Физико-химические основы адсорбционной очистки воды от органических веществ (стр. 5 из 12)
 , кДж/моль | К при 25ºС | Сs при 25ºС (рассчитанное), моль/м3 |
| 16,75 21 23 25,1 | 872 4800 11200 25700 | 63,5 11,5 4,95 2,16 |
Расчет изотерм адсорбции только по константе адсорбционного равновесия
возможен для веществ, у которых соотношения между константами адсорбционного равновесия и величинами растворимости близки к указанным в табл. 1. [2]6. Методы выбора и контроля АДсорбентов для очистки воды
Промышленность выпускает много адсорбентов, характеристики которых известны. В процессе использования адсорбента, однако, и особенно его регенерации, происходит изменение некоторых свойств материала по сравнению с исходными. Поэтому необходим достаточно частый контроль некоторых параметров адсорбента и сопоставление их с таковыми свежего адсорбента. Использование специальных сравнительных методик значительно сокращает затраты труда на подобный контроль.
Общепризнанными методами определения сорбционных характеристик служат: сорбционная емкость по бензолу, йоду, фенолу, мелассе и метиленовому синему; определение площадей поверхности, размеров и объемов пор методами ртутной порометрии и БЭТ. Знание этих характеристик позволяет предсказывать поведение системы адсорбат – адсорбент в условиях адсорбции из смеси известного состава.
Отсутствие в настоящее время данных о полном количественном составе большинства природных и сточных вод и, как следствие этого, использование в практике обобщенных показателей качества воды (БПК, ХПК, цветность и др.) усложняет прогнозирование процесса адсорбции. При этом возможно несоответствие оценок адсорбции по ряду индивидуальных веществ и обобщенным санитарным показателям. Например, для ГАУ различной структуры получены близкие адсорбционные характеристики по ХПК при доочистке сточных вод. На нынешнем уровне знаний при изучении очистки воды лишь непосредственная проверка извлечения исследуемым материалом реальных загрязнений из конкретного источника или стока дает окончательный количественный ответ о рациональности использования данного образца адсорбента.
Адсорбционная очистка воды ведется при очень низких концентрациях одного или нескольких соединений (0,01 – 1,0 ммоль/л), которые во многих случаях адсорбируются независимо друг от друга. При этом адсорбционный процесс часто протекает в области, где выполняется закон Генри:
, а изотерма адсорбции линейна и проходит через начало координат 
, что несколько облегчает исследование сорбции.Линеаризация изотермы облегчает контроль адсорбционных параметров материалов. Во многих случаях линеаризовать изотерму адсорбции или ее участок можно с точностью до 3 – 5%, т.е. перейти от степенного уравнения Фрейндлиха
к его частному случаю – линейному уравнению, описывающему закон Генри: 
(22)В случае линейности изотермы адсорбции или аппроксимации ее прямой, проходящей через начало координат, возможно применение экспресс-методики сравнительной оценки адсорбционной емкости углей по единственной экспериментальной точке. При этом экспериментально найденная адсорбционная емкость
, где 
и 
приводятся к 
– сорбционной емкости при стандартной равновесной концентрации 
по формуле: 
(23)(
, а n – число изучаемых образцов).В дальнейшем сравниваются не
, а 
. Точность определения 
повышается при 
.При адсорбции из воды со сходным составом примесей сравнение по
не зависит от 
и 
. Это позволяет косвенно сравнивать образцы из различных серий опытов, если в них был хотя бы один адсорбент с известными характеристиками. Отношение адсорбционной емкости регенерированного угля 
к емкости исходного АУ отражает восстановление его адсорбционной емкости 
при регенерации: 
(24)
Потери гранулированного адсорбента происходят вследствие химического, теплового и механического воздействия на материал в процессах адсорбции, регенерации и транспортировки. Выражаются они в измельчении, внешнем и внутреннем обгаре, уменьшении общей массы образца. Угольная мелочь и пыль приводят к ухудшению работы адсорбера и выносу взвешенных веществ очищаемой водой. Потери сорбента
при обработке или регенерации и эффективность сохранения веществ адсорбента 
определяют по формулам: 
(25)Однако не всегда можно прямо определить всю массу адсорбента. Например, в непрерывном цикле адсорбция – регенерация находить общее количество адсорбента и количество восполняемых потерь РУ прямым измерением весьма трудно. Один из методов косвенного определения потерь – анализ по гранулометрическому составу
и средней массе частиц 
сорбента. Определение 
позволяет контролировать крупность сорбента и прогнозировать его свойства, так как уменьшение 
ниже нормы во всех случаях нежелательно. Значения находят рассевом или прямым подсчетом. Для прямого подсчета 
с точностью до 1% обычно достаточно определить число гранул в навеске 1,5 – 3 г для монофракционных ГАУ или 3 – 4 г – для полифракционных ГАУ, Потери сорбента и эффективность сохранения его 
и 
при косвенном методе их определения подсчитывают по формулам, аналогичным приведенным выше: 
(26)где
→ 
, а 
→ 
.Критерии эффективности применения адсорбента в однократном или в многоцикловом процессе адсорбция – регенерация облегчают выбор и контроль свойств материалов для очистки воды. Окончательное решение об использовании данного образца адсорбента принимают при наличии сведений о его способности очищать воду. Поэтому в качестве критерия эффективности регенерации адсорбента
целесообразно принять отношение объемов воды равного качества (С0, Ск = const), обработанных исходным и регенерированным углем (VРУ и VАУ): 
(27)Критерий
указывает на технические возможности увеличения количества обрабатываемой воды. В процессе использования возможно самопроизвольное снижение (потеря адсорбента или активности материалы; 
, 
) и направленное его увеличение (доактивация: 
). Лучшими являются стабильные режимы обработки, которые обеспечивают 
.