Proceso de desgasificación en el tratamiento de aguas residuales

La desgasificación y la aireación son dos procesos de transferencia de masa comunes en el tratamiento de agua. El primero sirve para eliminar el gas disuelto en agua, mientras que el segundo sirve para disolver el gas (aire) en agua.

El proceso de desgasificación pertenece al proceso de separación por transferencia de fase gas-líquido, es decir, el gas (gas portador) se introduce en las aguas residuales para que entren en pleno contacto entre sí, de modo que el gas disuelto y los solutos volátiles en las aguas residuales pasen. la interfaz gas-líquido y la transferencia a la fase gaseosa, logrando así el propósito de eliminar los contaminantes. Por lo tanto, el proceso de desgasificación a menudo se denomina "decapado".

El agua y las aguas residuales a menudo contienen gases disueltos y el agua natural contiene una variedad de gases. Dado que el oxígeno y el nitrógeno son los componentes principales de la atmósfera, el agua superficial contiene principalmente estos dos gases. El dióxido de carbono es otro componente atmosférico común, y su concentración varía de un lugar a otro, dependiendo en gran medida de la producción industrial y las condiciones de asentamiento humano en la zona.

Por tanto, el dióxido de carbono también es un gas común en el agua. Por ejemplo, se produce una gran cantidad de CO2 cuando las aguas residuales que contienen ácido sulfúrico se neutralizan con piedra caliza, y también se produce una gran cantidad de CO2 cuando el agua pasa a través de un intercambiador de iones de hidrógeno durante el proceso de ablandamiento y desalinización.

Las propiedades del nitrógeno y el oxígeno son bastante diferentes a las del dióxido de carbono. Las dos primeras no se ionizarán en agua, por lo que estas moléculas producirán presión de gas en solución; El dióxido de carbono produce ácido carbónico ionizable en agua, por lo que sólo aquellas partes que aún no han reaccionado producirán presión de gas. Cuando el valor del pH es inferior a 4,5, todo el dióxido de carbono disuelto en agua existe en forma de gas; cuando el valor del pH es superior a 8,5, todo el dióxido de carbono se ioniza.

Otros gases ionizables comunes incluyen H2S, HCN y NH3.

La respiración de los organismos afecta la composición de los gases en el agua. Las bacterias del suelo pueden producir una gran cantidad de dióxido de carbono en el agua de pozo; No hay oxígeno en el agua de los pozos profundos porque algunas bacterias han consumido el oxígeno del agua superficial infiltrada. Los desechos orgánicos en el fondo de pantanos y lagos poco profundos generalmente producen H2S y CH4 después de la descomposición anaeróbica, y a veces se encuentra metano en el agua de pozo.

Los gases anteriores pueden corroer el sistema, o ser nocivos en sí mismos, o perjudicar el tratamiento posterior, por lo que deben ser separados y eliminados.

El objetivo principal de la desgasificación es eliminar diversos gases nocivos del agua, mientras que el objetivo principal de la aireación es oxigenar el agua. El proceso de desgasificación es principalmente un proceso de transferencia de fase física, mientras que la aireación es más complicada. Junto con el oxígeno del aire que ingresa al agua, se producirán algunas reacciones de oxidación al mismo tiempo. Entonces es un proceso físico-químico e incluso bioquímico.

A medida que los procesos bioquímicos entran en el campo del tratamiento de aguas residuales, la tecnología de aireación también ha recibido atención. Por ejemplo, tecnología de filtrado biológico aireado, tecnología SBR (tratamiento secuencial de lodos activados por lotes), etc.

Según la teoría del equilibrio de la fase gas-líquido y la tasa de transferencia de masa, en un sistema bifásico gas-líquido, la presión parcial del gas soluto en la fase gaseosa es proporcional a la concentración del gas en la fase líquida.

Cuando la presión parcial en fase gaseosa del componente es menor que la presión parcial de equilibrio en fase gaseosa correspondiente a la concentración del componente en su solución, se producirá la transferencia de masa del componente soluto de la fase líquida a la fase gaseosa. La tasa de transferencia de masa depende de la diferencia entre la presión parcial de equilibrio de los componentes y la presión parcial de la fase gaseosa.

La relación de equilibrio de fase gas-líquido y la tasa de transferencia de masa varían con el sistema material, la temperatura y las condiciones de contacto de las dos fases. Para un sistema de material dado, al aumentar la temperatura del agua, usar aire fresco o una operación de presión negativa, aumentar el área y el tiempo de contacto gas-líquido y reducir la resistencia a la transferencia de masa, se puede reducir la concentración de la solución en agua y la masa. La tasa de transferencia se puede aumentar.

La solubilidad de un gas en un líquido es proporcional a la presión parcial de equilibrio del gas sobre la superficie del líquido, que es la ley de Henry. Otra ley importante sobre la solubilidad de los gases es la ley de Dalton, que establece que la presión total de un gas mezclado es igual a la suma de las presiones parciales de cada uno de estos gases, y esto está directamente relacionado con su relación molar o relación en volumen.

Por ejemplo, el aire generalmente contiene un 80% de nitrógeno y un 20% de oxígeno, y la presión atmosférica suele ser de 101325 Pa (760 mmHg). La ley de Dalton establece que la presión parcial de O2 en el aire es 152 mmHg (0,20X760 mmHg) y la presión parcial de N2 es 608 mmHg (0,80×760 mmHg).

La temperatura tiene una gran influencia en la solubilidad del gas. Cuando la temperatura aumenta, la solubilidad disminuirá. Esto se debe a que el aumento de temperatura hace que aumente la presión de vapor del agua, de modo que las moléculas de agua que se desbordan de la interfaz líquido-gas se llevan otras moléculas de gas.

Otro factor que tiene una influencia importante en la solubilidad del gas es la difusión de las moléculas del gas en agua. Cuando la temperatura aumenta, la actividad del gas se acelera, la viscosidad del agua disminuye y la velocidad de difusión aumenta.

1. Tanque desgasificador

El tanque de desgasificación es la instalación de desgasificación más sencilla y eficaz. Puede depender del contacto entre el líquido y el aire en la superficie de la piscina para eliminar los gases disueltos. Este tanque de desgasificación se denomina tanque de desgasificación natural y es adecuado para gases disueltos que son volátiles y puede usarse para la desorción de vapor de condensados ​​ácidos. La temperatura del agua es alta, la velocidad del viento es alta, hay áreas abiertas y no es fácil producir contaminación secundaria. Su efecto desgasificante generalmente está relacionado con el tiempo de almacenamiento, la profundidad de la capa de agua y la superficie del líquido.

Para mejorar el efecto de desgasificación, generalmente se puede instalar un tubo de ventilación de plástico con orificios en la piscina o se puede instalar un tubo de rociado de agua en la superficie del agua, lo que se convierte en una piscina de desgasificación mejorada. La altura de instalación de la tubería de pulverización de agua debe ser de 1,2 a 1,5 m desde la superficie del agua. Para evitar la pérdida de agua, se pueden agregar deflectores o contraventanas alrededor.

La piscina de desgasificación también se puede diseñar como una piscina rectangular con deflectores. Se agregan conscientemente varias particiones a la piscina para aumentar el grado de división del agua y se instala una tubería de plástico con orificios en el fondo del agua para aireación.

2. Torre de desgasificación

Para mejorar la eficiencia de la desgasificación, recuperar gases útiles y evitar la contaminación secundaria, se suele utilizar una torre de desgasificación para lograr este propósito. Generalmente las torres desgasificadoras son del tipo empaque o tipo placa.

La primera es una torre de desgasificación empaquetada, donde se agrega agua a la parte superior de la torre, a veces a través de un tubo de chorro, y el líquido fluye hacia abajo en forma de película a través de la superficie del empaque (como los anillos de Raschig), y El aire se inyecta desde la parte inferior de la torre, en fase continua, de abajo hacia arriba, en contacto a contracorriente con el agua residual.

Generalmente se utiliza aire como gas de desorción para eliminar gases no disueltos, como dióxido de carbono, amoníaco, sulfuro de hidrógeno o metano. Las torres de desgasificación empaquetadas se utilizan a menudo en refinerías y fábricas de papel para la desorción de vapor de condensados ​​ácidos.

Otra torre de desgasificación es del tipo de placas, cuya característica principal es que se instala un cierto número de placas en la torre, y el agua residual fluye horizontalmente a través de las placas y fluye hacia la siguiente placa a través del bajante. El aire pasa a través de la capa de agua sobre la placa en forma de burbujeo o chorro, y la composición de la fase gaseosa y de la fase acuosa en la torre cambia en pasos a lo largo de la altura de la torre.

El gas expulsado de las aguas residuales se puede utilizar de un lado a otro mediante absorción. Por ejemplo, se utiliza una solución de NaOH para absorber el HCN eliminado para generar NaCN, y se absorbe H2S para generar Na2S, y luego la solución saturada se evapora y cristaliza. El H2S también puede ser absorbido por el carbón activado y, después de alcanzar la saturación, se lava con una solución de sulfuro nitroso y el azufre se puede recuperar después de la evaporación.