Диссертация (1141478), страница 16
Текст из файла (страница 16)
Но сам процесс производства данногосорбента РСII из рисовой соломы, как следует из описания, достаточно сложен итребует значительных затрат, поскольку включает этапы химического ифизического воздействия, наличия активирующих реагентов и специальногооборудования, значительных затрат энергии на карбонизацию, как, впрочем, илюбой другой сорбент, например, активный уголь.Поэтому принято решение провести дополнительные исследования поизучению сорбционных способностей рисовой соломы, активированной болеепростыми и дешевыми способами без применения термических методов, с цельюполученияэкономичногосорбента,несмотрянавозможноеснижениеэффективности действия.Таким образом, в данном разделе приведены исследования сорбционнойспособности рисовой соломы, модифицированной следующими способами:карбонизациясолнечнымилучами;замораживанием;замораживаниемспредварительным вымачиванием в бензине; замораживанием с предварительнойобработкой в гидроксиде натрия.5.3.1Исследования сорбционных свойств рисовой соломы,карбонизированной солнечными лучами (РСЛ)Эксперимент проводили по такой же методике, как и в предыдущих разделах.117Первичная концентрация азота аммонийного (по соли) в данном экспериментесоставляла 2,18 мг/л, значение рН варьировалось от 6,5 до 7,5.
При этом навескикарбонизированной солнечными лучами рисовой соломы в трех склянках по 200 млбыли разными. После достижения равновесной концентрации аммония в растворепосле сорбции определяли содержание нитритов и нитратов.Навески и эффективность сорбции азота аммонийного, а также остаточноесодержание нитритов и нитратов, приведены в таблице 5.6.Таблица 5.6 – Показатели сорбции азотных групп сорбентом РСЛ из рисовойсоломыНавеска,г/200 млводырH10,047,0120,230,4№п/пCe,мг/лN (-3)Ce,мг/лN(+3)Ce,мг/лN (+5)0,9Эффективность,%8,25Общийазот,г21,550,130,0390,0030,0001,59570,7835,71,41,080,180,050,0450,011,1567,530,8275,50,5330,4140,320,0970,1850,040,554NH4+qe,мг/гNO2 -NO3-Из анализа данных таблицы 5.6 следует, что процент снижения иона аммонияв эксперименте зависит от массы сорбента и достигает 75% при дозе рисовойсоломы 0,4 г/200 мл.
Удельная скорость адсорбция qe почти постоянна, ее среднеезначение составляет 0,83 мг/г.Можно заключить, что она меньше, чем у термически карбонизированнойрисовой соломы (2,1–2,8 мг/г, таблица 5.2). В то же время по экономическимзатратам и способу карбонизации солнечными лучами, не требующемудополнительных затрат энергии, такой тип активации рисовой соломы можносчитать перспективным для условий Египта.Одновременно с аммонием в эксперименте контролировали значения118нитритов и нитратов, которые были почти постоянными на протяжении всегоопыта.
Этот факт указывает на то, что основная масса удаляемого аммония былаадсорбирована, а не окислена.5.3.2Исследования сорбционных свойств рисовой соломы,активированной замораживанием (РСЗ)Эксперимент проводили по следующей методике: рисовую соломуизмельчали (3–5 см), промывали 3 раза водопроводной и 1 раз дистиллированнойводой для удаления загрязнений, затем помещали в морозильную камеру ивыдерживали при температуре -10 °C 6 часов. После образцы рисовой соломыразмораживали, высушивали 6–8 часов на воздухе при комнатной температуре (24–25 °C), а затем – в сушильном шкафу при 105 °C. Дозы активированной такимобразом соломы, добавляемой к модельному раствору, были равны 0,04, 0,2, 0,4 гна 200 мл раствора, начальная концентрация иона аммония в растворе составляла2,18 мг/л. Эксперимент проводился в течение 48 часов при комнатной температуре,которая составляла в среднем 25 °C.
После перемешивания и выдерживанияраствора измеряли концентрацию аммония, нитритов и нитратов. Результатыизмерений приведены в таблице 5.7.Таблица 5.7 – Показатели сорбции азотных групп сорбентом РСЗNп/п123Навеска,г/200млрHqe,мг/г0,046,830,90,26,99 1,050,47,15 0,6535Примечание: нитратыNH4ЭффективCe,N (-3)ность,мг/л%8,25621,5548,161,13 0,8759,950,873 0,67и нитриты определяли вNO2Ce,N(+3)мг/л0,02 0,006 0,000,01 0,003 0,010,01 0,003 0,01растворе хлоридадостижения равновесной скорости адсорбции по азоту аммонийному.Общийазот,г0,000 1,560,001 0,880,001 0,68аммония послеNO3Ce,N (+5)мг/л119Согласно данным таблицы 5.7 эффективность удаления аммония рисовойсоломой, модифицированной замораживанием, составляет 59% при дозе 0,4 грисовой соломы на 200 мл раствора хлорида аммония, удельная скорость адсорбцияqe равна при этом 0,65 мг/г после выдерживания в течение 48 часов. При меньшихдозахрисовойсоломыэффективность сниженияконцентрацииаммониясущественно ниже.Можно утверждать, что эффективность этого метода приближается кэффективностисорбциинарисовойсоломе,карбонизированнойконцентрированными солнечными лучами.Результатыисследованияпоказывают,чтозамораживаниеявляетсявозможным способом активации рисовой соломы для ее последующегоприменения в качестве сорбента.
Поэтому на следующем этапе опытов былапроведена дополнительная химическая активация поверхности замороженнойрисовой соломы промывкой бензиновым растворителем и щелочным раствором сцелью открытия и расширения пор внутренней структуры соломы.5.3.3Исследования сорбционных свойств рисовой соломы,активированной замораживанием и предварительнойпромывкой бензином (РСЗбензин)Образец рисовой соломы после промывки водой и измельчения триждыпромывали бензином, пока визуально не определили, что поверхность не гладкая, ашероховатая. Далее рисовую солому обрабатывали замораживанием притемпературе -10 °C. В остальном условия опыта были аналогичны предыдущему.Эксперимент проводили в течение 48 часов.
Результаты контролировалипосле стабилизации остаточной концентрации аммония в модельном растворе,произошедшей через 24 часа от начала эксперимента. Результаты приведены втаблице 5.8.120Таблица 5.8 – Показатели сорбции азотных групп сорбентом РСЗбензинНавеска,г/200млрH10,0420,26,817,1Nп/п3NH4NO2NO3qe,мг/гЭффективность,%Ce,мг/лN (-3)Ce,мг/лN(+3)Ce,мг/лN (+5)3,431,191,51,1660,150,0450,000,0001,2255,960,960,746Общий азот,г1,210,15 0,04 0,00 0,000,7950,47,1 0,9183,480,36 0,28 0,14 0,04 0,00 0,0000,328Примечание: нитраты и нитриты определяли в растворе хлорида аммония последостижения равновесной скорости адсорбции по азоту аммонийному.Полученные результаты свидетельствуют о том, что практически отсутствуетокисление ионов аммония, так как, несмотря на большую продолжительностьдвухдневного эксперимента, нитраты почти равны нулю.Таким образом, результаты указывают на адсорбцию, которая происходит вовнутренних каналах и в небольших порах на поверхности сорбента РСЗбензин,которые образовались в результате активации.Эффективность снижения азота аммонийного сорбентом РСЗбензин достигла83% при дозе 2 г на литр модельного раствора хлорида аммония, при этом средняяудельнаяскоростьадсорбциисоставила1,8мгаммониянаграмммодифицированной рисовой соломы.Этот метод активации рисовой соломы может быть использован в районах снизкими зимними температурами.
В жарких климатических зонах необходимоприменять дополнительное оборудование в виде холодильных установок, чтотребует экономического сравнения термической обработки при температуре 600°Си замораживания при температуре -10°С.1215.3.4Исследования сорбционных свойств рисовой соломы,активированной замораживанием и предварительнойпромывкой гидроксидом натрия (РСЗNаОН)В данном эксперименте активация рисовой соломы производиласьпредварительным вымачиванием в растворе гидроксида натрия, а затемзамораживанием при температуре -10 оС в течение 2-х часов.
После замораживаниярисовую солому сушили в сушильном шкафу до тех пор, пока вес не становилсястабильным. Навески полученного сорбента 0,04 г, 0,2 г и 0,4 г добавляли в 200 млраствора хлорида аммония с начальной концентрацией по иону аммония, равной12,18 мг/л. Длительность эксперимента составляла 48 часов. Данные оконцентрациях аммония, нитритов и нитратов были зарегистрированы придостижения равновесной фазы адсорбента.Результаты представлены в Таблице 5.9.Таблица 5.9 – Показатели сорбции азотных групп сорбентом РСЗNаОННавеска,г/200млрH10,0423Nп/пNH4NO2NO3Общийазот,гqe,мг/гЭффективность,%Ce,мг/лN (-3)Ce,мг/лN(+3)Ce,мг/лN (+5)6,023,2529,811,531,190,110,0340,000,0001,220,26,021,6475,20,540,6470,220,0680,000,0000,710,46,020,9688,90,2410,1870,130,0410,000,000,23При данном способе активации рисовой соломы зафиксирован наилучшийпроцент удаления азота аммонийного, равный 88% при дозе сорбента 0,4 г на 200мл модельного раствора хлорида аммония.
Средняя экспериментальная удельнаяскорость адсорбции равна 2 мг/г.На рисунке 5.20 приведены сравнительные диаграммы различных сорбентов,122приготовленных из рисовой соломы, по таким характеристикам, как: скоростьадсорбции, эффективность адсорбции, экономичность и легкость приготовления,при этом: 1 – наименее предпочтительный вариант, 5 – наиболее.Рисунок 5.20 – Сравнительные характеристики сорбентов из рисовой соломы,модифицированной: РСII –гидроксидом натрия и нагреванием при 600 оС; РС3NaОН промывкой гидроксидом натрия и замораживанием; РС3бензин - промывкой бензином изамораживанием; РСЛ - карбонизацией солнечными лучами, РСЗ-замораживаниемДиаграммы на рисунке 5.20 иллюстрируют, что самым эффективнымсорбентом является РСII, также можно сделать вывод, что чем ниже скоростьадсорбции, тем выше эффективность снижения азота аммонийного.5.4Программа расчета дозы рисовой соломы для снижения концентрацииазота аммонийного в водеНа основе приведенных кинетических и изотермических моделей процесса123адсорбции азота аммонийного на рисовой соломе РСII с помощью языкапрограммированияMATLABбыларазработанапрограммадлярасчетаоптимальной дозы рисовой соломы для удаления азота аммонийного из воды [148].Рисунок 5.21 показывает тело программы.Рисунок 5.21– Формат страницы программыНа рисунке 5.22 приеден пример рабочей страницы программы, на которойнеобходимо вводить значение концентрации азота аммонийного (по соли) висходной воде и необходимую концентрацию в очищенной воде, а также расходводы.
Нажав кнопку «Рассчитывать», программа вычисляет вес требуемогоколичества сорбента РСII из рисовой соломы, а также количество сырой,немодифицированной рисовой соломы. Кроме того, возможности программыпозволяют отобразить кривую зависимости скорости адсорбции иона аммония отвремени.124Рисунок 5.22– Рабочая страница программы при работеИспользованиеданнойпрограммысущественноупроститпроцесстехнических и экономических расчетов при проектировании сооружений дляочистки воды от азота аммонийного методом сорбции на сорбенте из рисовойсоломы.Выводы по главе 51. Дешевый сорбент из рисовой соломы позволит применить метод сорбциипри очистке оборотных вод установок рыборазведения от азота аммонийного ичастично отказаться от использования биологических методов очистки вустановках рыборазведения.2.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
