Procés de desgasificació en el tractament d'aigües residuals

La desgasificació i l'aireació són dos processos de transferència de massa habituals en el tractament de l'aigua. El primer consisteix a eliminar el gas dissolt a l'aigua, mentre que el segon consisteix a dissoldre el gas (aire) en aigua.

El procés de desgasificació pertany al procés de separació de la transferència de fase gas-líquid, és a dir, el gas (gas portador) s'introdueix a les aigües residuals per posar-les en contacte totalment entre elles, de manera que el gas dissolt i els soluts volàtils de les aigües residuals passen. la interfície gas-líquid i transferència a la fase gasosa, aconseguint així el propòsit d'eliminar els contaminants. Per tant, el procés de desgasificació sovint s'anomena "extracció".

L'aigua i les aigües residuals sovint contenen gasos dissolts, i l'aigua natural conté una varietat de gasos. Com que l'oxigen i el nitrogen són els components principals de l'atmosfera, l'aigua superficial conté principalment aquests dos gasos. El diòxid de carboni és un altre component atmosfèric comú, i la seva concentració varia d'un lloc a un altre, en gran mesura depenent de la producció industrial i les condicions d'assentament humà a la zona.

Per tant, el diòxid de carboni també és un gas comú a l'aigua. Per exemple, es produeix una gran quantitat de CO2 quan les aigües residuals que contenen àcid sulfúric es neutralitzen amb pedra calcària, i també es produeix una gran quantitat de CO2 quan l'aigua passa per un intercanviador d'ions d'hidrogen durant el procés de suavització i dessalinització.

Les propietats del nitrogen i l'oxigen són força diferents de les del diòxid de carboni. Els dos primers no s'ionitzaran a l'aigua, de manera que aquestes molècules produiran pressió de gas en solució; el diòxid de carboni produeix àcid carbònic ionitzable a l'aigua, de manera que només aquelles parts que encara no hagin reaccionat produiran pressió de gas. Quan el valor del pH és inferior a 4,5, tot el diòxid de carboni dissolt a l'aigua existeix en forma de gas; quan el valor de pH és superior a 8,5, tot el diòxid de carboni està ionitzat.

Altres gasos ionitzables comuns inclouen H2S, HCN i NH3.

La respiració dels organismes afecta la composició dels gasos a l'aigua. Els bacteris del sòl poden produir una gran quantitat de diòxid de carboni a l'aigua del pou; no hi ha oxigen a l'aigua del pou profund perquè alguns bacteris han consumit oxigen de l'aigua superficial infiltrada. Els residus orgànics al fons dels pantans i dels llacs poc profunds produeixen generalment H2S i CH4 després de la descomposició anaeròbica, i de vegades es troba metà a l'aigua del pou.

Els gasos anteriors poden corroir el sistema, o ser nocius per si mateixos, o perjudicar el tractament posterior, per la qual cosa s'han de separar i eliminar.

L'objectiu principal de la desgasificació és eliminar diversos gasos nocius de l'aigua, mentre que l'objectiu principal de l'aireació és oxigenar l'aigua. El procés de desgasificació és principalment un procés de transferència de fase física, mentre que l'aireació és més complicada. Juntament amb l'oxigen de l'aire que entra a l'aigua, es produiran algunes reaccions d'oxidació al mateix temps. Per tant, és un procés físic-químic i fins i tot bioquímic.

A mesura que els processos bioquímics entren al camp del tractament d'aigües residuals, la tecnologia d'aireació també ha rebut atenció. Per exemple, tecnologia de filtre biològic airejat, tecnologia SBR (tratament de fangs activats per lots de seqüenciació), etc.

Segons la teoria de l'equilibri de la fase gas-líquid i la velocitat de transferència de massa, en un sistema de dues fases gas-líquid, la pressió parcial del gas solut en la fase gasosa és proporcional a la concentració del gas en la fase líquida.

Quan la pressió parcial de la fase gasosa del component és inferior a la pressió parcial d'equilibri de la fase gasosa corresponent a la concentració del component en la seva solució, es produirà la transferència de massa del component de solut de la fase líquida a la fase gasosa. La velocitat de transferència de massa depèn de la diferència entre la pressió parcial d'equilibri dels components i la pressió parcial de la fase gasosa.

La relació d'equilibri de fase gas-líquid i la velocitat de transferència de massa varien amb el sistema de material, la temperatura i les condicions de contacte de les dues fases. Per a un sistema de material determinat, augmentant la temperatura de l'aigua, utilitzant aire fresc o operació de pressió negativa, augmentant l'àrea i el temps de contacte gas-líquid i reduint la resistència a la transferència de massa, es pot reduir la concentració de la solució a l'aigua i la massa. la velocitat de transferència es pot augmentar.

La solubilitat d'un gas en un líquid és proporcional a la pressió parcial d'equilibri del gas a la superfície del líquid, que és la llei d'Henry. Una altra llei important sobre la solubilitat dels gasos és la llei de Dalton, que estableix que la pressió total d'un gas mesclat és igual a la suma de les pressions parcials de cadascun d'aquests gasos, i això està directament relacionat amb la seva relació molar o volum.

Per exemple, l'aire conté generalment un 80% de nitrogen i un 20% d'oxigen, i la pressió atmosfèrica sol ser de 101325 Pa (760 mmHg). La llei de Dalton estableix que la pressió parcial d'O2 a l'aire és de 152 mmHg (0,20X760 mmHg), i la pressió parcial de N2 és de 608 mmHg (0,80×760 mmHg).

La temperatura té una gran influència en la solubilitat del gas. Quan la temperatura augmenta, la solubilitat disminuirà. Això es deu al fet que l'augment de la temperatura fa que la pressió de vapor de l'aigua augmenti, de manera que les molècules d'aigua que desborden de la interfície líquid-gas s'emporten altres molècules de gas.

Un altre factor que té una influència important en la solubilitat dels gasos és la difusió de les molècules de gas a l'aigua. Quan la temperatura augmenta, l'activitat del gas s'accelera, la viscositat de l'aigua disminueix i la velocitat de difusió augmenta.

1. Dipòsit de desgasificació

El dipòsit de desgasificació és la instal·lació de desgasificació més senzilla i eficaç. Pot confiar en el contacte entre el líquid i l'aire a la superfície de la piscina per eliminar els gasos dissolts. Aquest dipòsit de desgasificació s'anomena tanc de desgasificació natural, que és adequat per a gasos dissolts que són volàtils i es pot utilitzar per a la desorció de vapor de condensats àcids. La temperatura de l'aigua és alta, la velocitat del vent és alta, hi ha zones obertes i no és fàcil produir contaminació secundària. El seu efecte de desgasificació generalment està relacionat amb el temps d'emmagatzematge, la profunditat de la capa d'aigua i la superfície del líquid.

Per millorar l'efecte de desgasificació, normalment es pot instal·lar una canonada de ventilació de plàstic amb forats a la piscina o una canonada d'esprai d'aigua a la superfície de l'aigua, que es converteix en una piscina de desgasificació millorada. L'alçada d'instal·lació de la canonada d'aspersió d'aigua ha de ser d'1,2 ~ 1,5 m de la superfície de l'aigua. Per evitar la pèrdua d'aigua, es poden afegir deflectors o persianes al voltant.

La piscina de desgasificació també es pot dissenyar com una piscina rectangular amb desconnexió. S'afegeixen de manera conscient diverses particions a la piscina per augmentar el grau de divisió de l'aigua i s'instal·la una canonada de plàstic amb forats al fons de l'aigua per a l'aireació.

2. Torre de desgasificació

Per tal de millorar l'eficiència de desgasificació, recuperar gasos útils i evitar la contaminació secundària, normalment s'utilitza una torre de desgasificació per aconseguir aquest propòsit. En general, les torres de desgasificació són de tipus embalatge o de placa.

La primera és una torre de desgasificació empaquetada, on s'afegeix aigua a la part superior de la torre, de vegades a través d'un tub de raig, i el líquid flueix cap avall de manera semblant a una pel·lícula a través de la superfície de l'embalatge (com ara els anells de Raschig) i s'infla aire des de la part inferior de la torre, en fase contínua, de baix a dalt, en contacte a contracorrent amb les aigües residuals.

L'aire s'utilitza generalment com a gas de desorció per eliminar gasos no dissolts, com ara diòxid de carboni, amoníac, sulfur d'hidrogen o metà. Les torres de desgasificació envasades s'utilitzen sovint a les refineries i fàbriques de paper per a la desorció de vapor de condensats àcids.

Una altra torre de desgasificació és un tipus de placa, la característica principal de la qual és que s'instal·len un cert nombre de plaques a la torre i les aigües residuals flueixen horitzontalment a través de les plaques i flueixen a la placa següent a través del baixador. L'aire passa a través de la capa d'aigua de la placa de manera que bombolleja o es mou, i la fase gasosa i la composició de la fase d'aigua a la torre canvien en esglaons al llarg de l'alçada de la torre.

El gas expulsat de les aigües residuals es pot utilitzar d'anada i tornada mitjançant l'absorció. Per exemple, la solució de NaOH s'utilitza per absorbir l'HCN despullat per generar NaCN, i H2S s'absorbeix per generar Na2S, i després la solució saturada s'evapora i cristal·litza. L'H2S també es pot adsorbir pel carbó actiu i, després d'arribar a la saturació, es renta amb una solució de sulfur nitrós i es pot recuperar el sofre després de l'evaporació.