Определяем высоту рабочей части экстрактора

h_L = w₀  = 0,02^.200 = 4 м.

3.4. Сорбционные и ионообменные установки.

Сорбция используется для глубокой очистки вод замкнутого водопотребления и доочистки сточных вод от органических ве­ществ, в том числе и от биологически жестких. Сорбция представляет собой один из наиболее эффективных методов глубокой очистки сточных вод от растворенных органических веществ. Сорбционная очистка сточных вод наиболее рациональна, если в них содержатся преимущественно ароматические соединения, неэлектролиты 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 низших одноатомных спиртов этот метод не применим.

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 слабо-концентрированных сточных вод. Адсорбция растворенных веществ — результат перехода молекулы растворенного вещества из раствора на поверхность твердого сорбента под действием силового поля поверхности.

В качестве сорбентов применяют различные искусственные и природные пористые материалы: золу, коксовую мелочь, торф, силикагели, алюмогели, активные глины и др. Для адсорбции из жидких сред применяют порошкообразные и гра­нулированные активные угли. Активность сорбента характеризуется количеством поглощаемого вещества на единицу объема или массы сорбента (кг/м³, кг/кг).

Между количествами вещества, адсорбированного сорбентом и оставшегося в растворе, в разбавленных растворах наступает равновесие, подчиняющееся закону распределения.

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 псевдоожиженным. слоем).

Аппараты для сорбционной очистки сточных вод классифи­цируются по разным признакам:

• по организации процесса — периодического и непрерывного действия;

• по гидродинамическо­му режиму — аппараты вытеснения, смешения и промежуточно­го типа;

• по состоянию слоя сорбента - с неподвижным, движу­щимся, пульсирующим, перемешиваемым и циркулирующим слоем;

• по организации контакта взаимодействующих фаз — с непрерывным и ступенчатым контактом;

• по организации на­правления движения фаз — с прямоточным, противоточным и смешенным движением;

• по конструкции — колонные и емкост­ные;

• по способу подвода энергии — без подвода энергии извне (гравитационное движение фаз) и с подводом энергии извне (принудительное движение твердой фазы).

В практике очистки сточных вод часто использу­ются адсорберы с неподвижным и плотно движущимся слоем по­глотителя (сорбция в динамических условиях), аппараты с псевдоожиженным слоем адсорбента, а также аппараты, в ко­торых обеспечивается интенсивное перемешивание обрабаты­ваемой воды с порошкообразным или пылевидным сорбентом (сорбция в статических условиях).

Сорбция в динамических условиях. Наиболее простым при сорбции в динамических условиях является насыпной фильтр (рис. 3.11), представляющий собой колонну с неподвижным слоем сорбента, через который фильтруется сточная вода.

Рис. 3.11. Сорбционный вертикальный параллельно-проточный фильтр:

1 — корпус; 2 — неподвижный слой активного угля; 3 — отбойник; 4 — трубопровод подачи очищаемой сточной воды; 5 — труба сброса воздуха; 6 — люк; 7 — трубопровод для выгрузки активного угля; 8 — трубопровод отвода очищенной воды; 9 – трубопровод подачи взрыхляющей воды;

10 — распределительная система труб.

Скорость фильтрования зависит от концентрации растворенных в сточных водах веществ и составляет 1…6 м/ч; крупность зёрен сорбента — 1,5…5 мм. Наиболее рациональное направление фильтрования жидкости — снизу вверх, так как в этом случае происходит равномерное заполнение всего сечения колонны и относительно легко вытесняются пузырьки воздуха или газов, попадающих в слой сорбента вместе со сточной водой.

Фильтры с неподвижным слоем сорбента применяют при регенеративной очистке сточных вод с целью утилизации выделенных относительно чистых продуктов. Процесс десорбции осуществляется с помощью химических растворителей или пара.

При расчете насыпных фильтров время защитного их действия t_з.д определяют по формуле

t_з.д = k_з.д H – τ,

где k_з.д — коэффициент защитного действия, определяемый экспериментально; Н — высота слоя сорбента, м; τ — потеря времени защитного действия.

Коэффициент защитного действия равен:

k_з.д = а_равн/(v С_н),

где a_равн — предельная насыщенность сорбента, равновесная с концентрацией, кг/кг (устанавливается по экспериментальной изотерме сорбции); v — скорость фильтрования, м/ч; С_н — начальная концентрация вещества в сточной воде, кг/м³,

Потеря времени защитного действия

τ = ε ∆τ,

где ε — пористость сорбента (в долях единицы); ∆τ — время, в течение которого концентрация веществ в фильтрате изменяется от концентрации сорбата при допустимом проскоке С_д.п до С_н.

Величина ∆τ определяется по выходной кривой динамики сорбции, устанавливаемой экспериментально. По выходной кривой определяется момент появления сорбата в фильтрате τ_пр — время проскока, а после этого момента фиксируется увеличение концентрации сорбата до максимального, соответствующего С_н.

Количество вещества M, задерживаемого насыпным фильтром, кг,

M = (H - h)F a_д,

где h — эмпирическая константа; F — площадь фильтра, м²; а_д — динамическая активность сорбента, кг/м³.

Пример 3.4. Исходные данные: расход сточных вод Q = 0,6 л/с (2,16 м³/ч). Начальное содержание взвешенных веществ ВВ_н – 20 мг/л, эмульгированных веществ ЭВ_н - 4,5 мг/л; требуемое конечное содержание ВВ_к – 7 мг/л, ЭВ_к – 1 мг/л.

Объем сточных вод, проходящих через сорбционный фильтр равен:

Q_ф = Q - Q_i,

где Q_i = ∆Q₁, ∆Q₂ и ∆Q₃ - потери сточных вод соответственно в песко­ловке, грязежироловушке и флотаторе с удаленными осадком и пенопродуктом; потери в грязежироловушке складываются из потерь при удалении осадка и при сливе уловленных нефтепродуктов (Q_i = 0,08 м³/ч).