Degazavimo procesas nuotekų valyme

Degazavimas ir aeracija yra du dažni vandens perdavimo procesai vandens valyme. Pirmasis turi pašalinti vandenyje ištirpintus dujas, o antrosios - dujas (orą) į vandenį.

Degazavimo procesas priklauso dujų ir skysčių fazių perdavimo atskyrimo procesui, tai yra, dujos (nešiklio dujos) yra įvedamos į nuotekas, kad jos visiškai susisiektų vienas su kitu, kad ištirpusios dujos ir lakieji tirpikliai nuotekose praeitų pro nuotekose per nuotekų pro šalį. Dujų ir skysčių sąsaja ir perkėlimas į dujų fazę, taip siekiant pašalinti teršalus. Todėl degazavimo procesas dažnai vadinamas „nuvalymu“.

Vandenyje ir nuotekose dažnai būna ištirpusių dujų, o natūraliame vandenyje – įvairių dujų. Kadangi deguonis ir azotas yra pagrindiniai atmosferos komponentai, paviršiniame vandenyje daugiausia yra šių dviejų dujų. Anglies dioksidas yra dar vienas įprastas atmosferos komponentas, jo koncentracija įvairiose vietose skiriasi, daugiausia priklausomai nuo pramoninės gamybos ir žmonių apsigyvenimo sąlygų rajone.

Todėl anglies dioksidas taip pat yra įprastos dujos vandenyje. Pavyzdžiui, sieros rūgšties turinčias nuotekas kalkakmeniu neutralizuojant, susidaro didelis CO2 kiekis, o minkštinimo ir gėlinimo procese vandeniui praeinant per vandenilio jonų keitiklį taip pat susidaro didelis kiekis CO2.

Azoto ir deguonies savybės gerokai skiriasi nuo anglies dioksido savybių. Pirmieji du nejonizuos vandenyje, todėl šios molekulės gamins dujų slėgį tirpale; anglies dioksidas vandenyje gamina jonizuojamą anglies rūgštį, todėl dujų slėgį gamins tik tos dalys, kurios dar nesureagavo. Kai pH vertė yra mažesnė nei 4,5, visas vandenyje ištirpęs anglies dioksidas yra dujų pavidalu; kai pH vertė yra didesnė nei 8,5, visas anglies dioksidas yra jonizuojamas.

Kitos įprastos jonizuojamos dujos yra H2S, HCN ir NH3.

Organizmų kvėpavimas veikia dujų sudėtį vandenyje. Dirvožemio bakterijos gali pagaminti didelį kiekį anglies dioksido šulinių vandenyje; giluminio šulinio vandenyje deguonies nėra, nes kai kurios bakterijos sunaudojo deguonį iš infiltruoto paviršinio vandens. Organinės šiukšlės pelkių ir seklių ežerų dugne po anaerobinio skilimo paprastai gamina H2S ir CH4, o metano kartais randama šulinių vandenyje.

Aukščiau pateiktos dujos gali sugadinti sistemą arba būti kenksmingos savaime arba pakenkti vėlesniam gydymui, todėl jos turi būti atskirtos ir pašalintos.

Pagrindinis degazavimo tikslas yra pašalinti įvairias kenksmingas dujas iš vandens, o pagrindinis aeracijos tikslas yra deguonies vandeniui. Degazavimo procesas daugiausia yra fizinio fazės perdavimo procesas, o aeracija yra sudėtingesnė. Kartu su ore, patenkančiu į vandenį, tuo pačiu metu įvyks tam tikros oksidacijos reakcijos. Taigi tai yra fizinis ir cheminis ir net biocheminis procesas.

Biocheminiams procesams įsiveržus į nuotekų valymo sritį, dėmesio sulaukė ir aeracijos technologija. Pavyzdžiui, aeruojamo biologinio filtro technologija, SBR (sequencing batch Activated sludge treatment) technologija ir kt.

Remiantis dujų ir skysčio fazės pusiausvyros ir masės perdavimo greičio teorija dujų ir skysčių dviejų fazių sistemoje dalinis tirpiųjų dujų slėgis dujų fazėje yra proporcingas dujų koncentracijai skystoje fazėje.

Kai komponento dujinės fazės dalinis slėgis yra mažesnis už dujų fazės pusiausvyros dalinį slėgį, atitinkantį komponento koncentraciją jo tirpale, įvyks ištirpusio komponento masės perkėlimas iš skystosios fazės į dujų fazę. Masės perdavimo greitis priklauso nuo komponentų pusiausvyros dalinio slėgio ir dujų fazės dalinio slėgio skirtumo.

Dujų ir skysčio fazės pusiausvyros santykis ir masės perdavimo greitis skiriasi atsižvelgiant į medžiagų sistemą, temperatūrą ir dviejų fazių kontaktines sąlygas. Tam tikros medžiagos sistemai padidinant vandens temperatūrą, naudojant gryno oro ar neigiamo slėgio veikimą, padidinant dujų ir skysčių kontaktinę plotą ir laiką ir sumažinant atsparumą masės perdavimui, tirpalo koncentraciją vandenyje galima sumažinti, o masė-masė Perdavimo greitį galima padidinti.

Dujų tirpumas skystyje yra proporcingas pusiausvyros daliniam dujų slėgiui skysčio paviršiuje, tai yra Henriko įstatymas. Kitas svarbus įstatymas dėl dujų tirpumo yra Daltono dėsnis, kuriame teigiama, kad bendras mišrių dujų slėgis yra lygus kiekvienos iš šių dujų dalinio slėgio sumai, ir tai yra tiesiogiai susijusi su jų molinio ar tūrio santykiu.

Pavyzdžiui, ore paprastai yra 80% azoto ir 20% deguonies, o atmosferos slėgis paprastai yra 101325Pa (760 mmHg). Daltono dėsnis teigia, kad dalinis O2 slėgis ore yra 152 mmHg (0,20X760 mmHg), o N2 dalinis slėgis – 608 mmHg (0,80×760 mmHg).

Temperatūra daro didelę įtaką dujų tirpumui. Kai temperatūra pakils, tirpumas sumažės. Taip yra todėl, kad dėl padidėjusio temperatūros padidėja paties vandens garų slėgis, todėl vandens molekulės, perpildytos iš skysčių dujų sąsajos, pašalintų kitas dujų molekules.

Kitas veiksnys, turintis didelę įtaką dujų tirpumui, yra dujų molekulių difuzija vandenyje. Kylant temperatūrai pagreitėja dujų aktyvumas, mažėja vandens klampumas, didėja difuzijos greitis.

1. Degazavimo bakas

Dujų šalinimo bakas yra paprasčiausias ir efektyviausias degazavimo įrenginys. Jis gali pasikliauti skysčio ir oro kontaktu baseino paviršiuje, kad pašalintų ištirpusias dujas. Šis degazavimo bakas vadinamas natūraliu degazavimo baku, kuris tinka ištirpusioms dujoms, kurios yra lakios ir gali būti naudojamos rūgščių kondensatų garų desorbcijai. Vandens temperatūra aukšta, vėjo greitis didelis, atviros teritorijos ir antrinę taršą sukelti nelengva. Jo degazavimo efektas paprastai yra susijęs su laikymo trukme, vandens sluoksnio gyliu ir skysčio paviršiaus plotu.

Norint sustiprinti degazavimo efektą, plastikiniu ventiliacijos vamzdžiu su skylutėmis paprastai galima montuoti baseine arba vandens purškimo vamzdį galima sumontuoti ant vandens paviršiaus, kuris tampa patobulintu degazuojančiu baseinu. Vandens purškimo vamzdžio montavimo aukštis turėtų būti 1,2 ~ 1,5 m nuo vandens paviršiaus. Norint išvengti vandens praradimo, gali būti pridėta pertvaros ar langinės.

Dujų šalinimo baseinas taip pat gali būti suprojektuotas kaip stačiakampis sumaišytas baseinas. Į baseiną sąmoningai pridedamos kelios pertvaros, padidinančios vandens padalijimo laipsnį, o vandens dugne įrengiamas plastikinis vamzdis su skylutėmis aeracijai.

2. Degazavimo bokštas

Siekiant pagerinti degazavimo efektyvumą, išgauti naudingąsias dujas ir išvengti antrinės taršos, šiam tikslui pasiekti dažniausiai naudojamas degazavimo bokštas. Paprastai degazavimo bokštai yra sandarinimo arba plokštelinio tipo.

Pirmasis yra supakuotas degazavimo bokštas, kuriame vanduo įpilamas į bokšto viršų, kartais per reaktyvinį vamzdį, o skystis plėvele teka žemyn per sandariklio paviršių (pvz., Raschig žiedus), ir oras pučiamas iš bokšto apačios, nuolatine faze, iš apačios į viršų, priešpriešiniu kontaktu su nuotekomis.

Oras paprastai naudojamas kaip desorbcinės dujos, pašalinančios neištirpusias dujas, tokias kaip anglies dioksidas, amoniakas, vandenilio sulfidas ar metanas. Supakuoti degazavimo bokštai dažnai naudojami naftos perdirbimo gamyklose ir popieriaus gamyklose rūgščių kondensatų garų desorbcijai.

Kitas degazavimo bokštas yra plokštelinis, kurio pagrindinis bruožas yra tas, kad bokšte yra sumontuotas tam tikras plokščių skaičius, o nuotekos per plokštes teka horizontaliai ir per nuleidimo vamzdį patenka į kitą plokštę. Oras praeina per vandens sluoksnį ant plokštės burbuliuodamas arba srove, o dujų fazės ir vandens fazės sudėtis bokšte kinta žingsniais išilgai bokšto aukščio.

Iš nuotekų išpūstos dujos gali būti panaudotos pirmyn ir atgal per absorbciją. Pavyzdžiui, NaOH tirpalas naudojamas absorbuoti pašalintą HCN, kad susidarytų NaCN, o H2S absorbuojamas, kad susidarytų Na2S, o tada prisotintas tirpalas išgarinamas ir kristalizuojamas. H2S taip pat gali būti adsorbuojamas aktyvintosios anglies, o pasiekęs prisotinimą nuplaunamas azoto sulfido tirpalu, o išgaravus siera gali būti išgaunama.