1. 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

2. 37. 1. Физико-химични основи на процесите
VI. 37. Сорбционни процеси за пречистване на производствени отпадъчни води
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)

3. 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.

4. 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

5. 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

6. 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

7. 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

8. 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

9. 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

10. 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

11. 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

12. 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]