Làm thế nào nó hoạt động

Giới thiệu

Mục đích của giấy này là để cung cấp cho người dùng phương tiện truyền thông xúc tác nước DMI-65 với thông tin chất lượng về cách hoạt động của vật liệu, khả năng và giới hạn của nó và cho phép họ áp dụng các quy trình xử trị vật liệu trong nước theo cách thích hợp và với sự tự tin. Giấy tránh sự phức tạp chi tiết của các lớp điện hóa bề mặt rắn và khoa học keo, quy trình vật lý và hóa học định lượng và phản ứng. Đối với độc giả đã có kiến thức đáng kể trong khu vực này giấy mang lại sự hiểu biết nhiều hơn về những gì DMI-65 là và dự định sử dụng của nó. Người mới đến khu vực này được cung cấp với các căn cứ, và có lẽ động lực, để chỉ đạo của họ trong các nghiên cứu sâu như họ có thể muốn.

Lịch sử

Trong những ngày đầu của nước xử lý, zeolit xảy ra tự nhiên (như glauconit greensand) được sử dụng để làm mềm và loại bỏ sắt và mangan từ nồi hơi make-up và nước quy trình. Khi nhu cầu về nước chất lượng cao hơn tăng (do một phần cho các nồi hơi lớp áp suất cao hơn) các ngành công nghiệp xử trị nước phần lớn di chuyển ra khỏi các sản phẩm này để làm mềm cho các loại nhựa trao đổi ion tổng hợp mới được phát triển.

Tuy nhiên, trong trường hợp sắt và mangan loại bỏ di chuyển này đã được nhiều chậm hơn và kết quả là việc sử dụng glauconit greensand (greensand) phương tiện truyền thông lọc tiếp tục cho đến thời gian hiện tại. Greensand được và thường được sử dụng như một bước tiền xử lý trước khi quá trình trao đổi ion kể từ khi sắt trong một nước thức ăn có thể và không hôi nhựa cation. Các quy trình khác bao gồm thông khí và lọc oxy hóa với các bộ lọc phương tiện tiêu chuẩn hoặc các loại phương tiện và/hoặc bộ lọc độc quyền

Trong khi đã có các sản phẩm loại bỏ sắt/mangan khác và các quá trình phát triển kể từ greensand đã được giới thiệu việc sử dụng greensand tiếp tục mặc dù đã có một số vấn đề mà làm cho nó một phương tiện truyền thông ít hơn lý tưởng. Nó yêu cầu tái tạo định kỳ với kali permanganat, không thể được sử dụng trong vùng nước pH thấp hơn ( < 6,2), có nhiệt độ hoạt động tương đối thấp (80^oF), và có xu hướng làm mềm thông qua thời gian dẫn đến các vấn đề giảm áp lực ở mức lưu lượng cao hơn. Ngoài ra, việc cung cấp đôi khi có thể bị hạn chế do các mối quan tâm về môi trường với các cơ sở chế biến dọc theo bờ biển phía đông của Hoa Kỳ.

Bởi vì những vấn đề này trong những năm 1970 nước xử trị công ty và người dùng cuối cùng đã bắt đầu bày tỏ quan tâm đến “cái gì khác” để thay thế greensand. Để đáp ứng yêu cầu của họ, các nhà khoa học và các nhà nghiên cứu ở Nhật bản bắt đầu tìm cách để truyền các chất ôxi hóa cho các vật liệu ma trận khác nhau. Nó đã được cảm thấy rằng một sản phẩm thương mại sản xuất có thể được thực hiện mạnh mẽ hơn, có tính chất vật lý tốt hơn và có thể được cải tiến và/hoặc sửa đổi hơn bất kỳ phương tiện truyền thông tự nhiên.

Nhiều thập kỷ nghiên cứu và phát triển của công nghệ truyền dịch Nhật bản đã dẫn đến sản phẩm độc đáo của Úc, DMI-65 là một phương tiện xúc tác dạng hạt được sử dụng để tăng cường quá trình oxy hóa/ôxi hoá (Redox) tiên tiến trong nước. Các phương tiện truyền thông là một phần của một loại rộng các sản phẩm tạo ra hành động vật lý và hóa học của họ từ sự tương tác của bề mặt oxit kim loại của họ với các phân tử nước và ion trong dung giải. Sản phẩm này là cách mạng do công nghệ truyền độc quyền mà thâm nhập vào các chất nền vi mô của vật liệu ma trận, cho phép một diện tích bề mặt xúc tác lớn hơn và phân bố kích thước hạt chặt chẽ. DMI-65 có mức phạt thấp, một khoan dung để phạm vi pH rộng hơn và hóa học truyền xúc tác trên bề mặt mà sẽ không được tiêu thụ hoặc giảm bớt trong điều kiện hoạt động bình thường. Cuối cùng 5 – 10 năm sử dụng liên tục.

Thông tin nền

DMI-65 là một phương tiện truyền thông nước lọc xúc tác cực kỳ mạnh mẽ được thiết kế để loại bỏ sắt và mangan trong dung dịch lỏng (nước) mà không cần kali permanganat hoặc tái tạo hóa chất. Cấu trúc vi mô độc đáo của DMI-65 loại bỏ hiệu quả hòa tan sắt với mức gần như không thể phát hiện thấp nhất là 0,001 ppm và mangan đến 0,001 ppm. DMI-65 hoạt động như một chất xúc tác oxy hóa với quá trình oxy hóa ngay lập tức và lọc các kết tủa không hòa tan bắt nguồn từ phản ứng oxy hóa này. DMI-65 cũng có thể loại bỏ asen, nhôm và các kim loại nặng khác và Hydrogen sulfide trong một số điều kiện nhất định.

Vật liệu này là một phần của các loại sản phẩm có nguồn gốc từ các hành động vật lý và hóa học của họ từ sự tương tác của bề mặt oxit kim loại của họ với các phân tử nước và ion trong dung.

Tương tác bề mặt rắn với nước phân biệt giữa hấp phụ như các lực Van der Waal yếu mà tổ hợp một chất kỵ nước trong một phương tiện lõi cứng nhắc như than hoạt tính và hấp thụ như Van yếu der Waal lực mà giữ một phân tử kỵ nước trong một ma trận có thể điều chỉnh được (như benzene) trong một polymer của T-butyl styren hoặc hấp thụ bằng cách chiết lỏng chất lỏng. Nhựa trao đổi ion sử dụng các quá trình hấp thu trong khi tương tác của DMI-65 với các phân tử nước và ion trong dung dịch được bắt đầu thông qua hấp phụ.

Vật liệu hấp phụ loại không xúc tác duy trì các ion mục tiêu từ nước cho đến khi một trong hai trang web có sẵn để hấp thụ đạt đến một mật độ tối đa và bão hòa hoặc nồng độ của các ion mục tiêu trong nước điều trị đạt được nồng độ chấp nhận tối đa. Tại điểm này, vật liệu hấp phụ phải được tái sinh để loại bỏ hoặc thay thế các ion ô nhiễm, hoặc các vật liệu được sử dụng được thay thế bằng vật liệu mới được nạp trong container điều trị. Khi quá trình này hoạt động bằng cách trao đổi một loại ion cho các ion mục tiêu từ nước quá trình này được gọi là giao dịch ion. Loại chất hấp phụ này và một số vật liệu thấm một phần loại bỏ các ion mục tiêu khỏi nước. Bề mặt lớn hơn trên mỗi thể tích vật liệu lớn hơn lượng ion mục tiêu ô nhiễm có thể được giữ lại từ nước.

Hoàn toàn vật liệu xúc tác hấp thụ các ion phản ứng từ dung giải đưa chúng vào sự gần gũi của các liên kết hóa học. Sau đó, các sản phẩm phản ứng di chuyển ra khỏi bề mặt của chất xúc tác. Các chất xúc tác nói đúng tạo thuận lợi cho phản ứng hóa học; họ không ngầm loại bỏ bất cứ điều gì. Nếu sản phẩm phản ứng là một kết tủa rắn, thường các sản phẩm được giữ lại trong giường xúc tác, do đó loại bỏ bằng cách lọc.

Nhiều vật liệu hoạt động trong một chế độ hỗn hợp; với cả trao đổi ion và hành động xúc tác diễn ra. Đối với những vật liệu được sử dụng chủ yếu cho hành động xúc tác của họ, trao đổi ion kết quả là giải thể của các lớp xúc tác dẫn đến sự cần phải tái tạo định kỳ hoặc kích hoạt lại để sửa chữa ma trận của các ion ở bề mặt hoạt động của họ.

DMI-65 – xúc tác oxy hóa tiên tiến truyền thông

DMI-65 là một vật liệu dạng hạt màu nâu sẫm đến đen. Màu này được tạo ra bởi mangan oxit ở các lớp bên ngoài của các hạt. DMI-65 là một phương tiện truyền thông xúc tác trong ý nghĩa thực sự của từ và tạo điều kiện cho quá trình oxy hóa – kết tủa lọc và không được tiêu thụ trong các phản ứng. Nói đúng, phương tiện truyền thông tạo điều kiện phản ứng hóa học và không rõ ràng loại bỏ bất cứ thứ gì. Sau khi bị ôxi hóa, khía cạnh lọc độ sâu của các phương tiện truyền thông loại bỏ các chất rắn sau đó được định kỳ backrửa ra khỏi các mạch lọc.

Các phương tiện truyền thông không cần tái tạo hoặc kích hoạt lại và không hiển thị một khả năng mục nát để làm công việc xúc tác của nó. Trong thời gian từ 5 đến 10 năm, thông qua nhiều hoạt động rửa ngược của giường để loại bỏ chất rắn giữ lại, các phương tiện truyền thông bị suy thoái do liên lạc giữa các hạt và mài mòn cơ khí. Sau đó, vật liệu đã được thay thế.

HOẠT ĐỘNG CƠ BẢN:

Các quá trình diễn ra trong một giường của DMI-65 liên quan đến giảm/oxy hóa (Redox). Phản ứng redox liên quan đến việc chuyển giao các electron giữa các loài. Giảm là đạt được các electron hoặc giảm trạng thái ôxi hóa của một phân tử, nguyên tử hoặc ion. Quá trình oxy hóa là sự mất mát của các electron hoặc tăng trạng thái ôxi hóa của một phân tử, nguyên tử hoặc ion. Các phản ứng redox xảy ra đồng thời nhờ đó không thể có phản ứng giảm oxy. Các phương tiện truyền thông “giúp” phản ứng hóa học xảy ra bằng việc tương tác với phản ứng mà không bị thay đổi vĩnh viễn. Một trong các cuộc thảo luận sâu về hóa khử oxy là bên ngoài phạm vi của giấy này, nó sẽ chỉ đối phó với cách thức các quá trình Redox áp dụng trong việc loại bỏ sắt và mangan bằng cách sử dụng DMI-65. Các phương trình Redox cá nhân sẽ được bao gồm trong các phần loại bỏ sắt và mangan sau đây.

Để bắt đầu quá trình oxy hóa của các ion trong dung dịch và để đảm bảo rằng các lớp oxy hoá không bị tổn hại phương tiện truyền thông được thiết kế để hoạt động trong sự hiện diện của clo hoặc ôxi hóa khác. Trong quá trình này, oxy hóa loại bỏ các electron và được tiêu thụ trong quá trình này. Các nhà điều hành cần phải đảm bảo rằng có một 0,1-0,3 ppm dư clo miễn phí trong nước thải.

Clo, cho ăn như natri hypochlorite (NaOCl) hoặc thuốc tẩy (12,5 NaOCl), là chất ôxi hóa ưa thích vì nó là tương đối rẻ tiền, sẵn có trên toàn thế giới và nó có hiệu quả. Các chất oxy hóa khác như hydrogen peroxide (H₂O₂), clo oxit (clo₂) hoặc Ozone cũng có thể được sử dụng miễn là một dư có thể được đo và duy trì.

Một chức năng khác của clo là nó giữ các phương tiện truyền thông miễn phí từ sự phát triển của vi khuẩn hoặc chất nhờn. Bề mặt xúc tác oxit mangan phải giữ sạch để các ion trong nước có thể liên lạc với nó. Đồng thời, clo là một nguồn oxy phản ứng hơn so với oxy phân tử. Biểu đồ sau đây cho thấy mức độ an toàn cho các thành phần nước khác có thể gây trở ngại cho sự tương tác bề mặt.

Không giống như nhựa trao đổi ion, nơi cao hơn liều lượng regenerant sẽ tăng khả năng trao đổi ion, phương clo hoặc nồng độ cao hơn yêu cầu để ôxi hóa Fe và MN không làm tăng các thuộc tính oxy hóa của các phương tiện truyền thông. Ngoài ra, kể từ khi các phương tiện truyền thông thường được sử dụng để pretreat nước trước khi một hệ thống thẩm thấu ngược (RO) một dư clo miễn phí cao hơn có yêu cầu điều trị bài rộng rãi hơn để giảm dư để bảo vệ màng từ các cuộc tấn công clo.

DMI-65 phải được kích hoạt trước khi được đưa vào dịch vụ lần đầu tiên. Kích hoạt này đòi hỏi một liều lượng clo cao hơn so với sử dụng trong hoạt động bình thường nhưng chỉ phải được thực hiện một lần trong quá trình khởi động ban đầu. Tỷ lệ liều lượng là 10 chất lỏng ounce 12,5 clo mỗi foot khối (ft³) của các phương tiện truyền thông. Việc kích hoạt chỉ đòi hỏi phải ngâm một vài giờ nhưng một đêm ngâm được ưa thích.

Sau khi kích hoạt, các tàu (s) phải được rửa sạch để loại bỏ các NaOCl dư thừa và bất kỳ tiền phạt. Kể từ khi mangan oxit là một trong những thành phần được sử dụng trong sản xuất của các phương tiện truyền thông một mở rộng rửa được yêu cầu tại bắt đầu lên để loại bỏ bất kỳ dấu vết oxit mangan miễn phí còn lại từ quá trình sản xuất. Một khi các cấp MN trong nước phía đạt giá trị của 0,05 đến 0,15 ppm và còn lại clo tự do là thiết lập các bộ lọc đã sẵn sàng để được đặt vào dịch vụ.

Phương tiện thay thế do các tính chất lọc vật lý giảm của phương tiện truyền thông do sự mài mòn vật lý sẽ xảy ra trước khi sự suy thoái hoàn toàn của lớp xúc tác được thực hiện. Trong điều kiện hoạt động bình thường cuộc sống truyền thông được ước tính khoảng 5 – 10 năm.

Sắt (Fe) lượng mưa và loại bỏ bằng cách sử dụng DMI 65

Sắt (Fe) là nguyên tố phổ biến thứ tư được tìm thấy trong lớp vỏ trái đất và tồn tại ở một loạt các trạng thái ôxi hóa từ-2 đến + 6 mặc dù các trạng thái phổ biến nhất là sắt (+ 2) và ferric (+ 3).

Muối màu là dễ dàng hòa tan. Trước khi sắt, một chất rắn hòa tan thường được tìm thấy như là bicarbonate sắt, có thể được loại bỏ bằng cách lọc nó phải bị ôxi hóa, trở thành hydroxit ferric và trong vùng nước pH trung tính kết tủa ra trong giường phương tiện truyền thông. Bề mặt xúc tác của DMI-65 chứa ôxít mangan hoặc cho thấy các địa điểm mangan và oxy hấp thụ các [Fe] ion có trong nước. Phản ứng của bicarbonate sắt và NaOCl là gần như tức thời và các bicarbonate sắt ôxi hóa (từ bỏ một OH^–) để trở thành hydroxit ferric không hòa tan mà sau đó được loại bỏ thông qua lọc trong bề mặt xúc tác của các phương tiện truyền thông. Phương trình phản ứng redox sau đây giải thích quá trình này.

2Fe (HCO₃)₂ + Naocl + H₂O + 2FE (Oh)₂ + 2CO₂ + NaCl

Trong hình trên, bề mặt xúc tác được trình bày dưới dạng trơn đơn giản. Chữ “M” được sử dụng để đại diện cho một ion kim loại chung trong lưới của bề mặt này. Chữ “O”, ở trung tâm của vòng tròn, đại diện cho một nguyên tử ôxy. Kích thước ion khác nhau và phân tử ôxy (màu xanh) được đại diện ở quy mô tương đối đúng. Ngoại trừ các phân tử ôxy, Bàn là ngoại quan được hiển thị dưới dạng vòng tròn ốp. Việc giải thích cho các chữ cái và các ion trong con số “oxy hóa ion ở bề mặt xúc tác” là:

M: ion kim loại chung trong lưới bề mặt xúc tác (MN +); n = 1, 2…

O: nguyên tử ôxy hoặc ion (O-)

Fe: nguyên tử sắt hoặc ion (Fe2 +, Fe3 + +)

H: nguyên tử hiđrô hoặc ion (H +)

OH: hydroxit, hoặc anion hydroxyl (OH-)

H2O, phân tử nước Hiển thị như vòng tròn ốp

Fe (OH) 2, hydroxit màu được hiển thị dưới dạng vòng tròn ốp

Fe (OH) 3, ferric hydroxide, được hiển thị dưới dạng vòng ốp, màu nâu

O2, phân tử ôxy, nguyên tử được hiển thị ở khoảng cách liên kết cộng hóa trị, màu xanh

Bicarbonate sắt hòa tan được thu hút bởi Fe kết thúc đối với oxy lưới của vật liệu xúc tác. Điều này mang lại cho Fe trong sự gần gũi của cộng hóa trị liên kết với ion hydroxit của một trang web lân cận và các bicarbonate sắt thay đổi thành hydroxit ferric không hòa tan mà kết tủa trong hình thức tinh thể tập hợp của kích thước từ 3 nanomet và lớn hơn. Các tập hợp đông lại trong đàn lớn hơn và được giữ lại trong giường xúc tác.

Khi các bicarbonate sắt được chuyển đổi thành hydroxit ferric, nồng độ của nó ở bề mặt xúc tác giảm. Trong phần lớn nước, tránh xa bề mặt xúc tác, nồng độ của bicarbonate màu cao dẫn đến việc khuếch tán đối với nồng độ thấp hơn theo luật khuếch tán. Phổ khuếch tán là tuyến tính phụ thuộc với sự tập trung gradient trên khoảng cách.

Ôxy hòa tan góp phần sản xuất ion hydroxit thông qua quá trình ôxi hóa trực tiếp hydro kết hợp với Fe tách phân tử nước và phản ứng với hydro ở bề mặt xúc tác

Điều quan trọng cần lưu ý là mặc dù một nguồn ôxy là cần thiết quá trình oxy hóa và lượng mưa của Fe được thúc đẩy bởi ion hydroxit. Ngay cả trong điều kiện tương đối axít hydroxit ion (một anion rất mạnh) có thể dễ dàng hơn để gắn kết với Fe hơn ôxy. Vì vậy, Fe không phải là rất khó để oxy hóa và kết tủa xung quanh tình trạng pH trung tính. Ngoài ra, nồng độ của các ion hydroxyl tăng theo cấp số lượng pH và do đó tỷ lệ oxy hóa và lượng mưa của Fe.

Clo (thường ở dạng NaOCl) là một nguồn oxy phản ứng hơn so với oxy phân tử. Các dư lý tưởng để được duy trì hạ lưu của bộ lọc xúc tác là 0,2 mg/l (0,1 đến 0,3) clo miễn phí. Lượng clo miễn phí cao hơn và do đó mức natri hypochlorite cao hơn trong bộ lọc xúc tác không luôn giúp đỡ. Nó có thể có tác dụng bất lợi do Venting clo và tăng các ion natri cạnh tranh, Na +. Bề mặt xúc tác phải được làm sạch để các ion trong nước có thể liên lạc với nó để clo tiêm cũng ngăn chặn sự phát triển của vi khuẩn và blinding của bề mặt xúc tác với chất nhờn.

Mangan, MN mưa và loại bỏ bằng cách sử dụng DMI 65

DMI-65 là một chất xúc tác đặc biệt phù hợp với quá trình oxy hóa và loại bỏ mangan. Bề mặt xúc tác có chứa mangan oxit cho brining vào gần của đồng hóa trị liên kết mangan và các nguyên tử ôxy từ nước. Tuy nhiên, quá trình oxy hóa và loại bỏ mangan (MN) là rất khác biệt với Fe. Một sự khác biệt lớn là do độ hòa tan của mangan oxyhydroxide, MnO (OH)₂.

MN (HCO₃)₂ + Naocl + MnO (Oh)₂ + NaCl + 2CO₂

Mangan không kết tủa như oxyhydroxit nhưng như ôxít, MnO₂ và oxit cao hơn. Sự hiện diện và nồng độ anion hydroxit không giúp ích nhiều trong lượng mưa và loại bỏ mangan. Mangan hydroxit sẽ bị thu hút bởi mangan kết thúc với ôxy trong bề mặt lưới xúc tác. Một phân tử ôxy phải có sẵn ở gần để tạo điều kiện cho quá trình oxy hóa thông qua oxy từ lưới và trao đổi với mạng lưới với oxy phân tử. Điều kiện này xảy ra là có thể có ý nghĩa thống kê ít hơn và phản ứng là tốc độ chậm hơn nhiều so với quá trình oxy hóa của Fe qua hydroxit.

Trong khi tăng độ pH đến mức kiềm tạo điều kiện cho quá trình oxy hóa và loại bỏ mangan, trong những điều kiện này, mangan oxy hoá cũng có thể hòa tan trở lại vào nước. Do đó, bất kể các chất gây ô nhiễm mục tiêu được loại bỏ, điều kiện thiếu oxy luôn có thể tránh được để bảo vệ lớp xúc tác chống lại sự lọc nước. Khi oxidising mangan pH được đề nghị là gần 8.

Mangan oxit có tác dụng tự động tốt. Khi backrửa nó là tốt hơn để ngăn chặn quá trình trước khi nước trở nên rất rõ ràng. Mangan oxit dư thừa trên giường lọc sẽ tăng cường quá trình oxy hóa mangan.

Key DMI-65 điều kiện hoạt động

Quá trình điều trị phải được tiến hành theo cách như vậy để các bề mặt xúc tác của vật liệu được giữ sạch sẽ và có sẵn cho ion từ nước để liên lạc.

Nước với một lượng lớn chất rắn lơ lửng đã được làm rõ trước khi đi qua bộ lọc xúc tác với DMI-65. Mức độ chấp nhận được của chất rắn lơ lửng phụ thuộc vào thiên nhiên của họ. Một lượng lớn chất rắn lơ lửng khoáng sản có thể được xử lý.

Vi khuẩn có thể phát triển và nạp chất nhờn trên DMI-65. Vì vậy, các điều kiện khử trùng và oxy hóa phải được duy trì.

Nước có chứa đất sét và các phân tử hữu cơ lớn có thể dẫn đến sự lắng đọng của vật liệu như vậy trên bề mặt của DMI 65 và blinding của bề mặt xúc tác. Điều trị để loại bỏ chất gây ô nhiễm như vậy trước khi bộ lọc xúc tác là cần thiết.

Polymer flocculent cũng có thể dính vào DMI-65 và mù bề mặt xúc tác.

Cứng, nước ngầm không ổn định có thể gây ra sự lắng đọng quy mô trong các bộ lọc xúc tác và mù vật liệu trong một khối mono rắn. Trong trường hợp này, vật liệu DMI-65 trên giường bị mất và sẽ phải được thay thế. Điều trị ổn định nước để ngăn chặn sự hình thành quy mô trong bộ lọc xúc tác phải được thực hiện.

Cả hai điều kiện pH có tính axit thấp và thiếu oxy có thể gây ra sự tan rã của mangan từ lớp xúc tác của DMI-65 và mất khả năng của nó. PH quá cao có nghĩa là nồng độ quá mức của các ion hydroxyl (ăn mòn với kim loại) và cũng có thể gây ra sự tan rã của mangan từ lớp xúc tác.

Không sử dụng nước khử khoáng, nước cất hoặc nước được biết là ăn mòn mạnh cho kim loại để ngâm và kích hoạt ban đầu của DMI-65.