1. Mục đích
Phương pháp hấp phụ được dùng rộng rãi để làm sạch triệt để nước thải ra khỏi chất hữu cơ hoà tan không xử lý được bằng các phương pháp khác. Tuỳ theo bảng chất, quá trình hấp phụ dược phân loại thành : hấp phụ lý học và hấp phụ hoá học.
- Hấp phụ lý học là quá trình hấp phụ xảy ra nhò các lực liên kết vật lý giữa chất bị hấp phụ và bề mặt chất hấp phụ như lực lị6n kết VanderWAALS. Các hạt bị hấp phụ vật lý chuyển động tự do trên bề mặt chất hấp phụ và đây là quá trình hấp phụ đa lớp (hình thành nhiều lớp phân tử trên bề mặt chất hấp phụ ).
- Hấp phụ hoá học là quá trình hấp phụ trong đó có xảy ra phản ứng hoá họcgiữa chất bị hấp phụ và chất hấp phụ. Trong xử lý nước thải, quá trình hấp phụ thường là sự kết hợp của cả hấp phụ vật lý và hấp phụ hoá học.
Khả năng hấp phụ của chất hấp phụ phụ thuộc vào :
- Diện tích bề mặt chất hấp phụ (m2/g).
- Nồng độ của chất bị hấp phụ.
- Vận tốc tương đối giữa hai pha.
- Cơ chế hình thành liên kết: hoá học hoặc vật lý.
2. Những nguyên lý chung của phương pháp hấp phụ
Hiện nay phương pháp hấp phụ được sử dụng rộng rãi để xử lý nước thải công nghiệp vì phương pháp này rất vạn năng. Phương pháp này cho phép xử lý nước thải chứa một hoặc nhiều loại chất bẩn khác nhau, kể cả khi nồng độ chất bẩn trong nước rất thấp, trong khi đó dùng các phương pháp khác để xử lý thì không được hoặc cho hiệu suất rất thấp. Như vậy phương pháp hấp phụ còn có thể dùng để xử lý triệt để nước thải sau khi đã xử lý bằng các phương pháp khác.
Hiện tượng tăng nồng độ chất tan trên bề mặt phân chia giữa hai pha gọi là hiện tượng hấp phụ. Hấp phụ có thể diễn ra ở bề mặt biên giới giữa hai pha lỏng và khí, giữa pha lỏng và pha rắn. Trong công nghệxử lý nước thải khi nói về phương pháp hấp phụ tức là nói về quá trình hấp phụ chất bẩn hoà tan ở bề mặt biên giới giữa pha lỏng và pha rắn. Người ta phân biệt ba loại hấp phụ sau đây :
- Hấp thụ là quá trình, trong đó những phân tử của chất bẩn hoà tan chẳng những tập trung ở bề mặt mà còn bị hút sâu vào các lớp bên trong của chất rắn ( hoặc chất lỏng). Tốc độ hấp thụ thường nhỏ hơn rất nhiều so với tốc độ hấp phụ. Khi xử lý nước thải chứa các chất bẩn dạng khí hoà tan thì người ta dùng các phương pháp hấp thụ- tháp hấp thụ hoặc tháp lọc khí;
- Hấp phụ lý học là quá trình hút (hay còn gọi là tập trung) của một hoặc hỗn hợp các chất bẩn hoà tan thể khí hoặc thể lỏng trên bề mặt chất rắn;
- Hấp phụ hoá học là quá trình hút các chất tan dạng khí dưới tác dụng hoá học. Nói cách khác, tức là các chất tan hấp phụ lên bề mặt và tạo phản ứng hoá học với chất rắn.
Ví dụ, khi hút các loại khí CO2, SO2, NO2, NH3,…trong nước thải. Trong điều kiện thực tế, các loại hấp phụ trên đây cùng diễn ra song song và xen kẽ. Tuy nhiên trong đa số trường hợp thì hấp phụ có ý nghĩa quyết định nên ở đây chủ yếu ta xét quá trình hấp phụ. Quá trình hấp phụ tuỳ thuộc đặc tính chất bẩn, dung môi và chất hấp phụ rắn.
Hấp phụ các chất bẩn hoà tan là kết quả của sự di chuyển phân tử của những chất đó từ nước vào bề mặt chất rắn(gọi là chất hấp phụ) dưới tác dụng của trường lực bề mặt. Trường lực bề mặt gồm hai dạng :
- Hidrat hoá các phân tử chất tan, tức là tác dụng tương hổ giữa những phân tử chất bẩn hoà tan với những phân tử nước trong dung dịch;
- Tác dụng tương hổ giữa những phân tử chất bẩn bị hấp phụ với các nguyên tử trên bề mặt chất rắn.
Hai dạng tác dụng tương hổ trên đây đối kháng với nhau. Tác dụng hidrat hoá càng mạnh thì các chất bẩn càng khó hấp phụ vào bề mặt chất rắn và ngược lại. Tác dụng hidrat hoá càng mạnh khi chứa nhiều nhóm hidroxyl trong phân tử chất bẩn, vì nhóm hidroxyl có năng lượng hidrat hoá lớn do chúng có liên kết hidro với các phân tử nước.
Phân tử chất bẩn có điện tích làm cho phân tử nước hướng vào bao bọc xung quanh. Kết quả phân tử chất bẩn khi phân li thành ion sẽ hấp phụ vào bề mặt chất rắn với năng lượng rất nhỏ so với những phân tử của chính những chất đó khi không bị phân ly.
Những chất có cấu trúc phân tử với liên kết kép tức là liên kết có p - điện tử thì sẽ có lực hấp phụ mạnh nhất. Do đó các hợp chất thơm(mạch vòng) sẽ hấp phụ với năng lượng mạnh hơn rất nhiều so với hợp chất mạch thẳng(đặc biệt là các hợp chất no) và sẽ đẩy các hợp chất mạch thẳng khỏi bề mặt chất rắn vào trong dung dịch.
Như vậy nếu trong nước thải chứa các hợp chất mạch thẳng không có nhóm định chức để tăng lực hấp phụ, hoặc chứa các chất hữu cơ điện ly mạnh thì sẽ tốn rất nhiều chất hấp phụ. Phương pháp hấp phụ không thể dùng để thu hồi các chất như rượu đơn chức, glicol, nhưng sẽ cho hiệu quả cao khi xử lý nước thải chứa các keo điện ly, vì ion của chất này sẽ cùng với muối khoáng trong nước tạo thành mixen, tức là dẫn đến hiện tượng khử hidrat một phần.
Tuỳ thuộc mục đích xử lý – thu hồi sản phẩm quíu, khử các chất gây cản trở cho sử lý sinh hoá sau này,… người ta có thể xử lý riêng biệt từng loại nước thải sản xuất hoặc xử lý hỗn hợp các loại nước đó.
Những loại nước đó có thể chứa các chất gần nhau hoặc rất khác nhau về năng lượng hấp phụ.
Để đánh giá lực hấp phụ người ta dùng chỉ tiêu giảm năng lượng hấp phụ tự do(DFhp) khi thực hiện hấp phụ một chất trong điều kiện tiêu chuẩn tức là dung dịch cực loãng. DFhp được biểu thị bằng kcal/mol hoặc J/mol. Những chất có DFhp càng lớn thì khả năng hấp phụ càng mạnh và sẽ đẩy những chất có DFhp nhỏ hơn khỏi bề mặt chất rắn.
Do đó nếu cho nước thải chứa nhiều loại chất bẩn lọc qua lớp vật liệu hấp phụ thì các chất có DFhp nhỏ hơn sẽ xuất hiện ở nước lọc sớm hơn. Nếu các chất có DFhp như nhau thì đồng thời một lúc sẽ xuất hiện trong nước lọc.
Các chất kỵ nước sẽ hấp phụ tốt hơn(ví dụ dầu, hidrocacbon) so với các chất ưa nước(như rượu đơn chức, axit cacboxylic ROOH).
Các chất không phân ly(benzen, nitrobenzen, clobezen, cloroform,…) bị hấp phụ như nhau với bất kì giá trị pHcủa dung dịch. Số phân tử không phân ly cũng chính là tổng số phân tử chất tan đó và không thay đổi mặc dù chỉ số hidro thay đổi.
Đặc biệt đáng chú ý là khi hấp phụ các axit và kiềm hữu cơ yếu, vì ta đã biết khi có axít mạnh hoặc kiềm mạnh thì việc phân ly các axit yếu hoặc kiềm yếu sẽ không diễn ra. Do đó việc hấp phụ các axit yếu sẽ diễn ra rất mạnh và hoàn toàn khi giá trị pH của nước thấp và tương ứng với kiềm yếu khi pH cao.
Nói chung với đa số các chất bẩn, khi hấp phụ có thể xác định giá trị pH tối ưu. Nếu các loại nước thải có giá trị pH tối ưu khác nhau thì hoặc là phải thực hiện hấp phụ ở những thùng hay tháp hấp phụ riêng biệt để tạo pH tối ưu cho từng loại nước thải; hoặc là cho hỗn hợp các loại nước thải nối tiếp qua các thùng hấp phụ với điều kiện lần lượt tạo khoảng pH tối ưu tương ứng cho từng loại nước thải.
Nếu không tạo được giá trị pH tối ưu khi hấp phụ các chất bẩn hữu cơ phân ly yếu trong nước thì sẽ tổn hao nhiều lượng vật liệu hấp phụ mà vẫn không đạt được hiệu quả mong muốn.
Như vậy khi xử lý nước thải bằng phương pháp hấp phụ thì đầu tiên sẽ loại được các phâh tử của các chất không phân ly thành ion rồi sau đó mới loại được các chất phân ly.
Khi hấp phụ sẽ kèm theo hiện tượng giảm năng lượng tự do ở dạng nhiệt toả ra. Do đó quá trình hấp phụ sẽ diễn ra mạnh nếu kịp thời hút nhiệt toả ra khỏi môi trường, nghĩa là nếu thực hiện hấp phụ ở nhiệt độ thấp của nước thải. Ngược lại, nếu nhiệt độ của nước thải cao sẽ có thể diễn ra quá trình khử hấp phụ. Vì vậy thực tế người ta dùng nhiệt để phục hồi khả năng hấp phụ của các hạt rắn là dựa vào nguyên tắc này.
3. Quy luật chung của quá trình hấp phụ
Quá trình hấp phụ là quá trình thuận nghịch.nghĩa là sau khi chất bẩn đã bị hấp phụ rồi, có thể di chuyển ngược lại từ bề mặt chất hấp phụ vào dung dịch. Hiện tượng này gọi là khử hấp phụ.
Với những điều kiện như nhau, tốc độ của các quá trình thuận nghịch tương ứng tỷ lệ với nồng độ chất bẩn trong dung dịch và trên bề mặt chất hấp phụ. Khi nồng độ chất bẩn trong dung dịch ở giá trị cao nhất thì tốc độ hấp phụ cũng lớn nhất. Khi nồng độ chất bẩn trên bề mặt chất hấp phụ tăng thì số phân tử(đã bị hấp phụ) sẽ di chuyển trở lại dung dịch cũng càng nhiều hơn.
Trong một đơn vị thời gian, số phân tử bị hấp phụ từ dung dịch lên bề mặt chất hấp phụ bằng số phân tử di chuyển ngược lại từ bề mặt chất hấp phụ vào dung dịch thì nồng độ chất bẩn hoà tan trong dung dịch sẽ là một đại lượng không đổi. Nồng độ này gọi là nồng độ cân bằng.
Quá trình hấp phụ đẳng nhiệt được biểu thị bằng công thức Freindlix:
a = K.Cncb
Trong đó:
- a – lượng hấp phụ đơn vị, mg chất bẩn/cm3 chất hấp phụ;
- Ccb – nồng độ cân bằng, mg/l;
- K và n – những hệ số thực nghiệm tuỳ thuộc loại chất hấp phụ rắn, đặc tính và nồng độ chất bẩn hoà tan, nhiệt độ môi trường.
Chẳng hạn khi hấp phụ phenol bằng than hoạt tính thì K = 17 – 18, n = 23 (với nhiệt độ 100C). Khi hấp phụ axit axetic thì K = 0,97, n = 0,4 (với nhiệt độ 18 – 200C) và nồng độ axit axetic trong nước thải là 2000 – 20000 mg/l.
Ngoài ra còn có thể dùng công thức :
a = Khp.Ccb,
- Khp – hằng số phân bố của chất bẩn giữa chất hấp phụ và dung dịch.
Các giá trị Ccb, K, n, Khp phải xác định bằng thực nghiệm riêng đối với từng loại chất bẩn và chất hấp phụ. Do đó việc chọn chính xác chất hấp phụ là một việc có ý nghĩa rất quan trọng.
Người ta phân biệt hai kiểu hấp phụ : hấp phụ trong điều kiện tĩnh và hấp phụ trong điều kiện động.
4. Phân loại hấp phụ
Hấp phụ trong điều kiện tĩnh là không có sự chuyển dịch tương đối của phân tử chất lỏng(nước) so với phân tử chất hấp phụ mà chúng cùng chuyển động với nhau. Biện pháp thực hiện là cho chất hấp phụ vào nước và khuấy trộn trong một thời gian đủ để đạt được trạng thái cân bằng(nồng độ cân bằng). Tiếp theo cho lắng hoặc lọc để giữ chất hấp phụ lại và tách nước ra.
Hấp phụ trong điều kiện động là có sự chuyển động tương đối của phân tử chất lỏng (nước) so với phân tử chất hấp phụ. Biện pháp thực hiện là cho nước lọc qua lớp vật liệu hấp phụ. Khi nghiên cứu về hấp phụ người ta phải biết hoạt tính của chất hấp phụ hay còn gọi là hấp phụ đơn vị. Đó là lượng chất bẩn tính bằng miligam hay gam, bị hấp phụ trên 1g hay 1cm3 chất hấp phụ. Ngoài ra hoạt tính còn có thể biểu thị bằng tỷ lệ phần mười hoặc phần trăm theo trọng lượng hoặc thể tích chất hấp phụ.
Ưng với hai kiểu hấp phụ đó, có hoạt tính tĩnh và hoạt tính động của chất hấp phụ :
- Hoạt tính tĩnh là lượng chất bẩn tối đa(mg.g) bị hấp phụ trên 1g hoặc 1cm3chất hấp phụ ở thời điểm đạt trạng thái cân bằng với nhiệt độ nhất định của nước và nồng độ ban đầu của chất bẩn hoà tan trong nước.
- Hoạt tính động là lượng chất bẩn (mg.g) bị hấp phụ trên 1g hoặc 1cm3 vật liệu hấp phụ kể từ đầu quá trình cho tới thời điểm xuất hiện chất bẩn ở nước lọc.
Hoạt tính động bao giờ cũng nhỏ hơn hoạt tính tĩnh. Ví dụ, đối với than hoạt tính, hoạt tính hoạt động bằng 85 – 95% hoạt tính tĩnh; đối với silicagen là 60 – 70%. Hoạt tính của chất hấp phụ tỷ lệ với bề mặt của nó. Bề mặt lại phụ thuộc kích thước của lỗ hổng 1 kg than hoạt tính với kích thước lỗ hổng d = 2.10-7cm có bề mặt S = 1.106m2.
Nếu d = 2.10-7 – 2.10-6cm tương ứng S = 105 m2 và d = 2.10-5 – 2.10-4 cm tương ứng S = 103 – 2.103m2.
Tuy nhiên muốn bề mặt chất hấp phụ được sử dụng tối đa thì kích thước của hạt chất bẩn phải tương ứng với kích thước lỗ hổng của chất hấp phụ. Trong đó kích thước lỗ hổng càng lớn thìo sự cân bằng hấp phụ diễn ra càng nhanh.
Đối với các chất hấp phụ có kích thước lỗ hổng d = 2.10-5 – 2.10-4 cm, khi hấp phụ những hợp chất cao phân tử, thời gian đạt trạng thái cân bằng rất nhanh và tức thời.
Cũng với các chất bẩn đó, khi hấp phụ bằng than có lỗ hổng nhỏ, thời gian đạt trạng thái cân bằng khoảng 10 – 20 ph. Điều này cần tính tới khi chọn các chất hấp phụ để làm vật liệu nạp vào các bể lọc.
5. Chọn loại chất hấp phụ
Những chất hấp phụ có thể là: than hoạt tính, silicagen, nhựa tổng hợp có khả năng trao đổi ion, cacbon sunfua, than nâu, than bùn, than cốc, đôlômit, cao lanh, tro và các dung dịch hấp phụ lỏng. Những bông của những chất keo tụ(hidroxit của kim loại) và bùn hạot tính từ bể aêrôten cũng có khả năng hấp phụ. Để hấp phụ các chất bẩn hữu cơ từ dung dịch nước, đầu tiên phải dùng các vật liệu xốp(than hoạt tính, các chất hữu cơ tổng hợp).
Các vật liệu có tính phân cực ưa nước: đất sét, silicagen, hidroxit của kim loại, thực tế không dùng để hấp phụ các chất bẩn trong nước. Vì năng lượng tác dụng tương hổ giữa chúng với các phân tử nước hầu như bằng hoặc lớn hơn năng lượng hấp phụ của chúng với các phân tử các chất hữu cơ.
Tuy nhiên, nếu trong dung dịch nước,các phân hoặc ion tạo ra những tập hợp lớn; chẳng hạn những ion hoặc phân tử của những chất hoạt tính bề mặt với những móc xích dài của gốc hidrocacbon, những ion của thuốc nhuộm trực tiếp với sự có mặt của muối khoáng – thì năng lượng hấp phụ của những tập hợp và mixen sẽ lớn hơn rất nhiều so với năng lượng liên kết của nước với bề mặt chất hấp phụ ưa nước nhất.
Vì vậy các chất hoạt tính bề mặt(chất tẩy giặt, chất tạo nhũ), thuốc nhuộm trực tiếp và các hợp chất khác có tính chất của chất điện ly keo thì chẳng những sẽ bị hấp phụ rất mạnh từ các dung dịch keo vào các chất hấp phụ kỵ nước(như than hoạt tính, nhựa tổng hợp) mà còn cả vào các vật liệu xốp ưa nước, đặc biệt là oxit nhôm, sắt. Do đó nên dùng các hidroxit này để hấp phụ các hợp chất keo.
Bởi vì ngay cả các loại than khử màu có lỗ hổng lớn nhất(macOY) cũng chỉ có 20% lỗ hổng, có thể hấp phụ được những mixen của những chất tẩy giặt tổng hợp, axit humic hoặc thuốc nhuộm trực tiếp. Trong khi đó hầu như toàn bộ bề mặt của các lỗ hổng lớn của các hidoxit của nhôm,sắt(vừa lắng) có thể hấp phụ được mixen của những hợp chất đó.
Rõ ràng rằng khi nước thải chứa hỗn hợp các chất bẩn hoà tan ở dạng phân tử và ở dạng các chất tạo mixen lớn thì đầu tiên nên xử lý bằng bông cặn tươi của những hidoxit của nhôm hoặc sắt.
Than hoạt tính dùng dể xử lý nước thải công nghiệp phải có những tính chất đặc biệt khác với các loại than để hấp phụ khí hoặc hơi dung môi. Than phải xốp với lỗ hổng lớn để bề mặt có thể hút được phân tử của các chất bẩn hữu cơ tổng hợp. Phải có khả năng chống mài mòn dễ thấm ướt trong nước.
Tuỳ thuộc phương thức sử dụng, than hoạt tính phải có thành phần cấp phối hạt nhất định. Than dùng để xử lý nước thải(nhất là theo phương pháp xử lý kiểu phục hồi) nên có hoạt tính xúc tác nhỏ nhất đối với các phản ứng oxi hoá, ngưng tụ hoặc không được làm mất giá trị sản phẩm đã thu hồi.
6. Tái sinh chất hấp phụ
Phương pháp hấp phụ để xử lý nước thải có thể ;là phương pháp phục hồi và cũng có thể là phương pháp phân hủy đối với các chất bẩn. Do đó người ta chọn phương pháp hoàn nguyên vật liệu tùy thuộc vào mục tiêu phương pháp xử lý.
6.1. Phương pháp phục hồi
Phương pháp này có thể thu hồi các chất bị hấp phụ từ than hoạt tính bằng nhiều cách: trích ly bằng dung môi hữu cơ, thay đổi mức độ phân ly của chất điện ly yếu trong dung dịch cân bằng; chưng bay hơi các chất bẩn hay theo hơi nước; cho chất bẩn bay hơi cùng với các dòng khí trơ vận chuyển nhiệt.
Nhiều khi phải thưc hiện phản ứng hóa học để chuyển hóa các chất bẩn đã bị hấp phụ thành các sản phẩm để sau đó thực hiện khử hấp phụ bằng những biện pháp trên.
Khi chọn dung môi trích ly các chất bẩn đã bị hấp phụ ở than phải tuân theo những yêu cầu sau:
- Độ hòa tan chất bẩn trong dung môi phải lớn hơn trong nước. Hệ số phân bố của chất này khi trích ly phải sao cho lớn hơn 1.
- Dung môi phải dễ tẩm ướt bề mặt của than, có độ nhớt thấp, nhiệt độ sôi thấp, dễ bay hơi cùng với hơi nước để sau đó dễ tách dung môi khỏi chất bẩn và khi tách chất bẩn khỏi lỗ hổng trong than, không yêu cầu quá nhiều nhiệt lượng. Đồng thời dung môi không phải là nhiên liệu dễ cháy hoặc ít ra có nhiệt độ tạo hơi cao. Không tạo hỗn hợp nổ với không khí ở điều kiện khử hấp phụ.
Trong điều kiện sản xuất cũng như nghiên cứu của các trạm hấp phụ thí nghiệm về các trạm xử lý nước thải công nghiệp, để trích ly chất bẩn đã bị hấp phụ ở than người ta dùng những chất sau: metylclorua ở dạng hơi bão hòa với hỗn hợp ngưng lỏng cloetan, metanol, etanol, axeton, benzen. Nhiều trường hợp những chất trên dễ cháy nên không được phổ biến rộng rãi. Gần đây người ta nghiên cứu sử dụng cloroform, rượu đơn chức, đa chức.
Phương pháp đơn giản nhất để khử hấp phụ là dùng các chất hữu cơ điện ly yếu. Thưc chất là chuyển phân tử của chúng thành dạng phân ly. Đối với các kiềm hữu cơ phải đảm bảo pH ³ pKH – 3 và với axit hữu cơ pH pKH + 3. Những ion của các hợp chất hữu cơ này sẽ chuyển vào dung dịch nằm trong lỗ hổng của than và có thể dùng nước nóng hoặc các dung dịch axit (khi khử hấp phụ kiềm) hoặc kiềm (khi khử hấp phụ axit hoặc phenol) để rửa sạch than.
Đối với những chất không điện ly nhưng dễ bị thủy phân trong môi trường kiềm như cloral, đinitroclobenzen,… (khi đã hấp phụ vào than) nếu đem phun kiềm vào than thì sẽ tạo phản ứng và sản phẩm sẽ phân ly thành ion (formiat, đinitrophenolat) và có thể dùng nước để rửa sạch than.
Khi cho bay hơi các chất đã bị hấp phụ trong than cùng với hơi thì áp suất toàn phần của hơi vào các lỗ hổng nhỏ của than cũng bị giảm đi. Kết quả việc khử hấp phụ thực tế chỉ diễn ra ở bề mặt ngoài của hạt và do đó hàm lượng chất bẩn hòa tan trong nước ngưng bị giảm nhiều. Từ đó điều kiện tối ưu khi chưng để chất bẩn bay khỏi than phải có áp suất dư 3 – 6 at.
Lượng hơi toàn phần tiêu hao cho việc hoàn nguyên vật liệu hấp phụ gồm: hơi tiêu hao cho nước còn lại trong các lỗ hổng của than và trong khe hở của hạt (sau khi xả nước khỏi tháp) bay hơi, hơi tiêu hao cho việc đun nóng lớp vật liệu tới nhiệt độ đủ cho các chất bẩn bay hơi khỏi lỗ hổng của than và hơi tiêu hao cho việc vận chuyển hơi của chất bẩn từ tháp lọc sang thiết bị trao đổi nhiệt.
Về phương diện kinh tế khi hoàn nguyên than bằng hơi cần xác định tỷ số giữa giá thành của sản phẩm thu hồi với giá thành hơi tiêu hao.
Về mặt kỹ thuật, cần xác định tỷ số giữa lượng nước thải và lượng nước ngưng tạo thành khi chưng chất bẩn bay hơi khỏi than, nghĩa là mức độ tập trung sản phẩm. Thực tế cho thấy tỷ lệ này không dưới (15 – 20) : 1, tức là dung tích nước ngưng không được quá 4,5 – 5% dung tích nước thải.
Khi hoàn nguyên bằng hơi, việc tăng nhiệt độ của vật liệu và tăng tốc độ bay hơi của phân tử chất bẩn đóng vai trò rất quan trọng.
Dùng khí trơ nóng để khử hấp phụ thực chất là cho các phân tử chất bẩn bay hơi và đi theo khí trơ, khí sau khi qua tháp lọc hấp phụ bị lạnh đi, một lượng chất bẩn sẽ bị ngưng ở thiết bị trao đổi nhiệt. Chẳng hạn sau khi xử lý nước thải chứa axit axetic thì người ta hoàn nguyên bằng khí trơ.
Tất cà những phương pháp trên đây chỉ dùng khi sản phẩm thu hồi là loại qúi có giá trị có thể sử dụng làm nguyên liệu cho sản xuất.
6.2. Phương pháp phân hủy
Khi các chất bị hấp phụ không phải là những sản phẩm quí thì người ta không cần thu hồi. Đồng thời với hoàn nguyên than người ta phải khử luôn các chất đó. Vì vậy người ta hoàn nguyên than bằng phương pháp nhiệt: dùng hỗn hợp các khí đốt để đốt than ở nhiệt độ 700 – 8000C trong điều kiện thiếu oxy.
Hoàn nguyên bằng phương pháp nhiệt sẽ cho hiệu suất cao khi thực hiện quá trình trong lò với lớp giả lỏng. Thời gian hoàn nguyên bằng nhiệt không quá cao 20 – 30 ph.
Hoàn nguyên than hoạt tính là kết quả thực hiện một loạt quá trình giữa chất đã bị hấp phụ với hơi nước nóng 7000C.
Một phần các hợp chất dễ bay hơi sẽ đẩy đi cùng với hơi nước. Nếu ở 600 – 7000C chúng chưa bị phân hủy thì cũng bị bay hơi đi cùng với khí thải và sẽ bị tiếp tục phân hủy trong hơi nóng (bị oxy hóa do không khí dư trên chất xúc tác). Một phần các chất bẩn bị đẩy đi sẽ bị oxy hóa bởi hơi nước nóng 700 – 7500C (thành CO, CO2, NH3,…). Các hợp chất thơm đã bị hấp phụ ở than cùng với các mạch vòng ngưng tụ khi hoàn nguyên bằng nhiệt bị phân hủy và tạo một màng than mỏng ở bề mặt than hoạt tính. Ở 7000C hơi nóng cũng hoạt hóa màng than này và làm bề mặt hạt than có cấu trúc hoạt tính trở lại.
Trong đa số trường hợp hoàn nguyên than hoạt tính bằng nhiệt thưc hiện chung với trạm hoạt hóa than – nguyên liệu để bù đắp tổn thất than trong quá trình sản xuất.
Trạm hợp nhất này là một lò ba tầng làm việc với lớp giả lỏng. Ba tầng được ngăn cách bằng các tấm lưới. Lò được xây bằng gạch hoặc bêtông chịu lửa.
Tầng dưới cùng là không gian chứa chất đốt, trong tunen chứa ngòi đốt. Sản phẩm khí đốt và hơi nước được trộn lẫn ở tầng dưới cùng này. Nồng độ hơi trong hỗn hợp với khí đốt phải là 50 – 60%.
Ở 10000C phản ứng hỗn hợp hơi – khí diễn ra và hỗn hợp đi qua lỗ dẫn vào các ngăn hoạt hóa. Người ta sẽ định kỳ đổ than antraxit với độ tro klhông quá 8 – 9% (cấp phối kích thước hạt từ 0,25 đấn 1,5 – 2 mm) hoặc than đá nghiền vào tầng hoạt hóa dưới cùng. Tốc độ khí ở tiết diện các tầng khoảng 0,5 m3/m2s. vì tốc độ 9ó than mới tồn tại ở lớp giả lỏng, bảo đảm tiếp xúc tốt giữa hạt với hỗn hợp hơi – khí. Công đoạn hoạt hóa than antraxit kéo dài 3 – 4h.
Trong quá trình hoạt hóa khoảng 60% than bị oxy hóa bởi hơi nước thành CO2. Nhiệt độ ở lớp hoạt hoá than antraxit phải giữ trong khoảng 850 – 9000C.
Hỗn hợp hơi khí với nhiệt độ 8000C sẽ qua các tấm lỗ bay hơi lên tầng hoàn nguyên trên cùng. Ở đó liên tục hay định kỳ đổ than cần hoàn nguyên vào. Thời gian tiếp xúc đủ để hoàn nguyên 20 – 30 ph, ở trạng thái giả lỏng với nhiệt độ 700 – 8000C.
Than đã hoạt hóa và than đã hoàn nguyên đều được đỗ vào các thùng chứa. Từ đó sau khi nguội lại được dẫn vào các tháp hấp phụ. Lò hoạt hóa và hoàn nguyên hợp nhất được xây dựng với các chỉ tiêu sau:
- Đường kính lò 800mm.
- Chiều cao lò 5m.
- Công suất than hoàn nguyên 2,2 tấn/ngày đêm.
- Công suất than hoạt hóa 300 kg/ngày đêm.
- Nhiệt độ hoạt hóa 9000C.
- Nhiệt độ hoàn nguyên 550 – 7000C.
- Thời gian hoàn nguyên 40 – 60 ph.
- Tiêu hao khí đốt thiên nhiên cho 1t than hoạt tính 3500 – 4000 m3/tấn.
0 Response to "Khái niệm nguyên lý phân loại và ứng dụng công nghệ Hấp Phụ"
Đăng nhận xét