Ўзбекистон республикаси олий ва ўрта махсус таълим вазирлиги фарғона политехника институти

§1.3 Адсорбцион тозалаш технологиялари

Адсорбция узоқ йиллар давомида саноат миқёсида тозалаш ва ажратиш жараёни сифатида ишлатилиб келинмоқда. Фаоллаштирилган кўмир яхши селективликка эга бўлган юқори ғовакли адсорбентлар бўлиб, бўёқлар, феноллар, эндокринни бузувчи бирикмалар, пестицидлар, фармацевтика ва бир неча хил металл ионлари каби бирикмалардан тозалаш қобилиятни намоён қилади [63,64]
Адсорбция ҳодисаси учта умумий турдан бири, яъни диффузия, сирт кимёвий реакцияси, шу жумладан ион алмашинуви ва сирт комплекси билан содир бўлади. Диффузия жараёнлари ғовак диффузияси, сирт диффузияси ёки иккита механизмнинг комбинацияланган модели нуқтаи назаридан тавсифланади. Элович, Аврами ва Бангҳам модели асосида яний адсорбат-адсорбат фунциаси асосида кимёвий сирт реаксиалари асосида боради. [65,66]. Ишлаб чиқариш корхоналаридан хосил бўлган оқава сувларни тозалаш учун янги турдаги мезанизлар ишатилади. Бу жараёнда оғир металлар ионларининг бирнеча функционал сирт гуруҳлари билан бирикишини ўз ичига олади ёки жуфт электронларни ҳамда водород боғланиши орқали амалга оширилади [67]. Шу туфайли адсорбция механизмининг тури адсорбенларнинг пораларига актив марказларига ҳамда адсобатлар табиатига боғлиқ.
Адсорбентларга модданингг адсорбцияси хусусияти физик- кимёвий ҳодиса бўлиб, унда ютулувчи моддаларнинг молекулалари адсорбент юзасига водород боғланиш ҳамда Ван дер Ваальс кучлари таъсирида ютилади бу эса эмасорбйиядан бир- неча баробар камлигини билдиради.. Адсорбция ютилиш жараёнида юқори кимёвий барқарорлиги ҳамда табиий фотосинтетик жараёнларни сабабли сувда ранг мавжудлиги оқизиладиган рангли/бўёқ, фармацевтик ёки металл ионлари бўлган оқава сувлар билан боғлиқ жиддий муаммоларни ҳал қилишда сезиларли ёрдам беради [68].

§1.3.1. Қимматбаҳо металларни сорбсион ажратиб олишнинг афзалликлари

Oqova suvlarni biokimyoviy tozalashdan so’ng erigan organik moddalardan to’1iq tozalash uchun adsorbsiya usulidan foydala- niladi. Agar suvda organik moddalarning konsentratsiyasi yuqori bo’1masa va ular biologik parchalanmasa yoki kuchli zaharli bo’lsa, mahalliy qurilmalarda ham adsorbsiya jarayoni qo’11ani1adi. Adsorbentning kam solishtirma sarfîda modda yaxshi adsorbsiyalansa mahalliy qurilmalarning ishlatilishi maqsadga muvofıq.
Adsorbsiya usuli oqova suvlarni fenol, gerbitsit, pestitsid, aromatik nitrobirikmalar, SFM, bo’yovchi va boshqa moddalardan zararsizlant irishda qo’llaniladi. Bu usul ning afzalligi yuqori samaradorligi bo’lib, tarkibida bir nechta modda bo’lgan oqova suvlarni tozalash va ularni rekuperatsiya qilish mumkinligidadir. Oqova suvlarni adsorbsion tozalash regenerativ va destruktiv bo’1ishi, ya'ni oqova suvlardan ajratib olingan moddalar adsor- bent bilan birga yo’qotib yuborilishi mumkin. Oqova suvni adsorbsiya usulida tozalashning samaradorligi 80-95 ga teng. Bu adsorbentning kimyoviy xususiyati, adsorbsiya yuzasining o’1- chami, moddaning kimyoviy buzilishi va uning aralashmadagi holatiga bog’liq.
Adsorbentlar sifatida faollangan ko’mir, sintetik sorbentlar va ishlab chiqarishdagi ba'zi chiqindilar (kul, shlak, qipiq va hokazo) ishlatiladi. Mineral sorbentlar — tuproq, silikagel, alumogel va metall gidroksidlari oqova suvlardagi turli moddalarni adsorbsiyalash uchun kam ishlatiladi, chunki ularning suv molekulalari bilan ta'sir1ashish energiyasi juda katta, ba'zida adsorbsiya energiyasidan oshib ketadi. Adsorbentlar orasidan faollangan ko’mir ko’p ishlatiladi, ammo u ma'1um bir xususiyatga ega bo’1ishi kerak.
Faollangan ko’mir suv molekulalari bilan deyarli ta'sirlash- masligi va organik moddalar bilan esa juda yaxshi ta'sir1ashishi kefak (adsorbsion g’ovak1arining samarali radiusi 0,8—5 nm yoki
8—50 A bo’1ishi lozim. Faollangan ko’mir suv bilan qisqa vaqt ichida ta'sir1ashganda adsorbsion sig’imi va selektivligi yuqori bo’lishi kerak. Bundan tashqari regeneratsiya vaqtida tutib turish qobiliyati past bo’1ishi maqsadga muvofıqdir, natijada reagentlarning sarfi kam bo’1adi. Faollangan ko’mir1ar mustahkam, suvda tez namlanishi, ma'lum bir granulometrik holatga ega bo’lishi kerak. Tozalash jarayonida mayda zarrachali adsorbentlar (0,25— 0,5 mm) va o’lchami 40 mkm li yuqori dispersli ko’mir zarra- chalari ishlatiladi. Oksidlanish, kondensatsiyalanish va boshqa reaksiyalarga nisbatan ko’mirning katalitik faolligi past bo’lishi muhimdir, chunki oqova suvdagi ba'zi organik moddalar oksid- lanadi va smolalanadi. Bu jarayon katalizator ta'sirida tezlashadi. Smolalangan moddalar adsorbentning g’ovaklariga kirib yopib qo’yadi. Bu regeneratsiyaning past haroratda borishiga xalaqit beradi. Shuningdek, ular arzon bo’1ishi, regeneratsiyadan so’ng adsor- bentlar hajmi kamaymasligi va ishning ko’p marta ishlatilishini ta’minlashi kerak. Faollangan ko’mir uchun xomashyo sifatida turli uglerod-tarkibli materiallar ishlatiladi.
Adsorbsiya jarayonining asoslari. Yaxshi adsorbsiyalanadigan moddalar adsorbsiyaning qavariqli izotermasiga ega, yomon adsorbsiyalanadigan moddalar esa botiq izotermaga ega. Oqova suv tarkibidagi moddalarning adsorbsiya izotermasi tajriba yo’1i bilan aniqlanadi. Uni tajribasiz quyidagi tenglik orqali taxminiy aniqlash mumkin:
bu yerda, n — solishtirma adsorbsiya, mmo1/g; ag — moddaning maksimal solishtirma adsorbsiyasi (adsorbsion hajm), mmo1/g; Jw—la/55,5 — suvning ionli birikmasi; K — adsorbsiya muvozanati konstantasi, H2o va K — suv va adsorblanayotgan moddaning molyar hajmi; Cp — muvozanat konsentratsiya, mmo1/1.
Suv tarkibida bir nechta komponent bo’lsa, ularning birga adsorbsiyalanishini aniqlash uchun differensial erkin energiyaning b N" standart ko’rsatkichi topiladi va max va min qiymatlar ayirmasi topiladi. A F0 — A F 10,5 kJ/mol shart bajarilsa, barcha komponentlar birga adsorbsiyalanishi mumkin. Agar bu shart bajarilmasa, tozalash jarayoni bir nechta bosqichda amalga oshiriladi.
Adsorbsiya jarayonining tezligi erigan moddalarning konsen- tratsiyasiga, tabiati va tuzilishiga, suvning haroratiga, adsorbent- ning turi va xususiyatiga bog’1iq. Umuman olganda adsorbsiya jarayoni 3 bosqichdan iborat: moddaning oqova suv tarkibidan adsorbent zarrachalarining yuzasiga olib o’ti1ishi (tashqi diffuziya sohasi); adsorbsiya jarayoni; moddani adsorbent zarrachasining ichiga olib o’tilishi (ichki diffuziya sohasi). Shu narsa qabul qilinganki, adsorbsiya jarayonining tezligi yuqori bo’lib, u umumiy jarayonning tezligini chegaralamaydi. Chunonchi, cheklovchi bosqich tashqi yoki ichki diffuziya bo’1ishi mumkin. Ba’zan jarayon shu ikki bosqich bilan cheklanadi.
Оқава сувлардан ифлослантирувчи моддаларни олиб ташлаш учун бир қанча технологиялар мавжуд ва уларни уч тоифага бўлиш мумкин, яъни жисмоний (шу жумладан адсорбция), кимёвий ва биологик жараёнлар. Ушбу тозалаш усуллари, жумладан, коагуляция-флокуляция, мембранани ажратиш, кимёвий оксидланиш, тескари осмос ва эритувчи экстракцияси муаммоли ифлосланган оқава сувларни қайта ишлаш учун ишлатилган [41,69].
Бироқ, ушбу тозалаш технологияларининг бир нечтаси ўз муаммоларини келтириб чиқаради, шу жумладан юқори харажат, катта ҳажмдаги қуйқа ҳосил бўлиши ва кейинчалик утилизация қилиш муаммоларини олиб келади. Адсорбциянинг афзалликлари ва камчиликларини тушуниш учун бошқа мавжуд оқава сувларни тозалаш технологиялари ва уларнинг камчиликларини кўриб чиқиш керак.
Ультрафильтрация ва тескари осмос каби фильтрлаш босим остида ўтказувчан мембраналар орқали оқава сувдан эриган бўёқ молекулаларини механик ажратишни ўз ичига олади ва эриган моддаларни оқава сувдан ажратишда яхши қобилиятни намойиш этади. Ушбу жараённинг асосий камчиликлари фильтр муҳитининг нархи ва тиқилиб қолишнинг пайдо бўлишидир, бу кўпинча концентрланган бўёқ қатламининг пайдо бўлишида юзага келади, бу эса паст оқим тезлиги билан умумий олиб ташлаш самарадорлигини аста-секин камайтиради [70]. Бошқа жисмоний ажратиш вариантлари орасида нурланиш ва электрокинетик коагуляция [71] мавжуд. Уларнинг иккаласи ҳам маълум бўёқ турлари учун яхши олиб ташлаш самарадорлигини кўрсатди, аммо бошқаларда унчалик самарали эмас [49] ва қўшимча тадқиқотлар талаб этилади.
Органик ва бўёқли оқава сувларни тозалаш учун хлорлаш, озонлаш, нам ҳаво оксидланиши (НҲО) ва фаол оксидланиш жараёни (ФОЖ) [43] кимёвий усулларнинг кўпчилиги мураккаб кимёвий молекулаларни нисбатан оддий ва камроқ заҳарли моддаларга ажратишга бир қатор оксидловчи реакциялар орқали карбонат ангидрид ёки сув кабиларга қаратилган. Шу билан бирга, бўёқ молекулалари, хусусан, одатда яхши структуравий яхлитликка эга бўлиб, уларни биологик парчаланиш ёки оксидланишга жуда чидамли бўлади. Натижада, қўшимча эътиборни талаб қиладиган потенциал токсик ён маҳсулотларнинг қўшимча авлоди мавжуд [72].
НҲО суюлтирилган органик ифлослантирувчи моддаларни [73,74] сирка кислотаси, карбонат ангидрид ва бошқа чидамли ён маҳсулотларга [75] айлантириш учун юқори операцион харажатларни ўз ичига олган юқори ҳарорат ва босимда ишлайди. Шу билан бир қаторда, бўёқ ва феноллик бирикмалар каби органик ифлослантирувчи моддаларнинг парчаланишида катализатор сифатида фентон реагентлари, титан оксидлари ёки темир ионларидан фойдаланган ҳолда ИОЖ қўлланилади [41]. Юқори тозалаш самарадорлиги ҳақида хабар берилган [76], аммо қора қуйқа ҳосил бўлади ва утилизация қилишни талаб қилади [77].
Флокулянтлар қўшилиши билан коагуляция органик юкланган оқава сувларга қўлланилган, аммо олиб ташлаш самарадорлиги атиги 80-90% ни ташкил қилади; Бундан ташқари, жараёндан кейин жуда эҳтиёткорлик билан рН назорати ва қуйқа билан ишлов бериш органик моддалар [78] ва оғир металлар [79] учун камчиликлардир.
Электрокимёвий йўқ қилишдан фойдаланишнинг асосий камчилиги [80] - бу нархнинг қимматлигидир. Фаоллаштирилган қуйқа каби анъанавий аэробик усуллар маиший оқава сувларни тозалашда муваффақиятли қўлланилган, аммо бу ифлослантирувчи моддаларнинг углеродли таркибга яқинлигига боғлиқ [81]. Кўпгина органик моддаларнинг зарарли табиати ва уларнинг кучли молекуляр тузилиши бўёқлар ва фармацевтика воситаларида микробиал деградацияга юқори даражада чидамли бўлишга имкон беради [82, 83]. Анаероб ҳазм қилиш азо, диазо ва реактив бўёқларни рангсизлантириш учун мақбул бўлган кислород йўқлигида метан ва водород сульфидининг ҳосил бўлишига олиб келади, аммо чиқинди сувдаги заҳарли ароматик аминлар тозалашга сезгир эмас [84].