Сорбционни процеси за пречистване на производствени отпадъчни води Раздел VI Методи, процеси и съоръжения за пречистване на производствени отпадъчни води Тема 37 Сорбционни процеси за пречистване на производствени отпадъчни води Физико-химични основи на процесите Основни технологични схеми с адсорбционни филтри Технологично оразмеряване на адсорбционни филтри

37. 1. Физико-химични основи на процесите VI. 37. Сорбционни процеси за пречистване на производствени отпадъчни води 37. 1. Физико-химични основи на процесите Сорбцията е процес на трансфер на разтворени вещества (сорбати) и фиксирането им в (на) потопена в разтвора твърда фаза (сорбент) Видове сорбционни взаимодействия Адсорбция – фиксиране на сорбата върху повърхността на сорбента чрез молекулярно и/или електростатично взаимодействие Абсорбция – фиксиране на сорбата в обема на сорбента чрез молекулярно взаимодействие или механично задържане на сорбата в порите на сорбента Хемосорбция – фиксиране на сорбата във веществото на сорбента чрез химично взаимодействие (сорбентът променя химичния си състав) Видове сорбционни процеси Сорбция в статични условия – сорбента и сорбата се преместват заедно в пространството на реактора (механично разбъркване) Сорбция в динамични условия – разтворът на сорбата се филтрира в поровото пространство на насипния сорбент (филтрация в статичен, експандиран или псевдокипящ слой)

37. 1. Физико-химични основи на процесите Сорбцията е обратим процес - наред със сорбирането на веществото от разтвора се извършва и процес на неговото отделяне от сорбента – десорбция Процесите на сорбция и десорбция протичат едновременно и при определени условия са в динамично равновесие Скоростта на процесите на сорбция и десорбция зависят право пропорционално от концентрациите на сорбата съответно в разтвора и върху сорбента В момента, когато скоростта на двата процеса се изравнят, настъпва динамично равновесие, при което масата на адсорбираните частици се изравнява с тази на десорбираните и концентрацията на сорбата в разтвора остава постоянна – Cs (наречена равновесна концентрация) Сорбционните процеси зависят чувствително от температурата на средата Процесите на адсорбция се описват с т. н. адсорбционни изотерми на Frоindlich или на Langmuir.

37. 1. Физико-химични основи на процесите Адсорбционна изотерма на Langmuir аs = Kад.Cs аs – специфична сорбция, kg/kg Kад – коефициент на разпределение на сорбата мжду сорбента и разтвора Cs – равновесната концентрация На фигурата: аmax – максималнастойност на а а0 – стойност на а, съответстваща на концентрация C0 върху повърхността на сорбента В диапазона (0 – а0), респ. (0 – С0) зависимостта а = f(С) е линейна и с нарича област на Henry

37. 1. Физико-химични основи на процесите След достигане на равновесната концентрация - Сs , сорбентът продължава да адсорбира, но концентрацията на сорбата нараства непрекъснато до достигане на началната концентрация в разтвора – Сн , при което адсорбцията се прекратява Времето за което се достига определена (зададена) концентрация на сорбата в разтвора се нарича време на защитно действие на сорбента – tз.д. При адсорбционни филтри времето на защитно действие се определя с формулата: tз.д. = k з.д..H – ε.Δτ k з.д. - коефициент на защитно действие (определя се експериментално) H – височина на флтърния слой, m Δτ – загуба на защитно време (т.е., времето от момента на достигане на зададената концентрация на сорбата в разтвора до момента на достигане на равновесната му концентрация - Сs ε – порьозност на насипния филтърн пълнеж

37. 1. Физико-химични основи на процесите Сорбционните процеси са подходящи за отстраняване на биорезистентни органични разтворени (в малки концентрации) вещества в някои производствени отпадъчни води – ароматни съединения, багрила, хидрофобни алифатични съединения Сорбционите процеси на пречистване задължително се съчетават с процеси на регенериране на сорбента Регенерирането на сорбента се свежда до неговата термична или реагентна обработка с цел възстановяване на сорбционните му свойства В зависимост от това, дали при регенерирането на сорбента отстраняваният сорбат се разрушава или се възстановява за оползотворяване се различават т.н. детструктивни и ргенеративни методи За извличане на сорбати при регенеративния подход се използва реагентна обработка чрез процеси на екстракция с органични разворители или евапорация За отстраняване на сорбати при деструктивния подход се използва термична обработка на сорбента или обработка със силни окислители. При това се разрушава и се губи и известна част (около 10 %) от сорбента, който трябва да се възстанови

37. 2. Основни технологични схеми с адсорбционни филтри Схема на сорбционна инсталация с последователно подаване на сорбента 1 – подаване на отпадъчната вода; 2 – подаване на сорбента; 3 –сорбционен резервоар (статична адсорбция) с механично разбъркване; 4 – утаители за отделяне на сорбента; 5 – отделяне на сорбента; 6 – оттичане на пречистената отпадъчна вода

37. 2. Основни технологични схеми с адсорбционни филтри Схема на сорбционна инсталация с противопоточно подаване на сорбента 1 – подаване на отпадъчната вода; 2 –сорбционен резервоар (статична адсорбция) с механично разбъркване; 3 – утаители за отделяне на сорбента; 4 – подване на сорбента; 5 – оттичане на пречистената отпадъчна вода;6 – резервоар за събиране на сорбента; 7 – помпи за сорбент; 8 – отделне на отработения сорбент

37. 2. Основни технологични схеми с адсорбционни филтри Схема на единична адсорбционна колона 1 – подаване на отп. вода 2 – подаване на сорбента 3 – част за декантиралата вода 4 – адсорбционна колона 5 – централна захранваща тръба 6 – разпределителна решетка 7 – оттичане на пречистената отп. вода 8 – сгъстител на сорбента 9 – отстраняване на отработения сорбент

37. 2. Основни технологични схеми с адсорбционни филтри Схема на инсталация за термично регенериране на високо-дисперсен активен въглен 1 – резервоар за отработения активен въглен; 2 – дозатор; 3 – регенератор; 4 – горивна камера; 5 – сепаратор; 6 – шнек; 7 – филтър; 8 – пневматичен транспортьор; 9 – резервоар за регенериран въглен

37.3. Технологично оразмеряване на адсорбционни филтри При статична адсорбция баланс: m.amax + Q.Cs = Q.Cн , откъдето m = Q(Cн – Cs)/Kад.Cs ; C = Q.Cн/(Q + Kад.m) = Cs m – маса на сорбента Q – количество на отпадъчните води C – концентрация на сорбата в пречистените отпадъчни води При динамична адсорбция При схема с последователно подаване на сорбента mn = [(Cн/Cn – 1)1/n]Q/ Kад ; Cn = [Q/(Q + Kад.mn)]n.Cн ; m = к. mn mn – маса на сорбента в n-тата степен на каскадата от реактори Cn - концентрация на сорбата в отпадъчните води след n-тата степен на каскадата от реактори к – общ брой на реакторите в каскадата

37.3. Технологично оразмеряване на адсорбционни филтри При динамична адсорбция (продължение) При схема с противопоточно подаване на сорбента баланс: α.mn+1 – β.m – γ = 0, откъдето m = .......... , където α = (Kад / Q)n+1 ; β = Kад . Cн / Q.Cn ; γ = Cн / Cn -1 Cn = Cн .[Kад . m / (Q -1)]/[(Kад . m / Q )n+1 – 1]