Автор работы: Пользователь скрыл имя, 27 Октября 2013 в 12:29, курсовая работа
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.
где ε - пористость адсорбента(в долях единицы);Δτ - время, в течении которого концентрация веществ в фильтрате изменяется от концентрации сорбата при допустимом проскоке Сд.п. до Сн.
Величина Δτ определяется по выходной кривой динамики адсорбции (Рис.2), устанавливаемой экспериментально. По выходной кривой определяется момент появления сорбата в фильтрате τпр – время проскока, а после этого момента фиксируется увеличение концентрации сорбата до максимального, соответствующего Сн..
При отсутствии экспериментальной выходной кривой величину Δτ определяют расчетным путем по формуле:
где r-радиус зерна адсорбента; κ - коэффициент, зависящий от геометрии зерна; Dе - эффективный коэффициент диффузии.
Коэффициент κ для сферических частиц равен 0,308. Для цилиндрических частиц он зависит от отношения длины цилиндра l к радиусу его основания r:
Таблица 2
Значение коэффициента κ
l/r |
1 |
2 |
4 |
∞ |
κ |
0,17 |
0,31 |
0,45 |
0,6 |
Количество вещества V, задерживаемого насыпным фильтром, кг.
где h - эмпирическая константа, F - площадь фильтрата, м2; ад – динамическая активность адсорбента, кг/м3. [3]
Процесс адсорбционной очистки сточной воды ведут при интенсивном перемешивании адсорбента с водой, при фильтровании воды через слой адсорбента или в псевдоожиженном слое на установках периодического или непрерывного действия.
В данном процессе используют активный уголь в виде частиц 0,1 мм и меньше. Процесс проводят в одну или несколько ступеней. Обычно сорбционная установка представляет собой несколько параллельно работающих секций, состоящих из 3 − 5 последовательно расположенных фильтров.
Рис.4. Схема установки с последовательным введением адсорбента: 1,2-подача сточной воды и сорбента соответственно; 3- резервуары с перемешивающим устройством (смесители); 4- отстойники для отделения отработанного адсорбента от сточной воды; 5-выпуск обработанной сточной воды; 6-выпуск отработанного адсорбента
При достижении предельного насыщения головной фильтр отключается на регенерацию, а обрабатываемая вода подается на следующий фильтр. После регенерации головной фильтр включается в схему очистки уже в качестве последней ступени.
Статическая одноступенчатая адсорбция нашла применение в тех случаях, когда адсорбент очень дешев или является отходом производства. Более эффективно (при меньшем расходе адсорбента) процесс протекает при использовании многоступенчатой установки. При этом в первую ступень вводят столько адсорбента, сколько необходимо для снижения концентрации загрязнений от Cн до С1, затем адсорбент отделяют отстаиванием или фильтрованием, а сточную воду направляют на вторую ступень, куда вводят свежий адсорбент. Во второй ступени концентрация снижается с С1 до С2 и т.д. [6]
В противоточной схеме адсорбент вводят однократно в последнюю ступень, и он движется навстречу сточной воде.
Рис.5. Схема установки с противоточным введением адсорбента:1-подача сточной воды; 2-резервуар с перемешивающим устройством; 3-отстойники для отделения отработанного адсорбента от сточной воды; 4- подача адсорбента; 5-выпуск отработанной сточной воды; 6- резервуар для сбора адсорбента; 7- насосы для перекачки адсорбента; 8-выпуск отработанного адсорбента.
По этой схеме процесс ведут непрерывно при значительно меньшем расходе адсорбента, чем по схеме с последовательном введением. Однако эти установки дороги и сложны в эксплуатации. [4]
В динамических условиях процесс очистки проводят при фильтровании сточной воды через слой адсорбента. Скорость фильтрования зависит от концентрации растворенных веществ и колеблется от 2 − 4 до 5 − 6 м3/ч через 1 м2 поперечного сечения колонны. Вода в колонне движется снизу вверх, заполняя все ее сечение. Адсорбент применяют в виде частиц размерами 1,5 − 5 мм. При более мелких зернах возрастает сопротивление фильтрованию жидкости. Уголь укладывают на слой гравия, уложенного на решетке. Во избежание забивки адсорбента сточная вода не должна содержать твердых взвешенных примесей.
В одной колонне при неподвижном слое сорбента процесс очистки ведут периодически до проскока, а затем адсорбент выгружают и регенерируют. При непрерывном процессе используют несколько колонн. По такой схеме две колонны работают последовательно, а третья отключена на регенерацию. При проскоке в средней колонне на регенерацию отключают первую.
Рис.6. Схема установки непрерывного действия: I -подача сточной воды; II-отвод очищенной воды; III-подача очищенной воды: 1-усреднитель; 2-насос; 3-фильтр; 4-колонна; 5-ёмкость.
В момент проскока в колонне появляется слой адсорбента высотой Lc, который не работает. Этот слой называют «мертвым». Если одновременно выводить из колонны «мертвый» слой и вводить в нее такой же слой свежего адсорбента, то колонна будет работать непрерывно. Для подачи адсорбента имеются специальные дозаторы. [5]
Данные установки (периодического
и непрерывного действия) целесообразно
применять при высоком
Адсорбер с псевдоожиженным слоем адсорбента (Рис.7) состоит из ряда секций, расположенных в цилиндрическом корпусе 1. Секции разделены распределительными решетками 2. Адсорбент входит в аппарат через верхнюю трубу и далее по переточным трубам 3 движется противотоком по отношению к сплошной фазе, подаваемой снизу и отводимой сверху. Отвод твердой фазы из аппарата производится с помощью затвора-регулятора 4. [7]
Такой аппарат представляет собой колонну высотой около 4 м. Верхняя часть ее соединена с царгой, имеющей диаметр, в 2 − 2,5 раза больше диаметра основной колонны. В зависимости от диаметра колонны коническое днище имеет центральный угол 30° − 60°. Непосредственно под коническим днищем устанавливается распределительная решетка с отверстиями 5 − 10 мм и шагом отверстий около 10 мм, на которую загружается активированный уголь с размером частиц 0,25 − 1 мм и преимущественным содержанием фракции 0,5 − 0,75 мм. Высота неподвижного слоя составляет 2,5 − 2,7 м . [4]
Рис.8. Цилиндрический одноярусный адсорбер
В нижнюю часть аппарата через центральную трубу, заканчивающуюся диффузором под решеткой, либо через боковой патрубок тройника, подсоединенного к конусному днищу, поступает сточная вода со скоростью, обеспечивающей относительное расширение слоя 1,5 − 1,6.
Важнейшей стадией процесса адсорбционной очистки является регенерация активного угля. Адсорбированные вещества из угля извлекают десорбцией насыщенным или перегретым водяным паром либо нагретым инертным газом. Температура перегретого пара при этом (при избыточном давлении 0,3 − 0,6 МПа) равна 200 − 300 °С, а инертных газов 120 − 140 °С. Расход пара при отгонке легколетучих веществ равен 2,5 − 3 кг на 1 кг отгоняемого вещества, для высококипящих − в 5 − 10 раз больше. После десорбции пары конденсируют, и вещество извлекают из конденсата. Для регенерации углей может быть использована и экстракция (жидкофазная десорбция) органическими низкокипящими и легко перегоняющимися с водяным паром растворителями. При регенерации органическими растворителями (метанолом, бензолом, толуолом, дихлорэтаном и др.) процесс проводят при нагревании или без нагревания. По окончании десорбции остатки растворителей из угля удаляют острым паром или инертным газом. Для десорбции адсорбированных слабых органических электролитов их переводят в диссоциированную форму. При этом ионы переходят в раствор, заключенный в порах угля, откуда их вымывают горячей водой, раствором кислот (для удаления органических оснований) или раствором щелочей (для удаления кислот).
В некоторых случаях перед регенерацией адсорбированное вещество путем химического превращения переводят в другое вещество, которое легче извлекается из адсорбента. В том случае, когда адсорбированные вещества не представляют ценности, проводят деструктивную регенерацию химическими реагентами (окислением хлором, озоном или термическим путем). Термическую регенерацию проводят в печах различной конструкции при температуре 700 − 800 °С в бескислородной среде. Регенерацию ведут смесью продуктов горения газа или жидкого топлива и водяного пара. Она связана с потерей части адсорбента (15 − 20 %). Разрабатываются биологические методы регенерации углей, при которых адсорбированные вещества биохимически окисляются. [2]
Главным образом, с помощью
удаления адсорбции активированным
углем активного хлора из воды,
цвета, запаха и органических веществ,
как и предварительной обработк
Данные фильтры предназначены для сорбционной очистки воды от запахов, привкусов, хлора и хлорорганических соединений, от природных органических соединений. Принцип действия очистки воды - адсорбция на активированном угле.
Данные системы могут использоваться в коттеджах, гостиница, системах разлива воды, системах коллективного водоснабжения, на промышленных предприятиях и пр.
Загрузочные угольные фильтры для воды могут работать в системах Дуплекс, Триплекс, Куадплекс (параллельно работающие два, три, четыре фильтра).
Производительность данных угольных фильтров для воды от 20 до 200 м3/час. [9]
Адсорбционная
очистка сточных вод
В общезаводской смеси стоков многих хлорорганических производств содержится большое количество веществ — исходных, побочных и конечных продуктов синтеза. Лишь часть этих соединений удается в сточной воде идентифицировать. Суммарную концентрацию органических загрязнений сточных вод оценивают по величине ХПК. На предприятии с комплексом хлорорганических веществ отношение содержания нейтральных, слабокислотных и сильнокислотных загрязнений в сточной воде составляет примерно 23,3 : 51,7 : 25,0. Таким образом, в стоках предприятия хлорорганического синтеза около 77% растворенных органических веществ имеет кислотный характер и около двух третей этих веществ являются очень слабыми кислотами. Следовательно, адсорбция этих веществ, из кислой среды наиболее эффективна, и расход активного угля в этих условиях должен быть существенно меньше расхода активного угля при очистке нейтральных сточных вод. Поскольку на предприятиях, являющихся комплексом ряда относительно небольших производств, состав сточных вод и суммарная концентрация загрязнений изменяются довольно значительно, схема очистки сточных вод должна позволять легко изменять удельный расход активного угля в соответствии с колебаниями концентрации органических веществ в стоке.
Удельный расход активного угля при этом целесообразно оценивать количеством адсорбента, необходимым для поглощения из воды загрязнений в единицах ХПК. Для предприятия хлорорганического синтеза удельный расход активного угля колеблется в довольно узких пределах 5,5—7,5 кг/кг ХПК при изменении концентрации загрязнений в сточной воде почти в 3 раза.
Процесс очистки.
Сточные воды, поступающие из цехов предприятия непосредственно или после предварительного выделения из них ценных продуктов на локальных установках, смешиваются в коллекторе. Такая смесь всегда имеет кислую реакцию, хотя концентрация сильных кислот (преимущественно соляной с примесью серной) может изменяться в довольно широких пределах. Из коллектора смесь сточных вод направляется в отстойник для отделения от грубых взвесей, поступает в промежуточную емкость и насосом подается на песчаный фильтр. Фильтрат собирается в сборник , откуда насосом перекачивается на блок нескольких (не менее двух) колонн с активным углем. После адсорбционной очистки вода направляется в смеситель-нейтрализатор, в который дозируется известковое молоко из бака. Нейтральная очищенная сточная вода отстаивается в отстойнике. Часть воды идет в коллектор очищенных вод, а остальная вода фильтруется через песчаный фильтр и поступает в емкость, откуда забирается насосами для взрыхления угля в адсорбере и отмывки песчаного фильтра. В этой схеме применяются кислотоупорные насосы и трубы (в зависимости от сечения). На самотечных участках могут использоваться желоба. Адсорбционные аппараты выполняют из стали, футерованной изнутри кислотоупорными плитками на арзамитовой замазке, что обеспечивает надежную защиту от кислотной коррозии (рекомендуются также полихлорвиниловые покрытия корпуса адсорбционных колонн, наносимые методом напыления). Кислотоупорные материалы или покрытия применяют и для всех емкостей, в которых находятся сточные воды до нейтрализации.
При адсорбционной очистке предварительно нейтрализованных сточных вод значительно упрощается задача подбора коррозионно устойчивых конструкционных материалов, но расход активного угля возрастает в 3—4 раза, достигая 20 кг/кг ХПК.
Большое содержание хлорорганических веществ в адсорбированных загрязнениях обусловливает специальный режим термической регенерации угля. Во-первых, процесс регенерации необходимо вести при температуре, превышающей 800°С для того, чтобы добиться деструкции и полного окисления хлорорганических соединений. (Для регенерации угля после доочистки биологически очищенных сточных вод достаточна температура 650—700 °С). Во-вторых, разрушение хлорорганических соединений приводит к появлению в отходящих газах печей для термической регенерации повышенного содержания хлористого водорода (при термической регенерации угля после очистки стоков химических предприятий, содержащих сульфированные соединения, в отходящих газах появляется заметное количество SO2). Это влечет за собой необходимость отвода дымовых газов из установки при высокой температуре, чтобы избежать конденсации влаги, а, следовательно, и кислотной коррозии. Не менее существенно и то, что выброс НС1 и S02 загрязняет атмосферу и для предотвращения этого отходящие газы регенерационных установок необходимо отмывать от кислот в орошаемых скрубберах.