Avgasningsprocess i avloppsrening

Avgasning och luftning är två vanliga massöverföringsprocesser vid vattenbehandling. Det förra är att avlägsna gasen löst i vatten, medan det senare är att lösa upp gas (luft) i vatten.

Avgasningsprocessen tillhör processen för separation av gas-vätskefasöverföring, det vill säga gasen (bärargasen) förs in i avloppsvattnet för att få dem i full kontakt med varandra, så att den lösta gasen och flyktiga ämnen i avloppsvattnet passerar genom gränssnittet mellan gas och vätska och överförs till gasfasen, för att därigenom uppnå syftet att avlägsna föroreningar. Därför kallas avgasningsprocessen ofta för "stripping".

Vatten och avloppsvatten innehåller ofta lösta gaser, och naturligt vatten innehåller en mängd olika gaser. Eftersom syre och kväve är huvudkomponenterna i atmosfären innehåller ytvatten huvudsakligen dessa två gaser. Koldioxid är en annan vanlig atmosfärisk komponent och dess koncentration varierar från plats till plats, till stor del beroende på den industriella produktionen och mänskliga bosättningsförhållandena i området.

Därför är koldioxid också en vanlig gas i vatten. Till exempel produceras en stor mängd CO2 när svavelsyrahaltigt avloppsvatten neutraliseras med kalksten, och en stor mängd CO2 produceras också när vatten passerar genom en vätejonbytare under mjuknings- och avsaltningsprocessen.

Egenskaperna hos kväve och syre är helt annorlunda än för koldioxid. De två förstnämnda kommer inte att joniseras i vatten, så dessa molekyler kommer att producera gastryck i lösning; koldioxid producerar joniserbar kolsyra i vatten, så bara de delar som ännu inte har reagerat kommer att producera gastryck. När pH-värdet är lägre än 4,5 finns all koldioxid löst i vatten i gasform; när pH-värdet är högre än 8,5 joniseras all koldioxid.

Andra vanliga joniserbara gaser inkluderar H2S, HCN och NH3.

Organismers andning påverkar sammansättningen av gaser i vatten. Jordbakterier kan producera en stor mängd koldioxid i brunnsvatten; det finns inget syre i djupt brunnsvatten eftersom vissa bakterier har förbrukat syre från det infiltrerade ytvattnet. Organiskt skräp på botten av träsk och grunda sjöar producerar i allmänhet H2S och CH4 efter anaerob nedbrytning, och metan finns ibland i brunnsvatten.

Ovanstående gaser kan korrodera systemet, eller vara skadliga i sig själva, eller vara skadliga för efterföljande behandling, så de måste separeras och avlägsnas.

Huvudsyftet med avgasning är att avlägsna olika skadliga gaser från vatten, medan huvudsyftet med luftning är att syresätta vatten. Avgasningsprocessen är huvudsakligen en fysisk fasöverföringsprocess, medan luftning är mer komplicerad. Tillsammans med att syret i luften kommer ut i vattnet kommer samtidigt vissa oxidationsreaktioner att inträffa. Så det är en fysikalisk-kemisk och till och med biokemisk process.

När biokemiska processer kommer in på området för rening av avloppsvatten har även luftningsteknik uppmärksammats. Till exempel, luftad biologisk filterteknik, SBR-teknik (sequencing batch activated sludge treatment) etc.

Enligt teorin om gas-vätskefasjämvikt och massöverföringshastighet, i ett gas-vätske tvåfassystem, är partialtrycket för den lösta gasen i gasfasen proportionell mot koncentrationen av gasen i vätskefasen.

När gasfaspartialtrycket för komponenten är lägre än gasfasjämviktspartialtrycket motsvarande koncentrationen av komponenten i dess lösning, kommer massöverföring av den lösta komponenten från vätskefasen till gasfasen att ske. Massöverföringshastigheten beror på skillnaden mellan komponenternas partialtryck i jämvikt och gasfasens partialtryck.

Gas-vätskefasjämviktsförhållandet och massöverföringshastigheten varierar med materialsystemet, temperaturen och kontaktförhållandena för de två faserna. För ett givet materialsystem, genom att höja vattentemperaturen, använda friskluft eller undertrycksdrift, öka gas-vätskekontaktytan och tiden och minska massöverföringsmotståndet, kan koncentrationen av lösningen i vatten reduceras och massan överföringshastigheten kan ökas.

En gass löslighet i en vätska är proportionell mot gasens partialtryck i jämvikt på vätskeytan, vilket är Henrys lag. En annan viktig lag om gaslöslighet är Daltons lag, som säger att det totala trycket för en blandad gas är lika med summan av partialtrycken för var och en av dessa gaser, och detta är direkt relaterat till deras molförhållande eller volymförhållande.

Till exempel innehåller luft i allmänhet 80% kväve och 20% syre, och atmosfärstrycket är vanligtvis 101325Pa (760mmHg). Daltons lag säger att partialtrycket för O2 i luften är 152 mmHg (0,20X760 mmHg), och partialtrycket för N2 är 608 mmHg (0,80×760 mmHg).

Temperaturen har stor inverkan på gasens löslighet. När temperaturen stiger kommer lösligheten att minska. Detta beror på att temperaturökningen gör att själva vattnets ångtryck ökar, så att vattenmolekylerna som svämmar över från vätske-gasgränsytan för bort andra gasmolekyler.

En annan faktor som har ett viktigt inflytande på gasens löslighet är diffusionen av gasmolekyler i vatten. När temperaturen stiger accelererar gasaktiviteten, vattnets viskositet minskar och diffusionshastigheten ökar.

1. Avgasningstank

Avgasningstanken är den enklaste och mest effektiva avgasningsanläggningen. Den kan lita på kontakten mellan vätskan och luften på poolytan för att avlägsna lösta gaser. Denna avgasningstank kallas en naturlig avgasningstank, som är lämplig för lösta gaser som är flyktiga och kan användas för ångdesorption av sura kondensat. Vattentemperaturen är hög, vindhastigheten är hög, det finns öppna ytor och det är inte lätt att producera sekundära föroreningar. Dess avgasningseffekt är i allmänhet relaterad till lagringstiden, vattenskiktets djup och vätskeytan.

För att förstärka avgasningseffekten kan vanligtvis ett avluftningsrör av plast med hål installeras i poolen eller så kan ett vattensprayrör installeras på vattenytan, vilket blir en förstärkt avgasningspool. Installationshöjden för vattensprayröret bör vara 1,2~1,5m från vattenytan. För att förhindra vattenförlust kan bafflar eller luckor läggas runt.

Avgasningspoolen kan även utformas som en rektangulär baffelpool. Flera skiljeväggar läggs medvetet till poolen för att öka vattendelningsgraden, och ett plaströr med hål installeras i botten av vattnet för luftning.

2. Avgasningstorn

För att förbättra avgasningseffektiviteten, återvinna användbara gaser och undvika sekundär förorening, används vanligtvis ett avgasningstorn för att uppnå detta syfte. I allmänhet är avgasningstorn av packningstyp eller platttyp.

Den första är ett packat avgasningstorn, där vatten tillsätts till toppen av tornet, ibland genom ett jetrör, och vätskan strömmar nedåt på ett filmliknande sätt genom ytan av packningen (som Raschig-ringar), och luft blåses in från botten av tornet, i en kontinuerlig fas, från botten till toppen, i motströmskontakt med avloppsvattnet.

Luft används vanligtvis som desorptionsgas för att avlägsna olösta gaser, såsom koldioxid, ammoniak, vätesulfid eller metan. Packade avgasningstorn används ofta i raffinaderier och pappersbruk för ångdesorption av sura kondensat.

Ett annat avgasningstorn är en plåttyp, vars huvuddrag är att ett visst antal plåtar är installerade i tornet, och avloppsvattnet strömmar horisontellt genom plåtarna och strömmar in i nästa platta genom fallröret. Luften passerar genom vattenskiktet på plattan på ett bubblande eller sprutande sätt, och gasfas- och vattenfassammansättningen i tornet förändras i steg längs tornets höjd.

Gasen som blåses ut ur avloppsvattnet kan användas fram och tillbaka genom absorption. Till exempel används NaOH-lösning för att absorbera det avskalade HCN för att generera NaCN, och H2S absorberas för att generera Na2S, och sedan indunstas och kristalliseras den mättade lösningen. H2S kan också adsorberas av aktivt kol, och efter att ha uppnått mättnad tvättas det med en lösning av dikvävesulfid, och svavel kan återvinnas efter avdunstning.