По высоте слоя адсорбента

Как видно из рисунка, часть слоя сорбента остается практически ненасыщенным адсорбируемым веществом – так называемый "мертвый слой".

В практике очистки сточных вод для более полного использования сорбционной емкости фильтра высота слоя сорбента должна в 4-5 раз превышать длину работающего слоя.

Длину работающего слоя адсорбента можно рассчитать по выходной кривой адсорбции – зависимости остаточной концентрации вещества в потоке (С/С₀) от времени работы фильтра (τ) (рис. 4) на основе уравнения Шилова:

τ = kH – τ₀ , (6)

где: τ- время защитного действия слоя;

τ₀ - потеря времени защитного действия слоя;

Н - высота слоя адсорбента;

k - коэффициент защитного действия слоя (мин/см)

Значение k определяется по формуле:

, (7)

где: А₀ – равновесная статическая емкость адсорбента, при концентрации С₀, определяемая из изотермы адсорбции (мг/см³ или г/м³ );

ω – линейная скорость фильтрации (см/мин или м/мин);

С₀ – исходная концентрация (мг/см³), г/м³;

Коэффициент защитного действия слоя характеризует время перемещения зоны массопереноса на единицу длины слоя сорбента.

u = 1/k отражает скорость движения зоны массопереноса.

Длину работающего слоя рассчитывают по формуле:

, (8)

где: τ_РАВН – время работы фильтра, до появления за слоем концентрации равной исходной С₀.

τ – время работы фильтра до проскока извлекаемого вещества в фильтрат

φ – фактор симметричности выходной кривой, φ = S_ABC/S_ABCD ,(рис 4);

.

t

Рис. 4. Выходная кривая адсорбции

Уравнение Шилова позволяет определить время работы слоя адсорбента любой длины L>L₀ по экспериментально установленным величинам k₀ и τ₀.

В практике сорбционной очистки сточных вод для более полного использования сорбционной емкости АУ используют блок сорбционной очистки, состоящий из трех фильтров, соединенных таким образом, что два из них могут работать в любом сочетании последовательно, а третий отключаться на регенерацию (рис.5). Регенерацию можно проводить непосредственно в фильтре паром или горячим воздухом.

Высота слоя сорбента в фильтре – не менее 1,5 м. Время контакта сточной воды с сорбентом при извлечении низкомолекулярных ароматических соединений должно составлять не менее 15 мин, при извлечении высокомолекулярных соединений – 20-30 мин.

Рис.5. Технологическая схема адсорбционной очистки сточных вод

с применением фильтров с неподвижным слоем сорбента: 1– фильтр

Лабораторная работа №1 Определение удельного расхода активированного угля для очистки сточных вод в статическом режиме

Цель работы: Построение изотермы адсорбции органических веществ на АУ, определение дозы АУ для очистки сточной воды до заданной концентрации.

Приборы и оборудование:

1. Фотоэлектроколориметр ФЭК-56М;

2. Кюветы с толщиной слоя 5см;

3. Колбы с притертыми пробками объемом 200 мл.

4. Мерные пипетки.

Реактивы:

1. Модельный раствор, содержащий органическое вещество;

2. АУ (марки АУ - АГ-3, БАУ, КАУ).

Порядок выполнения работы:

Опыт 1. Определение концентрации органических веществ в модельном растворе

По заданию преподавателя студенту выдается модельный раствор, содержащий краситель – метиленовый голубой.

Концентрацию метиленового голубого в растворе определяют по оптической плотности раствора на ФЭК-56 при длине волны = 425нм, в кювете толщиной 5 см. В кювету сравнения помещают воду. Концентрацию метиленового голубого определяют по калибровочному графику.

Для построения калибровочного графика отбирают 0, 0,25, 0,5, 1, 2,4, 10 мл раствора метиленового голубого с концентрацией 1 г/л в колбы объемом 50 мл и доводят каждый раствор до 50 мл дистиллированной водой и обрабатывают как при анализе пробы. По полученным данным строят калибровочный график – зависимость оптической плотности от концентрации раствора.

Опыт 2. Построение изотермы адсорбции

Растереть в ступке 5-10 г АУ до порошкообразного состояния. Навески АУ (марки АУ задаются преподавателем) массой 0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 3,0 г взять на аналитических весах с точностью до 0,0001г и перенести в колбы на 200 мл. В каждую колбу добавить 100 мл раствора красителя с концентрацией 1 г/л, плотно закрыть крышкой и поставить на колбовстряхиватель. Через 30 мин. АУ отделить от растворов фильтрованием через складчатый фильтр. В фильтратах определить равновесную концентрацию анализируемого компонента способом, описанным в опыте 1. Величину адсорбции рассчитайте по формуле 1. Результаты измерений оформить в виде таблицы:

Таблица 1

№№	Масса АУ, г	Концентрация исходного раствора, Со, мг/дм3	Равновесная концентрация раствора, Ср, мг/дм3	Адсорбция, А, мг/г

Задание

1. По результатам опытов построить изотерму адсорбции в координатах A = f(C_p). По полученным данным построить изотерму адсорбции в координатах уравнения Ленгмюра и уравнения Фрейндлиха. Определите коэффициенты в этих уравнениях.

2. Определение дозы АУ, необходимого для очистки воды до заданной конечной концентрации.

По полученной изотерме адсорбции рассчитайте удельный расход АУ (г/л), необходимый для очистки воды до заданной преподавателем концентрации С_k с использованием одноступенчатой схемы очистки по формуле (2) и расход АУ, необходимый для очистки воды до концентрации С_k при проведении процесса адсорбции в 3 ступени по формуле (3).

3. Оцените, во сколько раз снизился удельный расход АУ с использованием трех ступенчатой схемы очистки сточных вод.