Процес на дегазиране при пречистване на отпадни води

Дегазирането и аерирането са два често срещани процеса на пренос на маса при пречистване на водата. Първият е за отстраняване на газа, разтворен във вода, докато вторият е за разтваряне на газ (въздух) във вода.

Процесът на дегазиране принадлежи към процеса на разделяне на фазовия трансфер газ-течност, т.е. газът (газът носител) се въвежда в отпадъчните води, за да ги направи пълен контакт един с друг, така че разтвореният газ и летливите разтворени вещества в отпадъчните води да преминат през интерфейс газ-течност и прехвърляне към газовата фаза, като по този начин се постига целта за отстраняване на замърсителите. Поради това процесът на обезгазяване често се нарича "стрипинг".

Водата и отпадъчните води често съдържат разтворени газове, а естествената вода съдържа различни газове. Тъй като кислородът и азотът са основните компоненти на атмосферата, повърхностните води съдържат главно тези два газа. Въглеродният диоксид е друг често срещан атмосферен компонент и неговата концентрация варира от място на място, до голяма степен в зависимост от промишленото производство и условията на заселване на хората в района.

Следователно въглеродният диоксид също е често срещан газ във водата. Например, голямо количество CO2 се произвежда, когато отпадъчните води, съдържащи сярна киселина, се неутрализират с варовик, и голямо количество CO2 се произвежда също, когато водата преминава през водороден йонен обменник по време на процеса на омекване и обезсоляване.

Свойствата на азота и кислорода са доста различни от тези на въглеродния диоксид. Първите две няма да се йонизират във вода, така че тези молекули ще произведат газово налягане в разтвора; въглеродният диоксид произвежда йонизираща се въглеродна киселина във водата, така че само онези части, които все още не са реагирали, ще произведат газово налягане. Когато стойността на pH е по-ниска от 4,5, целият въглероден диоксид, разтворен във вода, съществува в газова форма; когато стойността на pH е по-висока от 8,5, целият въглероден диоксид се йонизира.

Други често срещани йонизиращи се газове включват H2S, HCN и NH3.

Дишането на организмите влияе върху състава на газовете във водата. Почвените бактерии могат да произведат голямо количество въглероден диоксид в кладенческа вода; в дълбоките кладенци няма кислород, защото някои бактерии са консумирали кислород от проникналата повърхностна вода. Органичните остатъци на дъното на блатата и плитките езера обикновено произвеждат H2S и CH4 след анаеробно разлагане, а метанът понякога се намира в кладенческа вода.

Горните газове могат да корозират системата или да бъдат вредни сами по себе си, или да навредят на последващото третиране, така че те трябва да бъдат отделени и отстранени.

Основната цел на дегазацията е да отстрани различни вредни газове от водата, докато основната цел на аерацията е да окисли водата. Процесът на дегазиране е основно процес на физически фазов трансфер, докато аерирането е по-сложно. Заедно с кислорода във въздуха, навлизащ във водата, в същото време ще се появят някои окислителни реакции. Така че това е физико-химичен и дори биохимичен процес.

Тъй като биохимичните процеси навлизат в областта на пречистването на отпадъчни води, технологията за аериране също получи внимание. Например технология за аерирани биологични филтри, технология SBR (секвенираща партидна обработка с активирана утайка) и др.

Съгласно теорията за фазовото равновесие газ-течност и скоростта на пренос на маса, в двуфазна система газ-течност, парциалното налягане на разтворения газ в газовата фаза е пропорционално на концентрацията на газа в течната фаза.

Когато парциалното парциално налягане на газовата фаза на компонента е по-ниско от парциалното парциално налягане на газовата фаза, съответстващо на концентрацията на компонента в неговия разтвор, ще настъпи пренос на масата на разтворения компонент от течната фаза към газовата фаза. Скоростта на масопренос зависи от разликата между равновесното парциално налягане на компонентите и парциалното налягане на газовата фаза.

Фазовото равновесие газ-течност и скоростта на пренос на маса варират в зависимост от материалната система, температурата и условията на контакт на двете фази. За дадена материална система, чрез повишаване на температурата на водата, използване на свеж въздух или операция под отрицателно налягане, увеличаване на контактната площ и време на газ-течност и намаляване на съпротивлението на масов трансфер, концентрацията на разтвора във вода може да бъде намалена и масата скоростта на трансфер може да се увеличи.

Разтворимостта на газ в течност е пропорционална на равновесното парциално налягане на газа върху повърхността на течността, което е законът на Хенри. Друг важен закон за разтворимостта на газа е законът на Далтон, който гласи, че общото налягане на смесен газ е равно на сумата от парциалните налягания на всеки от тези газове и това е пряко свързано с тяхното моларно съотношение или обемно съотношение.

Например въздухът обикновено съдържа 80% азот и 20% кислород, а атмосферното налягане обикновено е 101325Pa (760mmHg). Законът на Далтон гласи, че парциалното налягане на O2 във въздуха е 152 mmHg (0,20X760 mmHg), а парциалното налягане на N2 е 608 mmHg (0,80x760 mmHg).

Температурата има голямо влияние върху разтворимостта на газа. Когато температурата се повиши, разтворимостта ще намалее. Това е така, защото повишаването на температурата води до увеличаване на налягането на парите на самата вода, така че водните молекули, преливащи от интерфейса течност-газ, отнасят други газови молекули.

Друг фактор, който има важно влияние върху разтворимостта на газа, е дифузията на газовите молекули във водата. Когато температурата се повиши, газовата активност се ускорява, вискозитетът на водата намалява и скоростта на дифузия се увеличава.

1. Дегазиращ резервоар

Резервоарът за дегазиране е най-простото и ефективно съоръжение за дегазиране. Може да разчита на контакта между течността и въздуха на повърхността на басейна за отстраняване на разтворените газове. Този дегазиращ резервоар се нарича естествен дегазиращ резервоар, който е подходящ за разтворени газове, които са летливи и може да се използва за десорбция на пари на киселинни кондензати. Температурата на водата е висока, скоростта на вятъра е висока, има открити площи и не е лесно да се произведе вторично замърсяване. Неговият дегазиращ ефект обикновено е свързан с времето за съхранение, дълбочината на водния слой и повърхността на течността.

За да се подобри дегазиращият ефект, обикновено в басейна може да се монтира пластмасова вентилационна тръба с дупки или на повърхността на водата може да се монтира тръба за пръскане на вода, което се превръща в подобрен дегазиращ басейн. Височината на монтаж на тръбата за пръскане на вода трябва да бъде 1,2~1,5 m от водната повърхност. За да се предотврати загубата на вода, могат да се добавят прегради или капаци наоколо.

Дегазиращият басейн може да бъде проектиран и като правоъгълен басейн с прегради. Към басейна съзнателно се добавят няколко прегради, за да се увеличи степента на разделяне на водата, а на дъното на водата се монтира пластмасова тръба с отвори за аерация.

2. Дегазационна кула

За да се подобри ефективността на обезгазяване, възстановяване на полезни газове и избягване на вторично замърсяване, за постигане на тази цел обикновено се използва дегазираща кула. Като цяло дегазиращите кули са от тип опаковка или тип плоча.

Първата е пакетирана дегазираща кула, където вода се добавя към върха на кулата, понякога през струйна тръба, и течността тече надолу по филмообразен начин през повърхността на опаковката (като Рашиг пръстени), и въздухът се вдухва от дъното на кулата, в непрекъсната фаза, отдолу нагоре, в противоточен контакт с отпадъчните води.

Въздухът обикновено се използва като десорбционен газ за отстраняване на неразтворени газове, като въглероден диоксид, амоняк, сероводород или метан. Опакованите дегазиращи кули често се използват в рафинерии и фабрики за хартия за парна десорбция на киселинни кондензати.

Друга дегазираща кула е тип плоча, чиято основна характеристика е, че определен брой плочи са монтирани в кулата, а отпадъчната вода тече хоризонтално през плочите и се влива в следващата плоча през низходящата тръба. Въздухът преминава през водния слой върху плочата по бълбукащ или струен начин, а съставът на газовата фаза и водната фаза в кулата се променя на стъпки по височината на кулата.

Газът, издухан от отпадъчните води, може да се използва напред и назад чрез абсорбция. Например разтворът на NaOH се използва за абсорбиране на отстранения HCN за генериране на NaCN, а H2S се абсорбира за генериране на Na2S и след това наситеният разтвор се изпарява и кристализира. H2S може също да се адсорбира от активен въглен и след достигане на насищане се промива с разтвор на азотен сулфид и сярата може да се възстанови след изпаряване.