Исследование адсорбционной очистки сточных вод промышленных предприятий карбонатным шламом ТЭС | Статья в журнале «Молодой ученый»

Авторы: , ,

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №47 (181) ноябрь 2017 г.

Дата публикации: 27.11.2017

Статья просмотрена: 101 раз

Библиографическое описание:

Николаева Л. А., Исхакова Р. Я., Исхаков А. Р. Исследование адсорбционной очистки сточных вод промышленных предприятий карбонатным шламом ТЭС // Молодой ученый. — 2017. — №47. — С. 35-38. — URL https://moluch.ru/archive/181/46718/ (дата обращения: 16.02.2019).



В настоящее время в практике очистки сточных вод адсорбционный метод находит все более широкое применение, что связано с его высокой эффективностью и возможностью очистки сточных вод, содержащих растворенные примеси. Так, адсорбционную очистку применяют для обезвреживания сточных вод на предприятиях химического и нефтехимического комплекса от фенолов, ароматических нитросоединений, ПАВ, красителей и многих других вредных веществ. Для внедрения и широкого применения метода на практике необходимо подробное исследование адсорбционной очистки на выбранном адсорбенте.

В качестве адсорбционных материалов используются самые различные вещества органического и неорганического происхождения: активные угли, синтетические сорбенты и некоторые отходы производства (золу, шлаки, опоки, опилки и др.). В статье исследована адсорбционная очистка сточных вод карбонатным шламом тепловых электрических станций (ТЭС).

Карбонатный шлам ТЭС является продуктом процессов известкования и коагуляции при очистке природной воды в осветлителях. Шлам осветлителей не является токсичным и относится к V классу опасности для окружающей природной среды, который подразумевает, что степень вредного воздействия шлама на окружающую среду очень низкая и экологическая система при его внесении практически не нарушена [1]. Тем не менее, утилизация шлама является приоритетной проблемой для ТЭС, так как накопление шлама происходит в течение длительного периода, что приводит к переполнению шламонакопителей.

Рентгенографический качественный фазовый анализ на дифрактометре D 8 ADVANCE фирмы Bruker показал следующий химический состав: кальцит CaCO3 –72 %, бруситMg(OH)2–9 %; портландит Сa(OH)2< 1 %; кварц SiO2–0,5 %, остальные прочие вещества — 17,5 %. Влажность пористого шлама — 3 %, насыпная плотность –560 кг/м3, суммарный объем пор — 0,09 см3/г [2]. Зольность составляет 89 %. Карбонатный шлам обладает хорошей прочностью на истирание при перемешивании, о чем свидетельствует достаточно однородный гранулометрический состав измельченного образца, который представлен в таблице 1.

Таблица 1

Гранулометрический состав карбонатного шлама

Диаметр отверстий, мм.

>1,4

1,0÷1,4

0,5÷1,0

0,09÷0,5

<0,09

%

26,9

5,7

8,7

49,8

8,9

Анализ шлама методом газовой хроматомасс-спектрометрии с электронной ионизацией на масс-спектросметреDFS производства «ThermoFisherScl. Co» выявил наличие гуминовых веществ до 12 % (масс.).

В сточных водах предприятий химической и нефтехимической отрасли промышленности присутствуют различные органические и неорганические примеси. В связи с этим для исследования сорбционной способности карбонатного шлама в качестве адсорбтива выбраны фенол и аммонийный азот как часто встречающиеся примеси сточных вод предприятий данной отрасли.

Для установления сорбционной способности шлама по отношению к фенолу и аммонийному азоту, присутствующим в сточных водах различных предприятий, проведен эксперимент на модельных растворах, в котором определяли сорбционную емкость шлама в статических условиях. Сорбционную способность шлама по отношению к фенолу определяли следующим образом: в колбы объемом 300 см3 наливали 200 см3 подготовленного раствора фенола с различными начальными концентрациями. В эксперименте использовали 1 г шлама на 200 мл раствора в каждой из шести колб. Опыты проводили при комнатной температуре 25°С, время взаимодействия составляло 3 часа при постоянном перемешивании. Затем сорбент отфильтровывали и определяли равновесную (остаточную) концентрацию фенола в фильтрате бромометрическим методом, а аммонийного азота — титриметрическим методом.

На основании полученных данных построены изотермы сорбции фенола с переводом в соответствующие единицы измерения (рис.1).

Рис. 1. Изотерма сорбции фенола

Изотерма сорбции по аммонийному азоту представлена на рисунке 2.

Рис. 2. Изотерма сорбции аммонийного азота

Как видно из рисунка 1 и 2 при малых концентрациях извлекаемых веществ наблюдается резкий подъем кривых и величина адсорбции практически прямо пропорциональна концентрации фенола и аммонийного азота. Это свидетельствует о сильном взаимодействии адсорбата с поверхностью адсорбента. С ростом концентрации исследуемых веществ в растворе растет и степень их извлечения. С дальнейшим увеличением концентрации фенола и аммонийного азота в растворе кривые практически выходят на насыщение. Изотермы адсорбции относится к I типу по классификации БЭТ и свидетельствует о наличии в карбонатном шламе микропор.

Адсорбционная емкость материала по фенолу составила 85 ммоль/г, по аммонийному азоту 93 ммоль/г.

Прежде чем внедрять предлагаемый материал адсорбционный способ очистки на предприятиях, необходимо провести предварительное математическое описание, для того чтобы подтвердить возможность и целесообразность его проведения. В настоящее время для описания процесса адсорбционной очистки используются такие известные модели как модель Ленгмюра, Френдлиха, БЭТ и пр. Однако, несмотря на их широкое применение, данные модели не дают никакой информации об адсорбционном механизме. Поэтому, для определения механизма адсорбционного процесса, равновесные данные были интерпретированы с помощью модели изотермы Дубинина-Радушкевича [3]. Уравнение Дубинина-Радушкевича записывается в виде (1)

, (1)

где k — константа (моль2/кДж2), связанная с энергией адсорбции; ε — потенциал Поляни (кДж/моль), определяемый из выражения (2)

, (2)

где R — универсальная газовая постоянная (кДж/(мольK) и T — абсолютная температура (K).

Изотерма Дубинина-Радушкевича является более общим случаем, чем, например, изотерма Ленгмюра, так как она не предполагает гомогенности поверхности или постоянства адсорбционного потенциала и в основном применяется для того, чтобы различить физическую и химическую адсорбцию.

Путем логарифмирования уравнение (1) записывается в линейную форму (3).

(3)

Далее путем построения графика зависимости lna от ε2, кДж2/моль2 графическим методом по наклону прямой и отрезку, отсекаемому на оси ординат, определяются константы k и am.

Рис. 3. Изотермы адсорбции фенола и аммонийного азота на образцах карбонатного шлама в координатах линейного уравнения Дубинина-Радушкевича

Изотермы адсорбции фенола и аммонийного азота на карбонатном шламе, представленные в координатах линейного уравнения (3), достаточно хорошо соответствуют уравнению теории объемного заполнения пор, что свидетельствует о том, что большая часть пор в изучаемых образцах представляет собой микропоры. Таким образом, определены константы am и k для обеих случаев (табл. 2).

Таблица 2

Параметры уравнения Дубинина-Радушкевича, рассчитанные графическим методом

Параметры модели

Адсорбция на карбонатном шламе

фенола

аммонийного азота

k, моль2/кДж2

0,02365

0,0745

am, ммоль/г, выч.

85,607

52,709

Модель Дубинина-Радушкевича указывает на природу адсорбции адсорбата на адсорбенте и может быть использована для расчета средней свободной энергии адсорбции [3]:

E = (−2k)-0,5. (4)

По численному значению величины k в уравнении (4) можно судить о природе сил взаимодействия между исследуемыми веществами с активными центрами поверхности. Считается, что в случае если 8<Е<16 кДж/моль, то адсорбционный процесс протекает по ионообменному механизму, а при Е< 8 кДж/моль, то процесс адсорбции носит физический характер. На рис. 3 представлены графики зависимости lna от ε2 для адсорбции фенола и аммонийного азота при 250С на исследованных образцах карбонатного шлама. При адсорбции фенола величина k=0,02365, а при адсорбции аммонийного азота k = 0,0745 ммоль2/кДж2 соответственно. Рассчитанные по этим величинам k значения свободной энергии адсорбции Е для случаев сорбции фенола и аммонийного азота равны соответственно 4,6 и 8,2 кДж/моль, что свидетельствует о физической природе взаимодействия адсорбата с адсорбентом в случае сорбции фенолов и ионообменных свойствах шлама в случае с аммонийным азотом.

ВЫВОДЫ

Экспериментальные данные по адсорбции фенола и аммонийного азота были обработаны с применением модели Дубинина-Радушкевича, определены константы уравнений, и на их основе рассчитаны величины свободной энергии адсорбции фенола и аммонийного азота на карбонатном шламе. Установлено, что процесс сорбции фенола на поверхности карбонатного шлама имеет физическую природу, процесс сорбции аммонийного азота проходит по ионообменному механизму

Литература:

  1. Л. А. Николаева, Р. Я. Исхакова. Очистка оборотных и сточных вод ТЭС от нефтепродуктов модифицированным шламом водоподготовки // Теплоэнергетика. — 2017. — № 6. — С. 72–78.
  2. Адсорбционная очистка промышленных сточных вод модифицированным карбонатным шламом: диссертация... доктора технических наук: 03.02.08 / Николаева Лариса Андреевна; [Место защиты: Иван. гос. хим.-технол. ун-т]. — Казань, 2017. — 267 с.
  3. Кельцев Н. В. Основы адсорбционной техники. — М.: Химия, 1984. — 592 с.
Основные термины (генерируются автоматически): адсорбционная очистка, ADVANCE, карбонатный шлам.


Похожие статьи

Адсорбция как эффективный способ очистки промышленных...

Исследование адсорбционной очистки сточных вод промышленных предприятий карбонатным шламом ТЭС. Использование термодинамических моделей для интенсификации процессов флотационной очистки производственных сточных вод.

Исследование возможности использования карбонатного шлама...

Исследовано влияние карбонатного шлама, образующегося при химической очистке воды для паровых котлов, и измельченного отсева дробления известнякового щебня на свойства шпаклевок.

Адсорбционная очистка легких углеводородных смесей и газов

Легкие бензины и газы, получаемые при переработке товарных нефтей Узбекистана, содержат 0,022–1,7 % и более сернистых соединений. Эти примеси оказывают крайне вредное влияние на процессы последующей переработки углеводородных фракций.

Изучение физико-химических свойств адсорбентов при очистке...

 высокая адсорбционная емкость при повышенных температурах (до 100 °С) и малых парциальных давлениях извлекаемого компонента

В процессе очистки природных газов, когда происходит и совместная адсорбция различных углеводородов, распределение...

Адсорбционная очистка веретенного масла от нежелательных...

Головной процесс производств нефтяных масел — перегонка мазута с выделением масляных дистиллятов и остатка — гудрона. Мазут перегоняют в ректификационных колоннах в вакууме, основная цель перегонки — получить масляные фракции с узкими пределами вскипания...

Адсорбционная очистка нефтяных масел | Статья в журнале...

За годы независимости Узбекистана, в нефтеперерабатывающей промышленности страны, произошли большие изменения. Различные исследования в отрасли переработки нефти создают благоприятные условия для новых перспектив в этой области.

Исследование адсорбционной очистки турбинного масла Тп-30

Исследование адсорбционной очистки сточных вод промышленных предприятий карбонатным шламом ТЭС. Исследование пожаровзрывоопасности гидроабразивноструйной очистки резервуара.

Исследование пожаровзрывоопасности гидроабразивноструйной...

Исследование адсорбционной очистки сточных вод промышленных предприятий карбонатным шламом ТЭС. Расчет сопряжения стенки цилиндрического резервуара с днищем методом перемещений.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Похожие статьи

Адсорбция как эффективный способ очистки промышленных...

Исследование адсорбционной очистки сточных вод промышленных предприятий карбонатным шламом ТЭС. Использование термодинамических моделей для интенсификации процессов флотационной очистки производственных сточных вод.

Исследование возможности использования карбонатного шлама...

Исследовано влияние карбонатного шлама, образующегося при химической очистке воды для паровых котлов, и измельченного отсева дробления известнякового щебня на свойства шпаклевок.

Адсорбционная очистка легких углеводородных смесей и газов

Легкие бензины и газы, получаемые при переработке товарных нефтей Узбекистана, содержат 0,022–1,7 % и более сернистых соединений. Эти примеси оказывают крайне вредное влияние на процессы последующей переработки углеводородных фракций.

Изучение физико-химических свойств адсорбентов при очистке...

 высокая адсорбционная емкость при повышенных температурах (до 100 °С) и малых парциальных давлениях извлекаемого компонента

В процессе очистки природных газов, когда происходит и совместная адсорбция различных углеводородов, распределение...

Адсорбционная очистка веретенного масла от нежелательных...

Головной процесс производств нефтяных масел — перегонка мазута с выделением масляных дистиллятов и остатка — гудрона. Мазут перегоняют в ректификационных колоннах в вакууме, основная цель перегонки — получить масляные фракции с узкими пределами вскипания...

Адсорбционная очистка нефтяных масел | Статья в журнале...

За годы независимости Узбекистана, в нефтеперерабатывающей промышленности страны, произошли большие изменения. Различные исследования в отрасли переработки нефти создают благоприятные условия для новых перспектив в этой области.

Исследование адсорбционной очистки турбинного масла Тп-30

Исследование адсорбционной очистки сточных вод промышленных предприятий карбонатным шламом ТЭС. Исследование пожаровзрывоопасности гидроабразивноструйной очистки резервуара.

Исследование пожаровзрывоопасности гидроабразивноструйной...

Исследование адсорбционной очистки сточных вод промышленных предприятий карбонатным шламом ТЭС. Расчет сопряжения стенки цилиндрического резервуара с днищем методом перемещений.

Задать вопрос