Что такое сорбционная емкость
сорбционная емкость
3.3 сорбционная емкость (adsorptive capacity): Масса загрязнителя, который может быть адсорбирован испытываемым фильтром.
Смотреть что такое «сорбционная емкость» в других словарях:
ГОСТ Р ИСО 12500-2-2009: Фильтры сжатого воздуха. Методы испытаний. Часть 2. Пары масел — Терминология ГОСТ Р ИСО 12500 2 2009: Фильтры сжатого воздуха. Методы испытаний. Часть 2. Пары масел оригинал документа: 3.2 адсорбент (adsorbent): Твердое вещество, обладающее свойством притягивать молекулы газов или жидкостей, что приводит к… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Высокоэффективная жидкостная хроматография — (ВЭЖХ, англ. HPLC, High performance liquid chromatography) один из эффективных методов разделения сложных смесей веществ, широко применяемый как в аналитической химии, так и в химической технологии. Основой хроматографического разделения… … Википедия
Окклюзия — [occlusion] поглощение газов металлами (сплавами) или их расплавами с образованием растворов или химических соединений (оксидов, нитридов, гидридов и т. п.). При окклюзии газы поглощаются не поверхностном слоем, а всем объемом поглотителя,… … Энциклопедический словарь по металлургии
окклюзия — Поглощение газов металлами (сплавами) или их расплавами с образованием растворов или химических соединений (оксидов, нитридов, гидридов и т.п.). При окклюзии газы поглощаются не поверхностным слоем, а всем объемом поглотителя, подобно абсорбции… … Справочник технического переводчика
НАПОЛНИТЕЛИ — различные добавки, улучшающие товарные качества препарата и способствующие повышению эффективности его практического использования. Такие добавки содержат практически все твердые пестицидные препараты. Важной добавкой или разбавителем препарата… … Пестициды и регуляторы роста растений
Что такое сорбционная емкость
Чаще применяются углеродные сорбенты и энтеросорбенты на основе поливинилпирролидона, не смотря на их малую сорбционную емкость и побочные эффеты при применении в течение длительного времени. Остальные пока не нашли широкого применения в силу различных причин, среди которых скептическое отношение врачей к энтеросорбции, незнание достоинств и недостатков тех или иных сорбентов при конкретной патологии, а также низкое их производство. Ионобменные материалы применяются в некоторых областях медицины, но в силу слабо выраженного терапевтического эффекта, проявляющегося только при сохранении определенных условий, широкого распространения эта группа сорбентов не получила. В группу другие включены сорбенты, применяемые при заболеваниях желудочно-кишечного тракта, ээфекты которые обусловлены их вязкостью, а не связывающей способностью.
Следует подчеркнуть, что потребности в энтеросорбентах, как и в гемосорбентах, резко повышаются при стихийных бедствиях, авариях на промышленных объектах, в период проведения спасательных и неотложных аварийно-восстановительных работ.
В настоящее время повышается значение энтеросорбции в диетологии и диетотерапии. Энтеросорбенты компенсируют недостаток естественных пищевых волокон в рационе современного человека, способны связать многие виды ксенобиотиков, число которых исчисляется миллионами, адсорбировать радиоактивные элементы и соли тяжелых металлов.
Исходя из основных свойств энтеросорбентов, их можно рассматривать как «лекарство для здоровых», принимая во вниамние профилактические эффекты энтеросорбентов. Но для этой цели пригодны не все энтеросорбенты. Более всего подходят природные сорбенты, или «пищевые волокна«, такие как целлюлоза, пектины, гумми, слизи, лигнин, пентозаны, некоторые сахара грибов и ракообразных (хитин), отруби злаковых и ряд белков. Пищевые волокна содержат большое количество гидроксильных и карбоксильных групп, что обеспечивает их способность к ионообменному набуханию, т.е. удержанию и последующему выведению из организма воды. Пищевые волокна ускоряют кишечный транзит, увеличивают влажность и массу фекалий, устраняя тем самым запоры и снижая напряжение мышечной стенки. В желудке под влиянием пищевых волокон эвакуация пищи замедляется: это создает чувство насыщения, ограничивает потребление высококалорийной пищи и способствует снижению избыточной массы тела.
Экспериментально установлено, что наличие пищевых волокон в диете приводит к уменьшению содержания уксусной кислоты и дозозависимому увеличению бутирата и изобутирата в содержимом слепой кишки, что напрямую можно связать с противоопухолевой активностью пищевых волокон.
Связывая в кишечнике желчные кислоты, холестерин и токсические метаболиты, поступающие с пищеварительныи соком, пищевые волокна осуществляют энтеросорбционную детоксикацию организма, способствуют снижению гиперлипопротеидемии и уменьшают риск развития сердечно-сосудистой патологии. Их можно применять с профилактическими целями в отношении большого человека. Пищевые волокна не вызывают как правило побочных и токсических явлений, и их можно употреблять длительно. Однако ряд авторов предостерегают от злоупотребления пищевыми волоконами, которые способны снизить адсорбцию кальция, железа, цинка, магния, увеличить выведение азота из организма, тормозить активность трипсина и химотрипсина. Этот эффект особенно характерен для отрубей, содержащих фитат и из-за этого ингибирующих всасывание железа и цинка. Длительное потребление пищевых волокон может отрицательно влиять на баланс витаминов А, С, Е, глутаминовой кислоты, серина и треонина. В связи с этим при обогащении диет пищевыми волокнами рекомендуется дополнительное введение минеральных нутриентов и комплекса витаминов. Справедливости ради следует отметить, что указанные эффекты были обнаружены при применении довольно больших доз пищевых волокон, да и то не всеми авторами. Практически не влияют на обмен минеральных веществ пищевые волокона злаковых, пектины и микрокристаллическая целлюлоза. Кроме того, при длительном введении пищевых волокон в организме происходят адаптивные реакции, восстанавливающие исходный уровень микроэлементов. Все же, учитывая разные мнения относительно сроков применения пищевых волокон, следует рекомендовать кроме дополнительного введения в диету нутриентов применять пищевые волокона курсами в 1-3 недели с перерывами 2-3 недели, в течение которых баланс минеральных элементов, витаминов и азота быстро восстанавливается.
Источники:
1. Ю.С.Хотимченко, А.В,Кропотов «Энтеросорбенты для больных и здоровых», Медикофармацевтический вестник Приморья, 1998, №4, с. 99-107
2. Энтеросорбция, под. ред. Н.А.Белякова, Ленинград, 1991
3. Ю.С.Хотимченко, А.В.Кропотов «Применение энтеросорбентов в медицине», Тихоокеанский медицинский журнал, 1999, №2, с. 84-89
© ООО «НПФ Востокфарм» 2003 all rights reserved.
Энтеросорбенты: клинические особенности и сравнительная таблица
Энтеросорбенты — несложная группа лекарственных препаратов с сорбционно-детоксикационными свойствами, которые обусловливают их обширное применение при различных состояниях:
У каждого сорбента есть свои биофизические и клинические особенности, давайте вспомним основные, чтобы выбор сорбента для пациента максимально соответствовал задачам.
Две основные характеристики энтеросорбентов, которые позволяют судить об их «работоспособности» это сорбционная емкость и селективность.
Сорбционная ёмкость (моль/г, мг/г) – это «мощность» энтеросорбента. Показывает, сколько вещества (адсорбата) может поглотить сорбент на единицу своей массы. Сорбционная емкость зависит от природы сорбата, а также от площади активной поверхности сорбента. Чем больше поверхность впитывания, тем выше сорбционная способность.
Селективность заключается в способности к сорбции частиц определенных размеров, а также микроорганизмов. Неселективный энтеросорбент поглощает в ЖКТ все подряд: не только вредные вещества, но и витамины, минеральные соли и другие полезные вещества, а также ферменты (пепсин, трипсин, амилазу). Селективные энтеросорбенты способны поглощать частицы определенных размеров, не влияя на всасываемость полезных для организма веществ.
Различаются энтеросорбенты и по их влиянию на слизистую ЖКТ.
Краткая характеристика и особенности наиболее известных сорбенетов
Уголь активированный
Примеры ТН: Активированный уголь, Карбопект, Сорбекс, Ультра-адсорб, ЭКСТРАСОРБ
Уголь имеет большую активную поверхность, очень популярен и широко используется в силу своей дешевизны и «проверенности временем». При длительном применении может вызывать констипационный синдром (запор), атонию кишечника, раздражать ЖКТ (абразивное действие). Большое значение имеет в качестве экстренной энтеральной детоксикации (промывание желудка суспензией угля) при отравлении медикаментами (гликозиды, барбитураты, снотворные, наркотические), бытовой химией, различными ядами. При насыщении имеет свойство высвобождать связанные вещества обратно в ЖКТ. Во избежание десорбции и обратного всасывания связанного вещества необходимы избыточные дозы активированного угля. Важно также следить за своевременным опорожнением кишечника. Сорбирует бактерии, газы, соли тяжелых металлов. Слабо адсорбирует белки, кислоты, щелочи, метанол.
В каких случаях предпочтителен: при острых отравлениях лекарственными средствами, бытовой химией, неустановленными веществами в первые 2 часа предпочтение отдается угольным сорбентам, при повышенном газообразовании.
Минусы: раздражает ЖКТ, может вызывать атонию кишечника, запор. Перед применением таблетки лучше измельчать в порошок.
Лигнин гидролизный
Примеры ТН: Полифепан, Фильтрум-СТИ, Лактофильтрум, Полифан
В каких случаях предпочтителен: первая помощь при острых отравлениях лекарственными препаратами, алкалоидами, солями тяжелых металлов и другими ядами; вирусные и бактериальные кишечные инфекции, сопровождающиеся диареей.
Минусы: не желательно применять при обострении язвенной болезни.
Лигнин гидролизный + лактулоза
Комбинированный препарат лигнина и лактулозы. Лактулоза – субстрат для роста полезных кишечных бифидо и лакто-бактерий, поэтому лактофильтрум позиционируется как препарат для улучшения микрофлоры кишечника и борьбы с дисбактериозом. Обладает послабляющим действием, поэтому нивелирует такой побочный эффект лигнина как запор. Лактулоза эффективна для предотвращения печеночной энцефалопатии, которая связана с интоксикацией, вызванной нарушением функций кишечной микрофлоры.
В каких случаях предпочтителен: нарушения микрофлоры кишечника при кишечных инфекциях, в т.ч. после антибиотикотерапии; комплексное лечение СРК (синдрома раздраженного кишечника); гепатиты и цирроз печени (в комплексном лечениии); аллергические заболевания.
Минусы: при обострении язвенной болезни желудка и 12-перстной кишки с осторожностью.
Повидон
Примеры ТН: СОРБИ-ДЕТОКС, Энтеродез
Пользуется низким спросом в аптеках по причине вытеснения более популярными энтеросорбентами широкого действия. Имеет выраженные детоксикационные свойства. Образует растворимые или диспергируемые в воде комплексы со многими веществами, в результате последние теряют токсичность. Усиливает почечный кровоток, повышает клубочковую фильтрацию, усиливает диурез. Не сорбирует бактерии и вирусы. Показан при токсических формах ОКИ. А также при печеночной и почечной недостаточности. Готовый раствор имеет специфический запах. Можно разбавлять фруктовыми соками или добавлять сахар.
В каких случаях предпочтителен: токсические формы желудочно-кишечных инфекций; печеночная и почечная недостаточность.
Минусы: не сорбирует бактерии и вирусы. Может вызывать тошноту, рвоту в начале приема.
Полиметилсилоксана полигидрат
Примеры ТН: Энтеросгель, Энтероактин, Энтеродезгель
Селективно собирает на себе бактерии и их токсины, аллергены, лекарственные препараты и яды, соли тяжелых металлов, радионуклиды, алкоголь. Также сорбирует избыток продуктов обмена веществ: билирубин, мочевину, холестерин. Не уменьшает всасывания витаминов и микроэлементов, положительно влияет на микрофлору, не влияет на двигательную функцию кишечника, обладает цитопротекторным действием для слизистой ЖКТ. Оптимален при хронических заболеваниях для длительного применения.
В каких случаях предпочтителен: во всех случаях, когда необходимо длительное применение: токсикозы беременных, в комплексной терапии хронические аллергических заболеваний; профилактика и лечение интоксикаций на фоне химиотерапии (не раздражает ЖКТ, оказывает цитопротекторное действие на слизистую); профилактика хронических профессиональных интоксикаций; энтеросорбент выбора при наличии язвы желудка и 12-перстной кишки.
Минусы: отторжение при приеме
Диоктаэдрический смектит
Примеры ТН: Смекта, Неосмектин, Диосмектит, Эндосорб, Смектит диоктаэдрический, Диоктаб Солюшн Таблетс
Антидиарейный эффект с сорбционными свойствами. Стабилизирует слизистый барьер ЖКТ, обладает обволакивающим действием и цитопротекторными свойствами. Селективно сорбирует энтеротоксины, вирусы и бактерии. В экспериментах установлены адсорбирующие свойства Смекты в отношении грамотрицательных микроорганизмов и их токсинов (Echerichii coli, Vibrio cholerae, Campylobacter jejuni, Clostridium difficile), а также ротавируса ( 4 ). Оказывает антацидное и протеолитическое действие. Важное свойство смектита — способность обезвреживать энтеротоксины A и B Clostridium difficile, что дает возможность использовать препарат для профилактики и лечения антибиотико-ассоциированных диарей у детей. Препарат способствует росту сахаролитической и подавлению патогенной протеолитической микрофлоры кишечника. Детям можно перемешивать с кашей, компотом, молочной смесью.
В каких случаях предпочтителен: диарея любого генеза, особенно маленьким детям по причине удобства применения; изжога, вздутие, дискомфорт при заболеваниях органов ЖКТ, в частности при гастрите, язвенной болезни желудка и 12-перстной кишки.
Минусы: при передозировке выраженный запор или безоар, с осторожностью применять при хронических запорах в анамнезе
Кремния диоксид коллоидный
Примеры ТН: Полисорб МП, ПРОСТОСОРБ
Сорбирует бактерии и их токсины, аллергены, ЛП и яды, соли тяжелых металлов, радионуклиды, алкоголь. Также принимает на себя билирубин, мочевину, холестерин. Показания к применению широкие: различные острые и хронические интоксикации, диарея, гнойно-септические заболевания, различные виды аллергии, гипербилирубинемия (гепатиты), гиперазотемия (хроническая почечная недостаточность). Обладает повышенной сорбционной способностью по отношению к белкам, поэтому при состояниях, сопровождающихся выделением белковых токсинов (при бактериальной инфекции, аллергии, ожоговой болезни) это предпочтительный выбор.
В каких случаях предпочтителен: интоксикации бактериальными токсинами; пищевые токсикоинфекции; гнойно-септические заболевания, ожоговая болезнь, сопровождающиеся интоксикацией; аллергии.
Минусы: хуже (по сравнению с углем) сорбирует низкомолекулярные соединения. Эффект персорбции частиц Хербста-Фолькхаймера.
Есть ли у вас любимый сорбент? Расскажите, какой и почему!
Обсудить последние новости со всеми коллегами России вы можете в чатах:
Глава 1. Основы очистки сточных вод
5. Физико-химические процессы очистки сточных вод
5.3. Сорбция
Сорбция – это процесс поглощения одного вещества из окружающей среды другим веществом, твердым телом или жидкостью. Поглощающее тело называется сорбентом, а поглощаемое – сорбатом. В зависимости от механизма сорбции различают адсорбцию, абсорбцию, хемосорбцию и капиллярную конденсацию. Поглощение вещества всей массой жидкого сорбента называется абсорбция, а 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, как метод предварительной и глубокой очистки. Преимуществами этого метода являются возможность поглощения веществ из многокомпонентных смесей и высокая степень очистки, особенно слабо концентрированных сточных вод.
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. Адсорбция растворенных веществ — результат перехода молекулы растворенного вещества из раствора на поверхность твердого сорбента под действием силового поля поверхности. При этом наблюдаются два вида сил межмолекулярного взаимодействия:
— молекул растворенного вещества с молекулами (или атомами) поверхности сорбента;
— молекул растворенного вещества с молекулами воды в растворе (гидратация).
Разность этих двух сил межмолекулярного взаимодействия и есть та сила, с какой удерживается извлеченное из раствора вещество на поверхности сорбента. Чем больше энергия гидратации молекул растворенного вещества, тем большее противодействие испытывают эти молекулы при переходе на поверхность сорбента и тем слабее адсорбируется вещество из раствора.
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.
В качестве сорбентов применяют различные искусственные и пористые природные материалы: золу, коксовую мелочь, торф, силикагели, алюмогели, активные гели и др. Эффективными и наиболее универсальными сорбентами являются активированные угли различных марок.
Минеральные сорбенты используют мало, т.к. энергия взаимодействия их с молекулами воды велика – иногда превышает энергию адсорбции. Пористость этих углей составляет 60-75 %, а удельная площадь поверхности 400-900 м 2 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:
— макропоры – 0,1-2 мкм;
— переходные – 0,004-0,1 мкм;
— микропоры – 0,004 мкм.
Активные угли должны слабо взаимодействовать с молекулами воды и хорошо – с органическими веществами, быть относительно крупнопористыми (с эффективным радиусом адсорбционных пор в пределах 0,8-5,0 нм), чтобы их поверхность была доступна для больших и сложных органических молекул. При малом времени контакта с водой они должны иметь высокую адсорбционную емкость, высокую селективность и малую удерживающую способность при регенерации. При соблюдении последнего условия затраты на реагенты для регенерации угля будут небольшими. Угли должны быть прочными, быстро смачиваться водой, иметь определенный гранулометрический состав. В процессе очистки используют мелкозернистые адсорбенты с частицами размерами 0,25-0,5 мм и высокодисперсные угли с частицами размером менее 40 мкм.
Важно, 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 и осмоляться. Эти процессы ускоряются катализаторами. Осмелившиеся вещества забивают поры адсорбента, что затрудняет его низкотемпературную регенерацию. Наконец, они должны иметь низкую стоимость, не уменьшать адсорбционную емкость после регенерации и обеспечивать большое число циклов работы.
Сырьем для активных углей может быть практически любой углеродсодержащий материал: уголь, древесина, полимеры, отходы пищевой, целлюлозно-бумажной и других отраслей промышленности. В табл. 1.2 представлены характеристики активированных углей.
Емкость микропор, см 3 /г
Основной размер зерен, мм
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 и непрерывного действия. При смешивании адсорбента с водой 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. 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 Сн до Ск, затем адсорбент отделяют отстаиванием или фильтрованием, а сточную воду направляют на вторую ступень, куда вводят свежий адсорбент.
Процесс сорбции в статических условиях осуществляется путем интенсивного перемешивания обрабатываемой воды с сорбентом в течение определенного времени и последующего отделения сорбента от воды отстаиванием или фильтрованием. При последовательном введении (рис. 1.33) новых порций сорбента в очищаемую воду можно очистить ее от загрязняющих веществ до любой концентрации. В основе расчета таких адсорбционных аппаратов с перемешивающими устройствами лежит уравнение материального баланса
Решая это уравнение относительно m и учитывая зависимость (1.8), можно записать
Если процесс сорбции осуществляется по одноступенчатой схеме, то концентрация сорбата в сточной воде
Для расчета сорбционных установок необходимо иметь изотерму сорбции, знать константу адсорбции и задаваться требуемой степенью очистки, иначе говоря, величиной сорбата в обрабатываемой сточной воде.
Рис. 1.33. Схема сорбции с последовательным введением сорбента:
1, 2 – подача соответственно сточной воды и сорбента; 3 – резервуары с перемешивающим устройством; 4 – отстойники для отделения отработанного сорбента от сточной воды; 5 – выпуск обработанной сточной воды; 6 – выпуск отработанного сорбента
Если расчет величин ведется для технологической схемы с последовательным введением сорбента, то при двухступенчатой очистке
где С2к – концентрация сорбата после второй ступени, кг/м 3 ; m2 – количество вводимого сорбента, кг.
При числе ступеней n концентрацию сорбента после очистки определяют по формуле
Дозу сорбента, вводимого в каждую ступень mn, подсчитывают по уравнению:
При проектировании сорбционных установок с противоточным введением сорбента концентрацию вещества в обработанной сточной воде после n ступеней находят по выражению
Здесь kадс ≈ 0,7 — 0,8 – коэффициент распределения.
Расход сорбента, вводимого при использовании противоточной технологической схемы только в последнюю ступень установки, определяют по уравнению:
где 
Число ступеней устанавливают по зависимости n = К – 1, где
Противоточные сорбционные установки (рис. 1.34) применяют значительно шире благодаря более экономичному расходованию сорбента.
Рис. 1.34. Схема сорбционной установки с противоточным введением сорбента:
1 – подача сточной воды; 2 – резервуар с перемешивающим устройством; 3 – отстойники для отделения отработанного сорбента от сточной воды; 4 – подача сорбента; 5 – выпуск отработанной сточной воды; 6 – резервуар для сбора сорбента; 7 – насосы для перекачки сорбента; 8 – выпуск отработанного сорбента
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 м/ч через 1 м 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 (рис. 1.35). По такой схеме две колонны работают последовательно, а третья отключена на регенерацию. При проскоке в средней колонне на регенерацию отключают первую.
Рис. 1.35. Схема сорбционной установки непрерывного действия:
I – подача сточной воды; II – отвод очищенной воды; III – подача пара;
1 – усреднитель; 2 – насос; 3 – фильтр; 4 – колонна; 5 – емкость
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.
Скорость перемещения работающего слоя
где 
– скорость воды в колонне; aад – динамическая емкость адсорбента.
Длина работающего слоя
где μ – количество поглощенного вещества; S – площадь поперечного сечения слоя; β – коэффициент массопередачи; Сср – средняя движущая сила адсорбции.
При небольших концентрациях загрязнений в сточной воде средняя движущая сила процесса может быть вычислена как средняя логарифмическая из движущих сил на концах адсорбера.
При относительно высоком содержании в сточной воде мелкодиспергированных взвешенных частиц, заиливающих сорбентов, а также в случае, если равновесие устанавливается медленно, рационально применять процесс с псевдоожиженным слоем сорбента. Псевдоожижение слоя возникает при повышение скорости потока сточной воды, проходящей снизу вверх, до такой величины, при которой зерна увеличившегося в объеме слоя начинают интенсивно и беспорядочно перемещаться в объеме слоя, сохраняющего постоянную для данной скорости высоту. Важнейшими показателями работы установки с псевдоожиженным слоем сорбента является относительная пористость
где Wсорб – объем частиц сорбента, образующих псевдоожиженный слой; Wп.сл – объем псевдоожиженного слоя.
В цилиндрических колоннах вместо показателя «относительная пористость» используется показатель «относительное расширение слоя», равный отношению высот псевдоожиженного и неподвижного слоев: Нп.сл./Ннеп.сл., оптимальная величина которого равна 1,5. При этом размеры частиц активированного угля составляют 0,25-1,0мм, что отвечает скорости потока сточной воды 7-10 м/ч.
В настоящее время применяют цилиндрические одноярусные адсорберы (рис. 1.36). 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.
Рис. 1.36. Цилиндрический одноярусный адсорбер:
1 – подача воды; 2 – цилиндрическая колонна; 3 – центральная труба с диффузором; 4 – царга; 5 – подача сорбента; 6 – выпуск обработанной сточной воды; 7 – сгуститель сорбента; 8 – выпуск отработанного сорбента;
9 – распределительная решетка
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.Уголь равномерно подается в аппарат из бункера с автоматическим дозатором. Сорбент в виде 5-20 % суспензии поступает в верхнюю расширенную часть той же центральной трубы, по которой в колонну адсорбера подается сточная вода. В трубе эта вода смешивается с углем. Образовавшаяся суспензия поступает через диффузор под решетку, продавливается через ее отверстия и задерживается части псевдоожиженного слоя угля, который находится в колонне. Обработанная сточная вода отводится в кольцевой желоб верхней части царги.
Установки с псевдоожиженным слоем (периодического или непрерывного действия) целесообразно применять при высоком содержании взвешенных веществ в сточной воде. Размер частиц адсорбента при этом должен быть равным 0,5-1 мм. Скорости потока для частиц указанных размеров находится в пределах 8-12 м/с.
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. Этот способ регенерации значительно удлиняет срок использования сорбента.
Сорбционная очистка может быть регенеративной, когда извлеченные вещества утилизируются, или деструктивной, когда извлеченные вещества уничтожаются. В зависимости от вида сорбционной очистки применяются различные методы регенерации сорбента или его уничтожения.
Для извлечения сорбированных веществ могут быть использованы:
— экстрагирование органическим растворителем;
— изменение степени диссоциации слабого электролита в равновесном растворе;
— отгонка адсорбированного вещества с водяным паром;
— испарение адсорбированного вещества током инертного газообразного теплоносителя.
В отдельных случаях осуществляют химическое превращение сорбированных веществ с последующей десорбцией.
Легколетучие органические вещества (бензол, нитробензол, толуол, этиловый спирт) десорбируют воздухом, инертными газами, перегретым паром. При этом температура воздуха должна быть 120-140 0 С, перегретого пара – 200-300 0 С, а дымовых или инертных газов 300-500 0 С. Расход пара на отгонку легколетучих веществ из активированного угля составляет 3-12 кг на 1 кг сорбированного вещества. В качестве десорбентов могут быть использованы низкокипящие легко перегоняющиеся с водяным паром органические растворители: бензол, бутилацетат, дихлорэтан, толуол и другие. Процесс десорбции осуществляется при нагревании или на холоде, затем растворитель отгоняется из сорбента острым водяным паром или теплоносителями.
При деструктивной очистке обычно применяют термические или окислительные методы. При применении термического метода следует учитывать потери сорбента (потери активированного угля составляют 5-10 %). Из затрат на сорбционную очистку 30-35 % составляют расходы на активированный уголь.