Degaseerimisprotsess reoveepuhastuses

Degaseerimine ja õhutamine on veepuhastuses kaks levinumat massiülekande protsessi. Esimene eesmärk on eemaldada vees lahustunud gaas, teine ​​​​aga gaas (õhk) lahustatakse vees.

Degaseerimisprotsess kuulub gaasi-vedeliku faasiülekande eraldusprotsessi, see tähendab, et gaas (kandegaas) juhitakse reovette, et need saaksid üksteisega täielikult kokku puutuda, nii et lahustunud gaas ja lenduvad lahustunud ained reovees läbivad. gaasi-vedeliku liides ja üleminek gaasifaasi, saavutades seeläbi saasteainete eemaldamise eesmärgi. Seetõttu nimetatakse degaseerimisprotsessi sageli "eemaldamiseks".

Vesi ja reovesi sisaldavad sageli lahustunud gaase ning looduslik vesi sisaldab mitmesuguseid gaase. Kuna atmosfääri peamised komponendid on hapnik ja lämmastik, sisaldab pinnavesi peamiselt neid kahte gaasi. Süsinikdioksiid on teine ​​​​levinud atmosfäärikomponent ja selle kontsentratsioon on erinevates kohtades erinev, sõltudes suuresti tööstuslikust tootmisest ja inimasustuse tingimustest piirkonnas.

Seetõttu on süsihappegaas ka vees tavaline gaas. Näiteks tekib suur hulk CO2 väävelhapet sisaldava reovee neutraliseerimisel lubjakiviga ning suur hulk CO2 tekib ka vee läbimisel vesinikioonivahetist pehmenemis- ja magestamisprotsessi käigus.

Lämmastiku ja hapniku omadused on süsihappegaasi omadest üsna erinevad. Esimesed kaks ei ioniseeru vees, nii et need molekulid tekitavad lahuses gaasirõhu; süsihappegaas toodab vees ioniseeritavat süsihapet, nii et gaasirõhku tekitavad ainult need osad, mis pole veel reageerinud. Kui pH väärtus on madalam kui 4,5, on kogu vees lahustunud süsinikdioksiid gaasilises vormis; kui pH väärtus on kõrgem kui 8,5, on kogu süsinikdioksiid ioniseeritud.

Teiste levinud ioniseeritavate gaaside hulka kuuluvad H2S, HCN ja NH3.

Organismide hingamine mõjutab gaaside koostist vees. Mullabakterid võivad kaevuvees toota suures koguses süsihappegaasi; süvakaevude vees puudub hapnik, sest osa baktereid on tarbinud hapnikku imbunud pinnaveest. Soode ja madalate järvede põhjas olev orgaaniline praht toodab üldiselt pärast anaeroobset lagunemist H2S ja CH4 ning mõnikord leidub kaevuvees metaani.

Ülaltoodud gaasid võivad süsteemi korrodeerida või olla iseenesest kahjulikud või kahjustada järgnevat töötlemist, seetõttu tuleb need eraldada ja eemaldada.

Degaseerimise põhieesmärk on erinevate kahjulike gaaside eemaldamine veest, aereerimise põhieesmärk on aga vee hapnikuga rikastamine. Degaseerimisprotsess on peamiselt füüsilise faasi ülekandeprotsess, samas kui õhutamine on keerulisem. Koos vette siseneva õhuhapnikuga toimuvad samal ajal ka mõned oksüdatsioonireaktsioonid. Seega on tegemist füüsikalis-keemilise ja isegi biokeemilise protsessiga.

Kuna biokeemilised protsessid jõuavad reoveepuhastuse valdkonda, on tähelepanu pälvinud ka aeratsioonitehnoloogia. Näiteks aereeritud bioloogilise filtri tehnoloogia, SBR (sequencing batch activated sludge treatment) tehnoloogia jne.

Gaas-vedelik faasi tasakaalu ja massiülekande kiiruse teooria kohaselt on gaas-vedelik kahefaasilises süsteemis lahustunud gaasi osarõhk gaasifaasis võrdeline gaasi kontsentratsiooniga vedelas faasis.

Kui komponendi gaasifaasi osarõhk on madalam kui gaasifaasi tasakaalu osarõhk, mis vastab komponendi kontsentratsioonile selle lahuses, toimub lahustunud komponendi massiülekanne vedelast faasist gaasifaasi. Massi ülekandekiirus sõltub komponentide tasakaalulise osarõhu ja gaasifaasi osarõhu erinevusest.

Gaasi-vedeliku faasi tasakaalu suhe ja massiülekande kiirus varieeruvad sõltuvalt materjali süsteemist, temperatuurist ja kahe faasi kokkupuutetingimustest. Antud materjalisüsteemi puhul saab vee temperatuuri tõstmise, värske õhu või alarõhuga töötamise, gaasi-vedeliku kokkupuutepinna ja -aja suurendamise ning massiülekande takistuse vähendamise abil vähendada lahuse kontsentratsiooni vees ja massi. edastuskiirust saab suurendada.

Gaasi lahustuvus vedelikus on võrdeline gaasi tasakaalulise osarõhuga vedeliku pinnal, mis on Henry seadus. Teine oluline seadus gaasi lahustuvuse kohta on Daltoni seadus, mis ütleb, et segagaasi kogurõhk on võrdne kõigi nende gaaside osarõhkude summaga ja see on otseselt seotud nende molaarsuhte või ruumala suhtega.

Näiteks sisaldab õhk tavaliselt 80% lämmastikku ja 20% hapnikku ning atmosfäärirõhk on tavaliselt 101325 Pa (760 mmHg). Daltoni seadus ütleb, et O2 osarõhk õhus on 152 mmHg (0,20X760 mmHg), N2 osarõhk aga 608 mmHg (0,80×760 mmHg).

Temperatuuril on suur mõju gaasi lahustuvusele. Kui temperatuur tõuseb, lahustuvus väheneb. Seda seetõttu, et temperatuuri tõus põhjustab vee enda aururõhu tõusu, nii et vedeliku-gaasi liidesest ülevoolavad veemolekulid kannavad ära teised gaasimolekulid.

Teine tegur, millel on oluline mõju gaasi lahustuvusele, on gaasimolekulide difusioon vees. Kui temperatuur tõuseb, gaasi aktiivsus kiireneb, vee viskoossus väheneb ja difusioonikiirus suureneb.

1. Degaseerimispaak

Degaseerimispaak on kõige lihtsam ja tõhusam degaseerimisseade. See võib lahustunud gaaside eemaldamiseks tugineda vedeliku ja õhu kokkupuutele basseini pinnal. Seda degaseerimispaaki nimetatakse looduslikuks degaseerimispaakiks, mis sobib lenduvate lahustunud gaaside jaoks ja mida saab kasutada happeliste kondensaatide aurude desorptsiooniks. Vee temperatuur on kõrge, tuule kiirus suur, lagedaid alasid on ja sekundaarset reostust pole lihtne tekitada. Selle degaseeriv toime on üldiselt seotud säilitusaja, veekihi sügavuse ja vedeliku pindalaga.

Degaseerimisefekti tõhustamiseks võib basseini tavaliselt paigaldada aukudega plastikust õhutustoru või veepinnale veepihustustoru, millest saab tõhustatud degaseerimisbassein. Veepihustustoru paigalduskõrgus peaks olema 1,2–1,5 m veepinnast. Veekao vältimiseks võib ümber lisada deflektorid või aknaluugid.

Degaseerimisbasseini saab kujundada ka ristkülikukujulise segatud basseinina. Veejaotusastme tõstmiseks lisatakse basseinile teadlikult mitu vaheseina ning vee põhja on paigaldatud aukudega plasttoru õhustamiseks.

2. Degaseerimistorn

Degaseerimise efektiivsuse parandamiseks, kasulike gaaside kogumiseks ja teisese reostuse vältimiseks kasutatakse selle eesmärgi saavutamiseks tavaliselt degaseerimistorni. Üldiselt on degaseerimistornid pakkimis- või plaaditüüpi.

Esimene on pakitud degaseerimistorn, kus torni tippu lisatakse vett, mõnikord läbi jugatoru ja vedelik voolab kiletaoliselt allapoole läbi tihendi pinna (näiteks Raschigi rõngad) ja õhku puhutakse sisse torni põhjast, pidevas faasis, alt üles, reoveega vastuvoolukontaktis.

Tavaliselt kasutatakse õhku desorptsioonigaasina, et eemaldada lahustumata gaasid, nagu süsinikdioksiid, ammoniaak, vesiniksulfiid või metaan. Pakendatud degaseerimistorne kasutatakse sageli rafineerimistehastes ja paberivabrikutes happeliste kondensaatide aurude desorptsiooniks.

Teine degaseerimistorn on plaattüüp, mille põhiomaduseks on see, et torni on paigaldatud teatud arv plaate ning reovesi voolab horisontaalselt läbi plaatide ja voolab allavoolu kaudu järgmisesse plaati. Õhk läbib plaadil asuvat veekihti mulli- või jugaga ning gaasifaas ja veefaasi koostis muutuvad tornis astmeliselt piki torni kõrgust.

Reoveest välja puhutud gaasi saab läbi neeldumise edasi-tagasi kasutada. Näiteks NaOH lahust kasutatakse eraldatud HCN absorbeerimiseks, et tekitada NaCN, ja H2S absorbeeritakse, et tekitada Na2S ning seejärel küllastunud lahus aurustatakse ja kristalliseeritakse. H2S-i saab adsorbeerida ka aktiivsöega ja pärast küllastumist pestakse seda lämmastiksulfiidi lahusega ja väävli saab pärast aurustamist tagasi.