Інтегрований процес адсорбції іонів амонію природними дисперсними сорбентами

Abstract

Дисертаційна робота присвячена встановленню теоретичних залежностей та кінетичних закономірностей інтегрованого процесу адсорбції іонів амонію із стоків природними дисперсними сорбентами. Встановлено, що сорбція іонів амонію природними сорбентами є складним процесом, який реалізується одночасно за декількома механізмами, але основним є механізм іонного обміну. Проведено ідентифікацію експериментально отриманих ізотерм відомим теоретичним моделям. Встановлено теоретичні залежності для прогнозування зміни середньої концентрації забрудника в розчині та в зерні сорбенту в процесі сорбції, розроблені методики визначення констант рівноваги іонного обміну із використанням експериментальних даних кінетики адсорбції та встановлено значення цих констант для різних співвідношень “сорбент – амонійвмісні стоки”. Досліджено стадію відділення відпрацьованого сорбенту після реалізації процесу адсорбції іонів амонію природними сорбентами. Розроблено принципову технологічну схему процесу, яку успішно апробовано в лабораторно-промислових умовах. Диссертационная работа посвящена установлению теоретических зависимостей и кинетических закономерностей интегрированного процесса адсорбции ионов аммония из стоков природными дисперсными сорбентами. Доказано перспективность применения природных дисперсных сорбентов (цеолиты, палигорскиты, глаукониты) для очистки аммонийсодержащих стоков. Установлено, что сорбция ионов аммония природными сорбентами является сложным процессом, который реализуется одновременно за несколькими механизмами, но преимущественно – за механизмом ионного обмена. Проведено идентификацию экспериментально полученных изотерм известным теоретическим моделям. Установлено, что при использовании для очистки стоков природного цеолита и глауконита экспериментальные изотермы описаны прямолинейным участком изотермы Ленгмюра (изотермой Генри), а в случаи применения для очистки палигорскита наиболее корректно описывает процесс изотерма Ленгмюра. Путем идентификации данных экспериментов этим моделям рассчитаны численные значения констант изотерм. Установлено теоретические зависимости для прогнозирования изменения средней концентрации загрязнителя в растворе и в зерне сорбента в процессе сорбции, разработано методики определения констант равновесия ионного обмена с использованием экспериментальных данных кинетики адсорбции и установлено численные значения этих констант для различных соотношений “сорбент – аммонийные стоки”. Полученные теоретические зависимости и рассчитанные с использованием данных экспериментов кинетические константы использованы для прогнозирования реальных процессов очистки аммонийсодержащих стоков с использованием природных дисперсных сорбентов. Исследована стадия отделения отработанного сорбента после реализации процесса адсорбции ионов аммония природными сорбентами. На основании анализа проведенных исследований выбран оптимальный метод отделения отработанного сорбента – разделение суспензии “очищенные аммонийсодержащие стоки – отработанный сорбент” под действием силы тяжести. Установлено, что применять ультразвук для самостоятельной интенсификации процессов осаждения частиц сорбента в очищенных стоках нецелесообразно по причине значительного возрастания энергетических затрат. Разработан алгоритм оптимизации интегрированного процесса очистки стоков от ионов аммония, использование которого позволит выбрать оптимальные параметры реализации интегрированного процесса при условии заданной его продолжительности и необходимой степени очистки стоков. Разработана принципиальная технологическая схема процесса, которая успешно апробирована в лабораторно-промышленных условиях. Рекомендации по промышленному внедрению процесса переданы для использования при проектировании промышленных установок. This thesis studies determination of theoretical and kinetic dependencies of the integrated process of ammonia ions adsorption from sewage by the natural dispersion sorbents. The sorption of the ammonia ions by the natural sorbents was found to be a complex process, which is realized simultaneously due to some mechanisms, the ions exchange mechanism in particular. Identification of the obtained isotherms with the available theoretical models has been carried out. Theoretical dependencies for prediction of the average concentration of the pollution in the solution and in the sorbent grain while sorption, have been defined. Methods for finding the ions exchange equilibrium constants using the experimental kinetic adsorption data have been developed and the values of these constants for different relation “sorbent – ammonia contained sewage”, have been found. The stage of the waste sorbent deposition of the integrated process of the ammonia ions adsorption by the natural sorbents has been investigated. The technological scheme of the process, which is successfully tested in the scientific-industrial conditions, has been developed.