2. Статическая адсорбция

Процесс сорбции может осуществляться в статических или дина- мических условиях. При статической адсорбции жидкость не переме- щается относительно частицы сорбента, а движется вместе с послед- ней. При этом проводят интенсивное перемешивание, используя ак- тивный уголь с размерами частиц 0,1 мм и менее, в одну или несколько ступеней. Затем сорбент отделяется от воды отстаиванием или фильт- рованием. Статическая одноступенчатая адсорбция применяется, когда адсорбент дешев или является отходом производства.

Более эффективно процесс протекает при использовании много- ступенчатых установок, осуществляемых в прямоточном и противо- точном вариантах. Схемы прямоточной установки с последовательным введением сорбента и с противоточным введением сорбента приведены на рис.14.8.

При последовательном введении сорбента его подают в каждую ступень и из нее же отводят отработанный сорбент. В противоточной схеме адсорбент вводят однократно в последнюю ступень и он движет- ся навстречу сточной воде. Противоточные сорбционные установки применяются значительно шире благодаря более экономичному расхо- дованию адсорбента.

В основу расчета статической адсорбции положено уравнение ма- териального баланса:

ma  QC_к  QC_н ,

где m - количество сорбента, кг; Q - количество сточных вод, м³/ч; С_н, С_к - со- ответственно начальная и конечная концентрация примесей сточных вод, кг/м³.

Отсюда, учитывая, что а = К_адсС_р, получаем:

_{m } Q( C_н  C_к ) _.

^Kадс^Cp

Конечная концентрация загрязнений в сточной воде после очист- ки в одну и n ступеней, учитывая что С_р=С_к, составит:

_{С } QC_н

⎛ _Q

⎝

; C  ^⎜

n

⎞

m

^⎟ C .

^к Q  K

адс^m

^{nк ⎜} Q  K

_⎟ н

^адс ⎠

Дозу сорбента, вводимого в каждую ступень, можно определить:

m_n  ( Q / K_адс ,

необходимое число ступеней адсорбции равно:

_{n } lg C_н  lg C_{nк .} lg( Q  K_адсm₁ )  lg Q

Многократная обработка сточных вод сорбентом позволяет более

Рис.14.8. Схема адсорбционных установок: а - с последовательным введением сорбента; б - с противоточным введением сорбента

1 - смесители; 2 - отстойники; 3 - приемники адсорбента; 4 - насосы

полно использовать поглощающую способность и тем самым значи- тельно снизить его расход.

3. Динамическая адсорбция

Наибольшее практическое применение до настоящего времени получили установки полупериодического действия (непрерывного по воде и периодического по углю), в которых осуществляется процесс адсорбции в динамических условиях. Вода фильтруется через слой сорбента высотой 1-2 м и крупностью зерен 0,8-5 мм. Скорость фильт-

рования зависит от концентрации растворенных в воде веществ и со- ставляет 1-12 м/ч. Наиболее рациональное направление фильтрования снизу вверх для равномерного заполнения всего сечения колонны и вытеснения пузырьков воздуха из пор сорбента. Потери напора соста- ляют до 0,5 м на 1 м слоя загрузки. Слои адсорбента отрабатываются постепенно, в одной колонне процесс ведут до проскока, затем адсор- бент выгружают на регенерацию. При непрерывной организации про- цесса используют несколько колонн (рис.14.9). По такой схеме две ко- лонны работают последовательно, третья находится на регенерации.

Рис. 14.9. Схема непрерывной адсорбционной установки

1 - усреднитель; 2 - насос; 3 - фильтр; 4 - адсорбционные колонны (фильтры); 5 -

емкость

По мере насыщения адсорбента первый по ходу движения воды адсорбер отключается на регенерацию, а прошедший регенерацию, включается последним по ходу движения воды.

Адсорбция в динамических условиях в стационарном слое позво- ляет более полно использовать емкость сорбента, получить устойчи- вые, надежные результаты, провести автоматизацию процесса.

При инженерных расчетах адсорбции из водных сред часто ис- пользуют формулу для определения продолжительности защитного действия насыпного фильтра Т:

Т = k_з.д.Н - ,

где k_з.д. - коэффициент защитного действия, определяемый экспериментально; Н - высота слоя загрузки;  - потеря времени защитного действия.

При относительно высоком содержании в сточной воде мелко- диспергированных взвешенных частиц, заиливающих сорбенты, а так- же в случае, если равновесие устанавливается медленно, рационально применять процесс с псевдоожиженным слоем сорбента. Псевдоожи-

жение слоя наступает при повышении скорости потока сточной воды, проходящей снизу вверх, до такой величины, при которой зарна рас- ширившегося слоя начинают интенсивно и беспорядочно перемещать- ся в объеме слоя, сохраняющего постоянную для данной скорости вы- соту. При размерах частиц активированного угля 0,25-1 мм, скорость потока воды составляет 10-20 м/ч, при крупности зерен 1-2,5 мм - 30-40 м/ч.

Гидравлическое сопротивление в кипящем слое по сравнению с неподвижным меньше, а скорость массообмена выше в результате ис- пользования более мелких частиц адсорбента. Однако в кипящем слое уменьшается адсорбционная емкость и коэффициент защитного дейст- вия из-за интенсивного перемешивания частиц по высоте слоя, велик унос сорбента, сложнее конструкция адсорберов.

Если из колонны с неподвижным слоем сорбента отводить отра- ботанный, или так называемый, “мертвый” слой и одновременно вво- дить в нее такое же количество свежего сорбента, то колонна будет ра- ботать непрерывно. В таких установках с движущимся слоем адсор- бента процесс адсорбции и регенерации идет непрерывно, что позволя- ет значительно интенсифицировать процесс очистки.