Адсорбционная очистка сточных вод реферат

Обновлено: 02.07.2024

Адсорбция – это процесс поглощения вещества из окружающей среды твердым телом. Поглощающее тело называется адсорбентом, а поглощаемое – адсорбатом.

Адсорбционная очистка может применяться как метод предварительной очистки, так и доочистки. Преимуществами этого метода являются возможность адсорбции многокомпонентных смесей. Адсорбционный метод очистки сточных вод является эффективным методом.

Адсорбционная очистка сточных вод наиболее рациональна, если в них содержатся преимущественно ароматические соединения, неэлектролиты или слабые электролиты, красители, непредельные соединения или гидрофобные (например, содержащие хлор или нитрогруппы) алифатические соединения. При содержании в сточных водах только неорганических соединений, а также низших одноатомных спиртов, как правило, этот метод не применим.

В качестве адсорбентов применяют различные искусственные и природные пористые материалы: золу, коксовую мелочь, торф и др. Наиболее эффективным адсорбентом являются активированные угли.

Процесс адсорбции может осуществляться в статических условиях, при которых частица жидкости не перемещается относительно частицы адсорбента, т.е. движется вместе с последней (аппараты с перемешивающими устройствами), а также в динамических условиях, при которых частица жидкости перемещается относительно адсорбента (фильтры с неподвижной загрузкой, аппараты с псевдожиженным слоем).

В зависимости от дисперсного состава адсорбента принципиальные конструкции адсорберов можно подразделить на следующие типы:

II – адсорбер с псевдожиженной загрузкой при восходящем потоке воды со скоростью 10-40 м/ч, применяется для фракций 0,25-2,5 мм;

III – адсорберы-смесители применяются для фракций 0,05-0,5 мм;

Адсорберы I типа (марки ФСУ) могут применяться для очистки любых объемов сточных вод самого широкого спектра концентраций и химического строения извлекаемых примесей (рис. 4.23). Однако концентрация взвешенных веществ должна быть не более 5 мг/л.

Рис. 4.23. Схема насыпного сорбционного фильтра (типа ФСУ): 1 – вход обрабатываемой воды (конденсата); 2 – выход обрабатываемой воды (конденсата); 3 – подача промывочной-взрыхляющей воды; 4 – сброс промывочной воды; 5 – спуск первого фильтрата и опорожнение фильтрата; 6, 7 – штуцера для гидрозагрузки и гидровыгрузки активированного угля; 8 – воздушник; А – корпус; Б – активированный уголь; В – нижнее днище; Г – нижний дренаж (копирующий); Е – лаз; ВРП – верхнее распределительное устройство.

Адсорберы II типа (рис. 4.24) наиболее целесообразно применять для очистки небольших объемов сточных вод с хорошо сорбируемыми загрязнениями. В них содержание взвешенных частиц должно быть не более 1,0 г/л, гидравлическая крупность не более 0,3 мм/с.

Рис. 4.24. Адсорберы с псевдоожиженным слоем: а – цилиндрический одноярусный: 1 – колонна; 2 – воронка; 3 – труба; 4 – решетка; 5 – сборник; б – одноярусный с выносным смесителем: 1 – смеситель; 2 – насос; 3 – колонна; 4 – сборник.

1. В настоящее время в основном применяются цилиндрические одноярусные адсорберы (рис. 4.24, а). Одноярусный цилиндрический аппарат представляет собой колонну высотой около 4 м. Верхняя часть ее соединена с царгой, имеющей диаметр, в 1,5-2 раза больший диаметра основной колонны.

Файлы: 1 файл

КП по ТХОС.doc

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Выполнил: студент группы 320601______________________ Кислова Д.А.

Проверил: преподаватель ______________________ Демичева Ю.Л.

Введение

Объем потребляемой в мире воды достигает 4 трлн. м3 в год, а
преобразованию со стороны человека подвергается практически вся гидросфера. Химическая и нефтехимическая отрасли промышленности способствуют проникновению в водную среду веществ, обычно отсутствующих в ней, или превышению естественного уровня их концентрации, ухудшающей качество водной среды.

За время существования человечества в природную среду было введено огромное количество органических веществ. Вредные химические элементы и вещества попадают в водоемы, ухудшая их санитарное состояние и вызывая необходимость специальной глубокой очистки воды перед использованием ее для хозяйственно-питьевых и некоторых промышленных целей. Многие органические примеси не извлекаются из воды механически, не нейтрализуются при биологической очистке, не удаляются такими традиционными методами водоочистки, как отстаивание, коагуляция и флотация. Это обуславливает введение в комплексную технологическую схему водоподготовки стадии адсорбционной доочистки. Как правило, эта стадия является заключительным этапом в технологическом процессе очистки воды. Адсорбционный метод является хорошо управляемым процессом. Он позволяет удалять загрязнения различного характера практически до любой остаточной концентрации независимо от их химической устойчивости. При этом отсутствуют вторичные загрязнения. Отсюда перспективной является тенденция развития фильтрующе-сорбирующих устройств, предназначенных для локальной доочистки питьевой воды, и этот вопрос является весьма актуальным.

1. Основы процесса адсорбции.

Адсорбционные методы широко используются для глубокой очистки сточных вод растворенных органических веществ после биохимической очистки, а также в локальных установках если концентрация этих веществ в воде невелика, и они биологически разлагаются или являются сильно токсичными. Применение локальных установок целесообразно если вещество хорошо адсорбируется при небольшом удельном расходе адсорбента.

Адсорбцию используют для обезвреживания сточных вод от фенолов, пестицидов, ароматических нитросоединений, ПАВ, красителей и др. Достоинством метода является высокая эффективность, возможность очистки сточных вод, содержащих несколько веществ, а также рекуперация этих веществ.

Адсорбционная очистка может быть регенеративной, т.е. с извлечением вещества из адсорбента и его утилизацией, деструктивной, при которой извлеченные из сточных вод вещества уничтожаются вместе с адсорбентом. Эффективность адсорбционной очистки достигает 80-95 % и зависит от химической природы адсорбента, величины адсорбционной поверхности и ее доступности, от химического строения вещества и его состояния в растворе.

Адсорбция растворенных веществ - результат перехода молекулы растворенного вещества из раствора на поверхность твердого адсорбента под действием силового поля поверхности. При этом наблюдаются два вида межмолекулярного взаимодействия: молекул растворенного вещества с молекулами (или атомами) поверхности адсорбента и молекул растворенного вещества с молекулами воды в растворе (гидратация). Разность этих двух сил межмолекулярного взаимодействия и есть та сила, с которой удерживается извлеченное из раствора вещество на поверхности адсорбента. Чем больше энергия гидратации молекул растворенного вещества, тем большее противодействие испытывают эти молекулы при переходе на поверхность адсорбента и тем слабее адсорбируется вещество из раствора. [1]

1.1. Адсорбенты.

В качестве адсорбентов применяют различные искусственные и природные пористые материалы: силикагели, алюмогели, активные глины, золу, шлаки, опилки, коксовую мелочь, торф и др. Наиболее эффективными адсорбентами являются активированные угли. Они должны обладать определёнными свойствами:

- должны слабо взаимодействовать с водой и хорошо с органическими веществами;

- быть относительно крупнопорист ыми, чтобы их поверхность была доступна для больших и сложных органических молекул;

- при малом времени контакта с водой они должны иметь высокую адсорбционную ёмкость, высокую селективность и малую удерживающую способность при регенерации.

При соблюдении последнего условия затраты на регенерацию угля будут минимальными. Угли должны быть прочными, быстро смачиваться водой, иметь определенный гранулометрический состав. В процессе очистки используют мелкозернистые адсорбенты с частицами размером 0,25-0,5 мм и высокодисперсные угли с частицами размером менее 40 мкм, а также гранулированные угли с размером d=2-5 мм, h=5-10 мм.

Важно также чтобы угли обладали малой каталитической активностью по отношению к реакциям окисления, конденсации и др., т.к. некоторые органические вещества, находящиеся в сточных водах способны окисляться.

Сырьем для активных углей может быть практически любой углеродосодержащий материал: уголь, древесина, полимеры, отходы пищевой, целлюлозно-бумажной и других отраслей промышленности.

Адсорбционная способность активных углей является следствием сильно развитой поверхности. [2]

В табл. 1 приведена характеристика наиболее часто применяемых активных углей.

Сорбция как процесс поглощения одного вещества из окружающей среды другим веществом, твердым телом или жидкостью. Виды применяемых сорбентов в промышленности. Аппаратура сорбционной очистки сточных вод. Регенерация активного угля растворителями.

Рубрика	Экология и охрана природы
Вид	реферат
Язык	русский
Дата добавления	27.12.2013
Размер файла	835,2 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

1. Основные процессы сорбции

2. Виды применяемых сорбентов

3. Аппаратурное оформление процесса сорбционной очистки

4. Регенерация сорбционных установок

Сорбция - это процесс поглощения одного вещества из окружающей среды другим веществом, твердым телом или жидкостью. Поглощающее тело называется сорбентом, а поглощаемое - сорбатом.

Сорбция представляет собой один из наиболее эффективных методов глубокой очистки от растворенных органических веществ сточных вод предприятий целлюлозно-бумажной, химической, нефтехимической, текстильной и других отраслей промышленности. Сорбционная очистка может применяться самостоятельно и совместно с биологической, как метод предварительной и глубокой очистки.

Сорбционные методы весьма эффективны для извлечения из сточных вод ценных растворенных веществ с их последующей утилизацией и использования очищенных сточных вод в системе оборотного водоснабжения промышленных предприятий.

Сорбционная очистка сточных вод наиболее рациональна, если в них содержатся преимущественно ароматические соединения, не электролиты или слабые электролиты, красители, непредельные соединения или гидрофобные (например, содержащие хлор или нитрогруппы) алифатические соединения. При содержании в сточных водах только неорганических соединений, а также низких одноатомных спиртов этот метод не применим.

1. Основные процессы сорбции

сорбция уголь растворитель сточный

Процесс сорбции может осуществляться в статических условиях, при которых частица жидкости не перемещается относительно частицы сорбента, т. е. движется вместе с ней, а также в динамических условиях, когда частица жидкости перемещается относительно сорбента.

Таким образом, сорбцию называют статической, когда поглощаемое вещество, находится в газообразной или жидкой фазе, приведено в контакт с неподвижным сорбентом или перемешиваются с ним. Так происходит в аппаратах с перемешивающими устройствами. Динамической сорбцию называют в тех случаях, когда поглощаемое вещество находится в подвижной жидкой или газообразной фазе, которая фильтруется через слой сорбента. Так происходит в аппаратах с псевдоожиженным слоем, фильтрах.

В соответствии с этим различают статическую и динамическую активность сорбента. Статическая активность характеризуется количеством поглощенного вещества на единицу массы сорбента к моменту достижения равновесия в определенных условиях (постоянных температуре жидкости и начальной концентрации вещества). Динамическая активность сорбента характеризуется временем от начала пропускания сорбата до его проскока, т.е. до появления за слоем сорбента, или максимальным количеством вещества, поглощенного единицей объема или массы сорбента до момента появления сорбируемого вещества через слой сорбента. Динамическая активность в промышленных адсорберах составляет 45 ? 90%. На практике сорбционные процессы осуществляют, как правило, в динамических условиях, так как это обеспечивает непрерывность технологического процесса и возможность его автоматизации. Между количеством вещества, адсорбированного сорбентом и оставшегося в растворе, в разбавленных растворах наступает равновесие, подчиняющееся закону распределения.

Сорбция ? процесс обратимый, т. е. адсорбированное вещество (сорбат) может переходить с сорбента обратно в раствор. При прочих равных условиях скорости протекания прямого (сорбция) и обратного (десорбция) процессов пропорциональны концентрации вещества в растворе и поверхности сорбента. Поэтому в начальный период процесса сорбции, т. е. при максимальной концентрации вещества в растворе, скорость сорбции также максимальна. По мере повышения концентрации растворенного вещества на поверхности сорбента увеличивается число сорбированных молекул, переходящих обратно в раствор. С момента, когда количество сорбируемых из раствора (в единицу времени) молекул становится равным количеству молекул, переходящих с поверхности сорбента в раствор, концентрация раствора становится постоянной. Эта концентрация называется равновесной.

Если после достижения адсорбционного равновесия несколько повысить концентрацию обрабатываемого раствора, то сорбент сможет извлечь из него еще некоторое количество растворенного вещества. Но нарушаемое таким образом равновесие будет восстанавливаться лишь до полного использования сорбционной способности (емкости) сорбента, после чего повышение концентрации вещества в растворе не изменяет количества сорбируемого вещества.

Скорость процесса адсорбции зависит от концентрации, природы и структуры растворенных веществ, температуры воды, вида и свойств адсорбента. Учитывая все обстоятельства, определяют условия, при которых адсорбционная очистка сточных вод идет с оптимальной скоростью. Процесс целесообразно проводить при таких гидродинамических режимах, чтобы он лимитировался во внутридиффузионной области, сопротивление которой можно снизить, изменяя структуру адсорбента, уменьшая размеры зерна.

2 Виды применяемых сорбентов

Минеральные сорбенты используют мало, так как энергия взаимодействия их с молекулами воды велика - иногда превышает энергию адсорбции. Пористость этих углей составляет 60 ? 75 %, а удельная площадь поверхности 400 ? 900 м2 на единицу веса сорбента. Адсорбционные свойства активированных углей в значительной мере зависит от структуры пор, их величины, распределения по размерам. В зависимости от преобладающего размера пор активированные угли делятся на крупно- и мелкопористые, и смешанные. Поры по своему размеру подразделяются на три вида:

В настоящее время, в связи с ростом промышленности, наблюдается высокий уровень загрязнения окружающей среды, который оказывает негативное влияние на здоровье населения и экосистему в целом [1, с. 1]. Это явно выражено в больших городах, где в непосредственной близости расположено большое количество промышленных предприятий разных направленностей. Также немало важное влияние оказывает хозяйственно-бытовые сточные воды, образующиеся в основном из жилых домов и объектов социального пользования. Особенность таких стоков состоит в смешанном составе и высоком содержании азотсодержащих соединений и фосфатов [2, с. 120]. Предприятия не всегда справляются с очисткой до достаточного уровня ПДК, особенно при большом расходе водного ресурса, по этой причине вынуждены сбрасывать воду в водоёмы без очистки. Особую опасность представляют предприятия в сточных водах которых содержатся высокотоксичные, преимущественно растворённые, химические вещества.

Экономически процесс очистки является одним из дорогостоящих процессов. Как правило, большинство известных методов имеют немалые затраты временных, реагентных и энергетических ресурсов для достижения высокого уровня очистки. Не все предприятия могут себе позволить качественную очистку, что и сопровождается образованием вторичного загрязнения и потери ценных компонентов, содержащихся в сточных водах.

Всё более широкое применение находят адсорбционным методам в очистке сточных вод [3, с. 3]. Адсорбционные методы позволяют очищать воду от широкого спектра загрязнителей с высокой эффективностью до величины ПДК и глубже, также возможностью выделять ценные продукты из воды [4, с. 41]. Адсорбционные установки отличаются своей компактностью, простотой оформления и управления процессом по сравнению с аналогами, позволяющим очищать воду на таком же уровне.

Получение углеродных и синтетических волокон с высокой адсорбционной активностью является актуальным в наше время связи с ростом повышения требований к качеству воды, а также защите окружающей среды от загрязнений в целом. Поэтому проводится так много исследований и разработок в данной области, а также поиск новых сорбционных технологий.

Важной задачей в очистке сточных вод от ионов тяжёлых металлов является подбор материалов, имеющих невысокую стоимость с достаточной глубиной очистки. Данными параметрами обладают природные сорбенты. Соединения хрома (III) и хрома (VI) являются токсичными, поэтому содержание их в сточной воде должно строго контролироваться. В работе [5, с. 497] изучали сорбционную способность по отношению к катионам хрома (III). В результате опока обладает более высокой степенью адсорбции (95‑68 %), в сравнении с другими образцами: диатомит (93–49 %), доломит (58–19 %) и шунгит (56–24 %). В свою очередь в [6, с. 385] для сорбции соединений хрома применяли окисленные активированные углеродные волокна (ОАУВ). ОАУВ с высокой эффективностью поглощают соединения хрома из водного раствора, благодаря своей высокой пористой удельной поверхности. Хотя углеродные волокна и являются эффективными сорбентами, однако они гораздо дороже.

Была установлена связь силы взаимодействия с сорбентом от ионного потенциала солей тяжёлых металлов [7, с. 57]. Показано, что сорбция ионов никеля (II) шла лучше, чем ионов марганца (II). Сорбцию проводили на опоке Уьяновской области с двух месторождений с разным размером частиц. Размер фракции влияет на максимальную величину адсорбции только катионов никеля (II).

Использовали в качестве адсорбентов отходы керамического производства и сельхозпереработки, а также смесь этих отходов для очистки стоков от ионов свинца. Полученные сорбенты подвергали термической обработке для повышения эффективности удаления соединений свинца из стоков. Было установлено, что наиболее эффективных сорбентом является смесь на основе отходов, указанных выше производств, в соотношении 50:50 (% масс.), обработанных при 300 °С в течение 20 минут [8, с. 120].

Применять гель сшитого полиакриламида можно в качестве селективного поглотителя растворённых солей смешанных растворов. Амидные группы способны гидролизоваться с образованием кислоты или её соли в концентрированных растворах сильных кислот и щелочей, однако в растворах других соединений они достаточно устойчивы и не вступают в реакцию с растворёнными веществами. Этот полимер является сравнительно недорогим и доступным [9, с. 796].

Ароматические соединения относятся к 1–3 классам опасности, связи с этим их содержание в сточных водах не допустимо. Ароматические соединения являются к неполярными соединениями, поэтому для эффективной очистки лучше всего подходят углеродные материалы, т. к. имеют высокое сродство с растворёнными соединениями, кроме того на поглощение ароматических азотсодержащих соединений влияет как пористая структура самого адсорбента, так и примеси находящиеся в растворе [10, с. 76]. Отходы лесозаготовок подвергали температурной обработке и активировали. Получались эффективные сорбенты, которые показали хорошие результаты в очистке стоков от ароматических соединений на предприятиях химических, нефтехимических и других отраслей промышленности, однако эти материалы отличались низкой механической прочностью, поэтому их было рекомендовано сжигать как облагороженное твёрдое топливо [11, с. 29].

Сточные воды молочной промышленности имеют широкий ряд загрязняющих веществ и характеризуются неравномерностью состава, после очистки которых, используемые адсорбенты не целесообразно регенерировать. Поэтому в качестве материалов очистки были выбраны дешёвые и доступные углеродные сорбенты, получаемые из бурого угля и отходов переработки древесины. В целях экономии и достижения оптимальной степени очистки (90–95 %), была рассмотрена многоступенчатая схема процесса [12, с. 101].

Состав промышленных сточных вод очень разнообразен: от механических примесей до растворённых токсичных соединений органического и неорганического происхождения. Сорбция модельных растворов смешанного состава на сапропелях и на его смеси с монтмориллонитом и цеолитом в соотношении 2:1:1 в стационарных условиях показала, что доочистку сточных вод можно осуществлять с использованием гранулированного сапропеля. Этот адсорбент достаточно эффективно поглощал ионы тяжёлых металлов при наличии нефтепродуктов [13, с. 98]. Качественная и количественная характеристика сточных вод, образующихся на машиностроительных предприятиях, зависит от вида технологического производства продукции и использования в них воды. Процесс очистки таких вод комплексными методами достаточно трудоёмкий и дорогостоящий. Следовательно, целесообразно разные системы водоотведения подвергать очистке на разных очистных сооружениях с различной технологической линией [14, с. 172].

Часто на гальванических производствах прибегают к сорбционным методам очистки воды, в которой присутствуют гидроксиды некоторых металлов d-подуровня и различные нефтепродукты [15 с. 96]. Проводилось экспериментальное сравнение адсорбционной очистки моделей сточных вод среди угольных сорбентов разных марок. Лучшими оказались активные угли на основе растительного сырья обладающие развитой микропористой структурой.

Одним из источников загрязнения окружающей среды относятся предприятия железнодорожного транспорта. Такие предприятия включают в себя различные депо, вагоноремонтные заводы, гальванические и аккумуляторные цеха и т. д., которые сбрасывают в воду загрязнители широкого состава. Основным способом очистки является применение адсорбционных установок, в которых в качестве адсорбента используют бентонит. Данный тип адсорбента обладает высокой сорбционной способностью по отношению как к нефтепродуктам, так и к молекулам синтетических поверхностно активных веществ. Бентонитовая глина обладает возможностью адсорбции веществ из многокомпонентных смесей, осуществляя эффективную очистку стоков до ПДК с возвратом воды в технический цикл. Сорбционный механизм включает в себя молекулярный ионообменный и хемосорбционный характер [15, с. 63].

Ужесточение требований к очищенным стокам, сбрасываемым в водоемы рыбохозяйственного назначения, и объективная ограниченность возможностей их традиционной биологической очистки обуславливают необходимость в поиске новых видов достаточно дешевых сорбентов с эффективными сорбционными свойствами из доступных видов сырья или промышленных отходов.

Основные термины (генерируются автоматически): вод, III, окружающая среда, предприятие, соединение, сорбент, высокая эффективность, очистка стоков, процесс очистки, соединение хрома.

Расчет и проектирование любого массообменного процесса начинаем с построения линии равновесия. Эта линия показывает зависимость равновесных концентраций вещества между фазами. Равновесие между фазами рассмотрим на примере адсорбции из раствора.

Пусть имеется две фазы – вода, подлежащая очистке и активированный уголь. Причем извлекаемое загрязнение в начале процесса находится только в воде и имеет определенную концентрацию с_о. После соприкосновения фаз в аппарате распределяемое вещество начинает переходить в активированный уголь. С момента появления распределяемого вещества в активированном угле начинается и обратный переход этого вещества в воду. Скорость обратного перехода будет увеличиваться по мере повышения концентрации извлекаемого вещества в активированном угле. В некоторый момент времени скорость перехода извлекаемого вещества из воды в активированный уголь и обратно станет одинаковой. При этом устанавливается, состояние равновесия между фазами и нет явного перехода вещества.

В состоянии равновесия существует определенная зависимость между концентрациями извлекаемого вещества в обеих фазах. Любой концентрации с_i данного вещества в воде соответствует равновесная концентрация этого вещества в активированном угле (а_i). Линия, изображающая равновесную концентрацию в активированном угле и воде называется линией равновесия. Для процесса адсорбции линия равновесия называется изотермой адсорбции.

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ К КУРСОВОЙ РАБОТЕ

1. Расход воды, поступающий на адсорбционную очистку Q=15500 м/ч

2. Начальная концентрация органических веществ в воде c_о=290 мг/дм 3

3. Равновесная (конечная) концентрация загрязнений в очищенной воде c_к=15 мг/дм 3

4. Коэффициент распределения К=1,28

1. Выбор технологической схемы адсорбционной очистки воды порошкообразным активированным углем (ПАУ).

Адсорбционная очистка воды ПАУ осуществляется путем интенсивного перемешивания воды с углем в течение определенного времени и последующего отстаивания ПАУ.

Расчет любой технологической схемы адсорбционной очистки начинаем с построения линии равновесия (изотермы адсорбции). Зная К получим уравнение линии равновесия (рис.1.1)

Читайте также: