Студопедия  
Главная страница | Контакты | Случайная страница

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатика
ИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханика
ОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторика
СоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансы
ХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника

Физико-химические основы сорбционной очистки воды

Читайте также:
  1. I. Основы. Стратегии
  2. I. Теоретические основы изучения туристских информационных систем как новой модели туристского бизнеса
  3. II. Основы горного права
  4. II. Психолого-лингвистические основы развития речи учащихся
  5. III. Совершенствование систем водоотведения и очистки сточных вод
  6. L. Методы очистки газов от аэрозолей
  7. V. Основы управления инвестициями
  8. V1: Основы физиологии растений
  9. V1: Основы экологии и географии растений
  10. V2: Основы финансовой математики

 

Сорбция – это процесс поглощения вещества из окру­жающей среды твердым телом или жидкостью.

Поглоща­ющее тело называется сорбентом, а поглощаемое – сорбатом. Различают поглощение вещества всей массой жидкого сорбента (абсорбция) и поверхностным слоем твер­дого или жидкого сорбента (адсорбция). Сорбция, со­провождающаяся химическим взаимодействием сорбен­та с поглощаемым веществом, называется хемосорбцией.

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 очисткой как метод предварительной и глу­бокой очистки.

Преимуществами этого метода являются возможность адсорбции веществ многокомпонентных сме­сей и, кроме того, высокая эффективность очистки, особенно слабоконцентрированных сточных вод.

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

Адсорбция растворенных веществ – резуль­тат перехода молекулы растворенного вещества из ра­створа на поверхность твердого сорбента под действием силового поля поверхности. При этом наблюдаются два вида межмолекулярного взаимодействия: молекул раство­ренного вещества с молекулами (или атомами) поверх­ности сорбента 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 сорбента.

Сорбционная очистка сточных вод наиболее рацио­нальна, если в них содержатся арома­тические соединения, неэлектролиты или слабые электролиты, красители, соединения, содержащие хлор или нитрогруппы. При содержании в сточных водах только неорганических соединений, а также низ­ших одноатомных спиртов этот метод не применим.

В качестве сорбентов применяют различные искусст­венные и природные пористые материалы: золу, коксо­вую мелочь, торф, силикагели, алюмогели, активные гли­ны, активиро­ванные угли различных марок и др.

Адсорбционные свойства активированных углей зависят от структуры пор, их величины, распределения по размерам.

В зависимости от преобладающего размера пор активированные угли де­лятся на крупно- и мелкопористые и смешанного типа.

Поры по размеру подразделяют на три вида: макропоры размером 0,1–2 мкм, переходные размером 0,004–0,1 мкм и микропоры размером менее 0,004 мкм. Макропо­ры и переходные поры играют роль транс­портирующих каналов, а сорбционная способность активированных углей определяется микропори­стой структурой. Растворенные органические вещества, имеющие размеры частиц менее 0,001 мкм, заполняют объем микропор сорбента, полная емкость которых соответствует поглощающей способности сорбента.

Активность сорбента характеризуется количеством по­глощаемого вещества на единицу объема или массы сор­бента (кг/м3, кг/кг).

Процесс сорбции может осуществляться в статических условиях, при которых частица жидкости не перемеща­ется относительно частицы сорбента, т. е. движется вместе с последней (аппараты с перемешивающими устройства­ми), а также в динамических условиях, при которых час­тица жидкости перемещается относительно сорбента (фильтры, аппараты с псевдоожиженнымслоем). В соот­ветствии с этим различают статическую и динамическую активность сорбента.

Статическая активность сорбента характеризуется максимальным количеством вещества, поглощенного единицей объема или массы сорбента к мо­менту достижения равновесия при постоянных темпера­туре жидкости и начальной концентрации вещества.

Динамическая активность сорбента характеризуется максимальнымколичеством вещества, поглощенного единицей объема или массы сорбента до момента появления сорбируемого ве­щества в фильтрате при пропуске сточной воды через слой сорбента.

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 на поверхности сорбента. Поэтому в первые мо­менты 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 емкости (способности) данного сорбента, после чего повышение концентрации вещества в растворе не изменяет величины адсорбции.

Дозы активированного угля, необходимые для очистки, подбирают экспериментально, так как адсорбционная емкость активированного угля (количество миллиграммов вещества, которое может адсорбировать 1 г угля) зависит от адсорбируемого вещества (адсорбата) и от адсорбента, т. е. от сырья, из которого получен уголь, и метода его активирования, обусловливающих определенную марку такого угля.

Максимальную емкость угля определяют экспериментально. По экспериментальным данным строят графики, откладывая на оси ординат емкость угля (Г, мг/г), а на оси абсцисс – концентрацию адсорбируемого вещества после адсорбции (так называемую равновесную концентрацию Сравн, мг/дм3). На рис. 3.2 показан вид адсорбционной кривой, называемой изотермой адсорбции.

Для построения изотермы адсорбции равные навески угля заливают растворами адсорбируемого вещества (адсорбата) разной концентрации, встряхивают определенное время для установления адсорбционного равновесия, затем уголь отфильтровывают и в фильтратах определяют остаточные концентрации адсорбируемого вещества.

 

Рис. 3.2 – Изотерма адсорбции Фрейндлиха

 

Зная исходные и остаточные концентрации адсорбируемого вещества, а также навески угля, применяемые для адсорбции, можно вычислить емкость угля.

Изотерма адсорбции подчиняется уравнению, называемому уравнением Фрейндлиха:

 

 

где Г – емкость угля, моль/г;

– равновесная концентрация, моль/дм3;

, – адсорбционные константы (для данного адсорбента
и адсорбата).

Если прологарифмировать уравнение Фрейндлиха, то получается логарифмическое уравнение, представляющее собой уравнение прямой (рис. 3.3):

 

Рис. 3.3 Изотерма адсорбции в логарифмических координатах

 

Из данных, представленных на рис. 3.3, можно найти адсорбционные константы:

– отрезок, отсекаемый на оси ординат;

– тангенс угла наклона прямой tgφ.

Адсорбционные константы позволяют количественно охарактеризовать весь процесс адсорбции исследуемого вещества.

 




Дата добавления: 2014-12-18; просмотров: 31 | Поможем написать вашу работу | Нарушение авторских прав




lektsii.net - Лекции.Нет - 2014-2024 год. (0.007 сек.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав