Avgassingsprosess i kloakkbehandling

Avgassing og lufting er to vanlige masseoverføringsprosesser i vannbehandling. Førstnevnte skal fjerne gassen oppløst i vann, mens sistnevnte skal løse opp gass (luft) i vann.

Avgassingsprosessen tilhører separasjonsprosessen for gass-væskefaseoverføring, det vil si at gassen (bæregassen) introduseres i avløpsvannet for å få dem i full kontakt med hverandre, slik at den oppløste gassen og de flyktige oppløste stoffene i avløpsvannet passerer gjennom gass-væske-grensesnittet og overføring til gassfasen, for derved å oppnå formålet med å fjerne forurensninger. Derfor kalles avgassingsprosessen ofte "stripping".

Vann og avløpsvann inneholder ofte oppløste gasser, og naturlig vann inneholder en rekke gasser. Siden oksygen og nitrogen er hovedkomponentene i atmosfæren, inneholder overflatevann hovedsakelig disse to gassene. Karbondioksid er en annen vanlig atmosfærisk komponent, og konsentrasjonen varierer fra sted til sted, i stor grad avhengig av industriell produksjon og menneskelige bosettingsforhold i området.

Derfor er karbondioksid også en vanlig gass i vann. For eksempel produseres en stor mengde CO2 når svovelsyreholdig avløpsvann nøytraliseres med kalkstein, og en stor mengde CO2 produseres også når vann passerer gjennom en hydrogenioneveksler under myknings- og avsaltingsprosessen.

Egenskapene til nitrogen og oksygen er ganske forskjellige fra karbondioksid. De to førstnevnte vil ikke ionisere i vann, så disse molekylene vil produsere gasstrykk i løsning; karbondioksid produserer ioniserbar karbonsyre i vann, så bare de delene som ennå ikke har reagert vil produsere gasstrykk. Når pH-verdien er lavere enn 4,5, eksisterer alt karbondioksid oppløst i vann i gassform; når pH-verdien er høyere enn 8,5, ioniseres all karbondioksid.

Andre vanlige ioniserbare gasser inkluderer H2S, HCN og NH3.

Respirasjonen til organismer påvirker sammensetningen av gasser i vann. Jordbakterier kan produsere store mengder karbondioksid i brønnvann; det er ikke oksygen i dypt brønnvann fordi noen bakterier har konsumert oksygen fra det infiltrerte overflatevannet. Organisk rusk på bunnen av sumper og grunne innsjøer produserer vanligvis H2S og CH4 etter anaerob nedbrytning, og metan finnes noen ganger i brønnvann.

Ovennevnte gasser kan korrodere systemet, eller være skadelige i seg selv, eller være skadelige for etterfølgende behandling, så de må separeres og fjernes.

Hovedformålet med avgassing er å fjerne ulike skadelige gasser fra vann, mens hovedformålet med lufting er å oksygenere vann. Avgassingsprosessen er hovedsakelig en fysisk faseoverføringsprosess, mens lufting er mer komplisert. Sammen med at oksygenet i luften kommer inn i vannet, vil det samtidig oppstå noen oksidasjonsreaksjoner. Så det er en fysisk-kjemisk og til og med biokjemisk prosess.

Etter hvert som biokjemiske prosesser kommer inn i kloakkbehandlingsfeltet, har også lufteteknologi fått oppmerksomhet. For eksempel, luftet biologisk filterteknologi, SBR-teknologi (sequencing batch activated sludge treatment) osv.

I henhold til teorien om gass-væskefaselikevekt og masseoverføringshastighet, i et gass-væske tofasesystem, er partialtrykket til den oppløste gassen i gassfasen proporsjonal med konsentrasjonen av gassen i væskefasen.

Når gassfasepartialtrykket til komponenten er lavere enn gassfaselikevektspartialtrykket som tilsvarer konsentrasjonen av komponenten i dens løsning, vil masseoverføring av den oppløste komponenten fra væskefasen til gassfasen skje. Masseoverføringshastigheten avhenger av forskjellen mellom likevektspartialtrykket til komponentene og partialtrykket til gassfasen.

Gass-væskefaselikevektsforholdet og masseoverføringshastigheten varierer med materialsystemet, temperaturen og kontaktforholdene til de to fasene. For et gitt materialsystem, ved å øke vanntemperaturen, bruke friskluft eller undertrykksdrift, øke gass-væske kontaktarealet og tiden, og redusere masseoverføringsmotstanden, kan konsentrasjonen av løsningen i vann reduseres og massen overføringshastigheten kan økes.

Løseligheten til en gass i en væske er proporsjonal med likevektspartialtrykket til gassen på væskeoverflaten, som er Henrys lov. En annen viktig lov om gassløselighet er Daltons lov, som sier at det totale trykket til en blandet gass er lik summen av partialtrykket til hver av disse gassene, og dette er direkte relatert til deres molare forhold eller volumforhold.

For eksempel inneholder luft generelt 80% nitrogen og 20% oksygen, og atmosfærisk trykk er vanligvis 101325Pa (760mmHg). Daltons lov sier at partialtrykket til O2 i luften er 152 mmHg (0,20X760 mmHg), og partialtrykket til N2 er 608 mmHg (0,80×760 mmHg).

Temperatur har stor innflytelse på gassløselighet. Når temperaturen stiger, vil løseligheten avta. Dette er fordi temperaturøkningen fører til at damptrykket til vannet i seg selv øker, slik at vannmolekylene som renner over fra væske-gass-grensesnittet fører bort andre gassmolekyler.

En annen faktor som har en viktig innflytelse på gassløselighet er diffusjonen av gassmolekyler i vann. Når temperaturen stiger, akselererer gassaktiviteten, viskositeten til vannet avtar og diffusjonshastigheten øker.

1. Avgassingstank

Avgassingstanken er det enkleste og mest effektive avgassingsanlegget. Den kan stole på kontakten mellom væsken og luften på bassengoverflaten for å fjerne oppløste gasser. Denne avgassingstanken kalles en naturlig avgassingstank, som er egnet for oppløste gasser som er flyktige og kan brukes til dampdesorpsjon av sure kondensater. Vanntemperaturen er høy, vindhastigheten er høy, det er åpne områder og det er ikke lett å produsere sekundær forurensning. Dens avgassingseffekt er generelt relatert til lagringstiden, dybden av vannlaget og væskeoverflaten.

For å forsterke avgassingseffekten kan det vanligvis monteres et ventilasjonsrør av plast med hull i bassenget eller et vannsprøyterør kan installeres på vannoverflaten, som blir et forbedret avgassingsbasseng. Installasjonshøyden på vannsprøyterøret bør være 1,2~1,5m fra vannoverflaten. For å forhindre vanntap kan det legges til bafler eller skodder rundt.

Avgassingsbassenget kan også utformes som et rektangulært baffelbasseng. Flere skillevegger er bevisst lagt til bassenget for å øke vanndelingsgraden, og et plastrør med hull er installert i bunnen av vannet for lufting.

2. Avgassingstårn

For å forbedre avgassingseffektiviteten, gjenvinne nyttige gasser og unngå sekundær forurensning, brukes vanligvis et avgassingstårn for å oppnå dette formålet. Generelt er avgassingstårn av pakketype eller platetype.

Den første er et pakket avgassingstårn, der vann tilsettes toppen av tårnet, noen ganger gjennom et jetrør, og væsken strømmer nedover på en filmlignende måte gjennom overflaten av pakningen (som Raschig-ringer), og luft blåses inn fra bunnen av tårnet, i en kontinuerlig fase, fra bunn til topp, i motstrømskontakt med avløpsvannet.

Luft brukes vanligvis som desorpsjonsgass for å fjerne uoppløste gasser, slik som karbondioksid, ammoniakk, hydrogensulfid eller metan. Pakkede avgassingstårn brukes ofte i raffinerier og papirfabrikker for dampdesorpsjon av sure kondensater.

Et annet avgassingstårn er en platetype, hvis hovedtrekk er at et visst antall plater er installert i tårnet, og avløpsvannet strømmer horisontalt gjennom platene og strømmer inn i neste plate gjennom fallrøret. Luften passerer boblende eller jetting gjennom vannlaget på platen, og gassfase- og vannfasesammensetningen i tårnet endres i trinn langs tårnets høyde.

Gassen som blåses ut av avløpsvannet kan brukes frem og tilbake gjennom absorpsjon. For eksempel brukes NaOH-løsning for å absorbere den strippede HCN for å generere NaCN, og H2S absorberes for å generere Na2S, og deretter blir den mettede løsningen fordampet og krystallisert. H2S kan også adsorberes av aktivert karbon, og etter å ha nådd metning, vaskes det med en løsning av salpetersyresulfid, og svovel kan gjenvinnes etter fordampning.