Kaasunpoistoprosessi jätevedenkäsittelyssä

Kaasunpoisto ja ilmastus ovat kaksi yleistä massansiirtoprosessia vedenkäsittelyssä. Ensimmäinen on poistaa veteen liuennut kaasu, kun taas jälkimmäinen on liuottaa kaasu (ilma) veteen.

Kaasunpoistoprosessi kuuluu kaasun ja nesteen faasinsiirtoerotusprosessiin, eli kaasu (kantokaasu) johdetaan jäteveteen, jotta ne ovat täysin kosketuksissa keskenään, jolloin jäteveden liuennut kaasu ja haihtuvat aineet kulkevat sen läpi. kaasu-neste-rajapinta ja siirtyminen kaasufaasiin, jolloin saavutetaan epäpuhtauksien poistamisen tarkoitus. Siksi kaasunpoistoprosessia kutsutaan usein "strippingiksi".

Vesi ja jätevesi sisältävät usein liuenneita kaasuja, ja luonnonvesi sisältää erilaisia ​​kaasuja. Koska happi ja typpi ovat ilmakehän pääkomponentteja, pintavesi sisältää pääasiassa näitä kahta kaasua. Hiilidioksidi on toinen yleinen ilmakehän komponentti, ja sen pitoisuus vaihtelee paikasta toiseen suuresti riippuen alueen teollisuustuotannosta ja asutusolosuhteista.

Siksi hiilidioksidi on myös yleinen kaasu vedessä. Esimerkiksi suuri määrä CO2:ta syntyy, kun rikkihappopitoista jätevettä neutraloidaan kalkkikivellä, ja suuri määrä CO2:ta syntyy myös, kun vesi kulkee vetyioninvaihtimessa pehmennys- ja suolanpoistoprosessin aikana.

Typen ja hapen ominaisuudet ovat aivan erilaiset kuin hiilidioksidilla. Kaksi edellistä eivät ionisoidu vedessä, joten nämä molekyylit tuottavat kaasun painetta liuoksessa; hiilidioksidi tuottaa ionisoituvaa hiilihappoa vedessä, joten vain ne osat, jotka eivät ole vielä reagoineet, tuottavat kaasun painetta. Kun pH-arvo on alle 4,5, kaikki veteen liuennut hiilidioksidi on kaasumuodossa; kun pH-arvo on korkeampi kuin 8,5, kaikki hiilidioksidi ionisoituu.

Muita yleisiä ionisoituvia kaasuja ovat H2S, HCN ja NH3.

Eliöiden hengitys vaikuttaa kaasujen koostumukseen vedessä. Maaperän bakteerit voivat tuottaa suuren määrän hiilidioksidia kaivoveteen; syvässä kaivon vedessä ei ole happea, koska jotkut bakteerit ovat kuluttaneet happea tunkeutuneesta pintavedestä. Soiden ja matalien järvien pohjalla oleva orgaaninen jäte tuottaa yleensä anaerobisen hajoamisen jälkeen H2S:ää ja CH4:ää, ja joskus kaivovedestä löytyy metaania.

Edellä mainitut kaasut voivat syövyttää järjestelmää tai olla haitallisia sinänsä tai haitata myöhempää käsittelyä, joten ne on erotettava ja poistettava.

Kaasunpoiston päätarkoitus on poistaa vedestä erilaisia ​​haitallisia kaasuja, kun taas ilmastuksen päätarkoitus on hapettaa vettä. Kaasunpoistoprosessi on pääasiassa fyysinen faasinsiirtoprosessi, kun taas ilmastus on monimutkaisempaa. Veteen tulevan ilman hapen kanssa tapahtuu samanaikaisesti joitain hapetusreaktioita. Kyseessä on siis fysikaalis-kemiallinen ja jopa biokemiallinen prosessi.

Biokemiallisten prosessien tullessa jätevedenkäsittelyn alalle, myös ilmastustekniikka on saanut huomiota. Esimerkiksi ilmastettu biologinen suodatintekniikka, SBR (sequencing batch activated sludge treatment) -tekniikka jne.

Kaasu-nestefaasitasapainon ja massasiirtonopeuden teorian mukaan kaasu-neste-kaksifaasijärjestelmässä liuenneen kaasun osapaine kaasufaasissa on verrannollinen nestefaasissa olevan kaasun pitoisuuteen.

Kun komponentin kaasufaasin osapaine on pienempi kuin kaasufaasin tasapainon osapaine, joka vastaa komponentin pitoisuutta sen liuoksessa, tapahtuu liuenneen aineosan massan siirtymistä nestefaasista kaasufaasiin. Massansiirtonopeus riippuu komponenttien tasapainoosittaisen paineen ja kaasufaasin osapaineen välisestä erosta.

Kaasu-nestefaasitasapainosuhde ja massansiirtonopeus vaihtelevat materiaalijärjestelmän, lämpötilan ja kahden faasin kosketusolosuhteiden mukaan. Tietyssä materiaalijärjestelmässä veden lämpötilaa nostamalla, raitista ilmaa tai alipainekäyttöä käyttämällä, kaasun ja nesteen kosketuspinta-alaa ja -aikaa lisäämällä sekä massansiirtovastusta pienentämällä voidaan liuoksen pitoisuutta vedessä vähentää ja massaa pienentää. siirtonopeutta voidaan lisätä.

Kaasun liukoisuus nesteeseen on verrannollinen kaasun tasapainoiseen osapaineeseen nesteen pinnalla, mikä on Henryn laki. Toinen tärkeä kaasun liukoisuutta koskeva laki on Daltonin laki, jonka mukaan sekoitetun kaasun kokonaispaine on yhtä suuri kuin näiden kaasujen osapaineiden summa, ja tämä liittyy suoraan niiden moolisuhteeseen tai tilavuussuhteeseen.

Esimerkiksi ilma sisältää yleensä 80% typpeä ja 20% happea, ja ilmanpaine on yleensä 101325Pa (760mmHg). Daltonin lain mukaan O2:n osapaine ilmassa on 152 mmHg (0,20X760 mmHg) ja N2:n osapaine on 608 mmHg (0,80×760 mmHg).

Lämpötilalla on suuri vaikutus kaasun liukoisuuteen. Kun lämpötila nousee, liukoisuus vähenee. Tämä johtuu siitä, että lämpötilan nousu lisää itse veden höyrynpainetta, jolloin neste-kaasu-rajapinnasta ylivuodot vesimolekyylit kuljettavat pois muita kaasumolekyylejä.

Toinen kaasun liukoisuuteen vaikuttava tekijä on kaasumolekyylien diffuusio vedessä. Lämpötilan noustessa kaasun aktiivisuus kiihtyy, veden viskositeetti laskee ja diffuusionopeus kasvaa.

1. Kaasunpoistosäiliö

Kaasunpoistosäiliö on yksinkertaisin ja tehokkain kaasunpoistolaite. Se voi luottaa nesteen ja ilman väliseen kosketukseen altaan pinnalla liuenneiden kaasujen poistamiseksi. Tätä kaasunpoistosäiliötä kutsutaan luonnolliseksi kaasunpoistosäiliöksi, joka soveltuu liuenneille kaasuille, jotka ovat haihtuvia ja joita voidaan käyttää happamien kondensaattien höyrydesorptioon. Veden lämpötila on korkea, tuulen nopeus korkea, avoimia alueita on eikä sekundääristä saastumista ole helppoa tuottaa. Sen kaasunpoistovaikutus liittyy yleensä varastointiaikaan, vesikerroksen syvyyteen ja nesteen pinta-alaan.

Kaasunpoistovaikutuksen tehostamiseksi altaaseen voidaan yleensä asentaa reikäinen muovinen tuuletusputki tai veden pinnalle vesisuihkuputki, josta tulee tehostettu kaasunpoistoallas. Vesisuihkuputken asennuskorkeuden tulee olla 1,2-1,5 m veden pinnasta. Vedenhäviön estämiseksi ympärille voidaan lisätä välilevyjä tai ikkunaluukkuja.

Kaasunpoistoallas voidaan suunnitella myös suorakaiteen muotoiseksi hämäräaltaaksi. Altaaseen lisätään tietoisesti useita väliseiniä vedenjakoasteen nostamiseksi ja veden pohjalle asennetaan muoviputki, jossa on reikiä ilmastusta varten.

2. Kaasunpoistotorni

Kaasunpoiston tehokkuuden parantamiseksi, hyödyllisten kaasujen talteen ottamiseksi ja toissijaisen saastumisen välttämiseksi tähän tarkoitukseen käytetään yleensä kaasunpoistotornia. Yleensä kaasunpoistotornit ovat tiiviste- tai levytyyppisiä.

Ensimmäinen on pakattu kaasunpoistotorni, jossa tornin yläosaan lisätään vettä joskus suihkuputken kautta ja neste virtaa kalvomaisesti alaspäin tiivisteen pinnan (kuten Raschigin renkaiden) läpi ja ilmaa puhalletaan sisään tornin pohjalta jatkuvassa vaiheessa alhaalta ylös, vastavirtakontaktissa jäteveden kanssa.

Ilmaa käytetään yleensä desorptiokaasuna poistamaan liukenemattomia kaasuja, kuten hiilidioksidia, ammoniakkia, rikkivetyä tai metaania. Pakattuja kaasunpoistotorneja käytetään usein jalostamoissa ja paperitehtaissa happamien kondensaattien höyrydesorptioon.

Toinen kaasunpoistotorni on levytyyppinen, jonka pääominaisuus on, että torniin on asennettu tietty määrä levyjä ja jätevesi virtaa vaakasuunnassa levyjen läpi ja virtaa alasputken kautta seuraavaan levyyn. Ilma kulkee levyllä olevan vesikerroksen läpi kuplivaan tai suihkuttaen, ja tornin kaasufaasi- ja vesifaasikoostumus muuttuvat portaittain tornin korkeutta pitkin.

Jätevedestä ulos puhallettua kaasua voidaan käyttää edestakaisin absorption kautta. Esimerkiksi NaOH-liuosta käytetään absorboimaan irrotettu HCN NaCN:n muodostamiseksi, ja H2S absorboidaan Na2S:n muodostamiseksi, ja sitten kyllästetty liuos haihdutetaan ja kiteytetään. H2S voidaan myös adsorboida aktiivihiilellä, ja kyllästymisen jälkeen se pestään typpioksiduuliliuoksella ja rikki voidaan ottaa talteen haihdutuksen jälkeen.