непрерывного действия.
Схема ионообменной установки периодического действия.
1 - колонна; 2 - решетка; 3 - слой ионита; 4 - 6 - распределители; 7 - бак с регенерирующим раствором; 8 – насос
Сточная вода поступает внутрь аппарата (фильтра), представляющего собой закрытый цилиндрический резервуар с расположенным у днища щелевым дренажным устройством, проходит слой ионита и выходит через распределитель 6. Затем подается промывная вода и после этого регенерирующий раствор. Таким образом, цикл работы аппарата состоит из следующих стадий: ионообмен, отмывка ионита от механических примесей, регенерация ионита, отмывка ионита от регенерирующего раствора.
Недостатки установок периодического действия: большие объемы аппаратов, значительный расход реагентов, большая единовременная загрузка сорбента, сложность автоматизации процесса.
Непрерывный ионообмен дает возможность уменьшить затраты смолы, реагентов для регенерации, промывной воды, а также применять более компактное оборудование.
В аппаратах непрерывного действия ионит движется по замкнутому контуру, последовательно проходя стадии сорбции, регенерации и промывки.
Колонны непрерывного действия могут работать как с движущимся слоем смолы, так и с псевдоожиженным слоем (при очистке сточных вод, загрязненных взвешенными веществами).
1– подача сточной воды; 2-устройство для транспортирования ионита; 3-устройство для отбора ионита; 4-подача необработанной сточной воды; 5-регулятор скорости движения потока воды в регенераторе; 6-подача регенерационного раствора; 7- внутренний корпус для регенерации ионита; 8-отвод послерегенерационного раствора; 9- ионообменная колонна; 10- воронка для приема отработанного ионита; 11- выпуск отработанной сточной воды.
Ионообменный аппарат непрерывного действия
Аппарат состоит из ионообменной емкости, выполненной в виде усеченного конуса. Внутри этого конуса находится второй усеченный конус, где происходят процессы регенерации и отмывки. Необработанная сточная вода подается в колонну через трубу с коническими насадками. Пройдя через псевдоожиженный слой ионита, обработанная вода выходит из верхней части колонны, откуда через трубчатое устройство с помощью эрлифта или эжектора подается в верхнюю часть колонны. Во внутреннем полом усеченном конусе скорость движения потока воды уменьшают с помощью регулятора, что способствует вовлечению отработанного ионита в этот конус и последующему осаждению его в нижней части ионообменной установки. Регенерационный раствор подается в нижнюю часть внутреннего усеченного конуса, а отводится из верхней части. Регенерированный ионит, продолжая опускаться навстречу восходящему потоку воды, промывается и переходит в рабочую зону колонны.
Колонна с движущимся слоем смолы.
1 - корпус; 2 - разделительная зона; 3 - смола; 4 - эрлифт.
Сточная вода подается снизу, а смола сверху. Колонна малоэффективна из-за сильного перемешивания фаз и неравномерного распределения смолы по сечению колонны.