ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Вид изотермы адсорбции и использование адсорбентов в аппаратахсмесителях для очистки природных и промышленных сточных вод из "Адсорбция органических веществ из воды " Естественно, что попытки использования для измерений удельной поверхности адсорбентов адсорбции из водных растворов красителей, ПАВ или соединений, хорошо растворимых в воде, не принесли, да и не могли принести успеха. [c.100] Для оценки надежности метода необходимо данные, полученные с его помощью, сопоставить с данными, полученными по стандартной методике, нашедшей наиболее широкое международное признание. Такой методикой является измерение адсорбции азота или паров бензола и вычисление из полученных изотерм адсорбции удельной поверхности адсорбента по уравнению БЭТ. Сопоставление результатов адсорбции из водных растворов ряда производных бензола, имеющих небольшую растворимость в воде, показало, что наиболее точные результаты (т. е. совпадающие с данными, найденными по методу БЭТ из измерений адсорбции паров бензола) были получены при использовании в качестве стандартного вещества /г-хлоранилина. Выбор л-хлоранилина обусловлен следующими его свойствами. При адсорбции м-хлоранилина из водных растворов на углеродных поверхностях АО° = 23,5 кДж/моль. Измерения АС° при адсорбции на техническом углероде, активных углях КАД, ОУ, БАУ дали одинаковые значения с максимальной погрешностью 0,1 кДж/моль. Согласно измерению площадь, экранируемая молекулой -хлор-анилина на углеродной поверхности при / 1, Оэфф = = 5а/(а Л/д) = 0,495 —0,50 нм , что практически совпадает с площадью ван-дер-ваальсовской проекции молекулы п-хлоранилина, ориентированной параллельно углеродной поверхности, сом = = 0,49 нм . При такой ориентации адсорбированных молекул латеральные взаимодействия между ними минимальны. [c.100] Величину можно найти графически из уравнения избирательной изотермы адсорбции (3.57), как котангенс угла наклона прямой в координатах С//а, = ДС,). [c.100] Для определения удельной поверхности непористых и мезо-пористых адсорбентов по адсорбции растворенных веществ может быть использован также предложенный Де-Буром и усовершенствованный затем Кадлецом так называемый мeтoд [100, с. 105—111]. В работах Де-Бура, Кадлеца и ряда других исследователей было показано, что, сравнивая значения адсорбции пара стандартного вещества (обычно азота или бензола) на непористом адсорбенте с известной удельной поверхностью (т. е. с поверхностью, определенной предварительно независимым методом) и на адсорбенте с неизвестной удельной поверхностью при одинаковых значениях приведенного давления P/Ps, можно найти удельную поверхность. С этой целью адсорбцию на каждом адсорбенте выражают в виде зависимости объема адсорбированного вещества aV от P/Ps. Поскольку поверхность образца сравнения известна, то для него может быть построена графическая зависимость среднестатистической толщины адсорбционного слоя t — aVu/Sa от P/Ps. Если образец адсорбента с неизвестной поверхностью имеет ту же химическую природу, что и образец сравнения, то энергия взаимодействия молекул с поверхностью обоих образцов одинакова. В этом случае можно полагать, что одинаковой работе адсорбции RT nP/Ps, т. е. одинаковым значениям P/Ps, соответствуют одинаковые значения среднестатистической толщины адсорбционного слоя t. Исходя из приведенных здесь соображений, для каждого объема адсорбированного вещества а, 1/м, на неизвестном образце находят соответствующее значение t при том же относительном давлении P/Ps и строят график зависимости aVM = f(t), который представляет собой прямую линию, поскольку aV = S t удельная поверхность Sa численно равна тангенсу угла наклона этой прямой. [c.101] ИЗ данных по адсорбции азота или паров бензола и i-методом, совпадают достаточно точно. Так, поверхность технического углерода Сферон-6, найденная по методу БЭТ, равна 105 м /г, а по -методу— 106 м /г. Поверхность образца графита, измеренная по методу БЭТ и по /-методу, оказалась одинаковой и равной 75 м г. [c.102] Схематически заполнение объема пор и К, 1, компонентами раствора показано на рис. 3.16. [c.103] Ордината графика, при которой он переходит в прямую, характеризует объем микропор, заполненных однокомпонентно а тангенс угла наклона прямой к оси I дает сумму величин, , +5а. [c.103] Анализ формы изотерм адсорбции растворенных веществ и возможность вычисления изотермы в широком интервале концентраций по константам адсорбционного равновесия и растворимости позволяют решать ряд задач адсорбционной технологии очистки промышленных сточных вод от органических компонентов их загрязнений. [c.104] В этом разделе рассмотрим в качестве примера задачу определения по изотерме адсорбции рационального числа ступеней адсорбционной очистки сточных вод в системе последовательно соединенных блоков-смесителей, в которых вода перемешивается с адсорбентом, и разделителей фаз суспензии (в простейшем варианте — проточных отстойников). [c.104] При проектировании сооружений для очистки природных или сточных вод с целью их использования в промышленности или для обезвреживания перед сбросом в водные источники (реки, водохранилища) концентрация органических веществ в воде до очистки задается конкретными исходными данными, на основе которых выполняется проект. Концентрация органических веществ в воде после очистки определяется требованиями к качеству воды, испойьзуемой в технологии или в теЦлообменных системах производства, а при сбросе - - нормированными значениями ПДК в воде водоемов. Таким образом, как исходная, так и конечная концентрация растворенных в боде веществ при решении конкретных технологических задач, представляют собой параметры, которые не могут произвольно меняться. Поэтому при адсорбционной очистке природной воды или производственных сточных вод можно находить наиболее целесообразное решение задачи лишь, определяя условия минимального расхода адсорбентов и сопоставляя экономию затрат на адсорбент с Дополнительными затратами на связанное с этим усложнение технологической схемы. [c.104] Из этих данных видно, что удельная адсорбция фенола, равноверная с Ск, равна 0,16 ммоль/г. [c.105] Поэтому простейшим способом сокращения удельного расхода адсорбента является достижение заданной концентрации Ск не в одной, а в нескольких последовательных ступенях таким образом, чтобы на каждой ступени была существенно сокращена разность концентраций до и после адсорбции. При этом удельная адсорбция на каждой ступени возрастает вследствие увеличения на всех ступенях (кроме конечной) остаточной концентрации раствора. [c.106] Из этих данных видно, что экономия удельного расхода активного угля с увеличением числа ступеней адсорбции уменьшается, Если замена одноступенчатой очистки двухступенчатой уменьшила удельный расход активного угля на 98,1 кг, или на 78,5 %, то дополнительное снижение удельного расхода активного угля на третьей ступени адсорбции составляет лишь 5,1 % от первоначальной дозы, или 23,8 % от дозы адсорбента, необходимой для двухступенчатой адсорбционной очистки воды от фенола. Между тем, повторение ступеней (т. е. монтаж новых смесителей-отстойников) приводит к прямо пропорциональному увеличению стоимости сооружений. Легко видеть, что в данном примере уже целесообразность введения третьей ступени адсорбции требует серьезного экономического анализа, а четвертая ступень явно не экономична. [c.107] Рациональное число ступеней адсорбционной очистки сточных вод в блоке аппаратов-смесителей тем меньше, чем круче начальная ветвь изотермы адсорбции, а следовательно, чем больше константа адсорбционного равновесия и меньше коэффициенты активности. [c.107] Анализ данных табл. 3.8 показывает, что при перекрестноступенчатой технологической схеме адсорбции растворенных веществ основной расход адсорбента приходится на последние ступени установки, т. е, когда остаточная концентрация приближается к Ск и а ак. Поэтому, несмотря на многократную экономию адсорбента по сравнению с одноступенчатой схемой, значительная часть адсорбента выводится из процесса (направляется на регенерацию) с практически неиспользованной адсорбционной емкостью, т. е. при йк/ао 1. В особенности этот недостаток существенен, если изотерма адсорбции в области низких концентраций вогнута к оси концентрации (рис. 3.18). В этом случае удельная адсорбция, равновесная с относительно высокими концентрациями органических веществ в растворе, не намного превыщает ак, и, следовательно, отработанный адсорбент в ряде ступеней адсорбции выводится с практически неиспользованной адсорбционной емкостью. [c.108] Дальнейшее повышение использования адсорбента в системе последовательно связанных смесителей и разделителей суспензии достигается при замене перекрестно-ступенчатой схемы движения потоков очищаемой воды и адсорбента противоточно-ступенчатой схемой. Суть ее сводится к тому, что свежий адсорбент вводится в смеситель конечной ступени очистки. Выведенный нз конечного отстойника адсорбент направляется в смеситель следующей ступени очистки навстречу потоку воды. При этом он попадает в раствор более высокой концентрации и донасыщается до равновесия с остаточной концентрацией этой ступени, после чего отделяется от раствора и передается в следующий смеситель. Такое перемещение адсорбента от конечной ступени к первой, т. е. в направлении возрастающей концентрации раствора, приводит к тому, что из системы выводится адсорбент лишь после максимального использования адсорбционной емкости. Схемы, включающие ряд последовательно связанных блоков адсорбентов-смесителей и отстойников-разделителей фаз получили название адсорбционных каскадов, так как в них концентрации извлекаемых из воды веществ ступенчато уменьшаются от блока к блоку. [c.109] Рассмотрим, как перераспределяется растворенное вещество между жидкостью и адсорбентом на отдельных ступенях противо-точного трехступенчатого адсорбционного каскада, причем для упрощения примем систему аппаратов периодического действия. Допустим также, что в каждом смесителе вода перемешивается с адсорбентом в течение времени, достаточного для того, чтобы остаточная концентрация раствора перед переводом в отстойник была очень близка к равновесной, так что СостЯг Ср. Свежий адсорбент поступает только в смеситель 3 (на последнюю ступень очистки воды), в который подан из отстойника предпоследней ступени 2 объем воды Р с концентрацией С . Дозу адсорбента можно выбрать, основываясь на приемлемой степени отработки адсорбента перед выводом из первой ступени каскада на регенерацию. Обычно эта ступень уа = а1/ао = 0,8- 0,85 (0 удельная адсорбция, равновесная с концентрацией С, с которой очищаемая вода оставляет первую ступень очистки). Тогда доза адсорбента должна быть равна т (Со/ао) 0,8. [c.109] Величины аь аг и а , соответствующие равновесным концентрациям Сь Сг и Ск, определяются формой изотермы адсорбции, т. е. величиной /(,, а при Со/С, 1 и величинами ф, которые также находят из значений K и С,. [c.110] Эти данные показывают, что в рассмотренном примере доочистки биологически очищенных сточных вод достаточно применить каскад, состоящий из трех ступеней адсорбции. [c.111] Вернуться к основной статье