Adsorption

By / Ahmed Hasham

M.Sc. Analytical chemistry

Ahmedhasham83@outlook.com

Adsorption is a process in which substances transfer from  gases or liquids using physical matter known as adsorbent (Worch 2012).

 It is a very efficient technique to purify polluted water. Also, it is used for the removal of metal ions from aqueous solutions, adsorption proofs itself better than other. Generally, adsorption isotherm is an invaluable curve describing the phenomenon governing the retention or mobility of a substance from the aqueous phase  to a solid-phase at a constant temperature and pH (Singh et al. 2016).

Adsorbent type depends on the type of water which need the adsorption technique in its treatment. As an example activated carbon is used as adsorbent in drinking water , wastewater ,industrial waste water , swimming pool and ground water while aluminum oxide and some polymers are used as adsorbent only in waste water and industrial waste water applications (Worch 2012) .

Ø Effect of pH on Adsorption

The surface characteristics of sorbents are affected by the pH value of the solution so it is a main factor in studying the effectivity of a sorbent. Most of heavy metals are cations, so the adsorbent almost anionic. At low pH range , there are further protons presented to protonate with active groups on the surface of sorbent’s so they participate with the heavy metals (Sharma, 2014) . At present, adsorption is broadly accepted in eco-friendly treatment applications all over the world. Liquid–solid adsorption techniques are based on the capability of specific solids to specially concentrate selected substances from liquid phases onto their surfaces. This principle can be used for the removal of contaminants, such as metal ions and organics, from wastewaters (Piraján and Giraldo 2012).

Modeling of adsorption procedures is vital particularly in water treatment techniques. To ensure that the suitable adsorbent is selected to remove the selected pollutant in water with respectable effectiveness, at the right percentage and in the right conditions, scientific mathematical models are employed. Furthermore, these models deliver valuable data that are valuable in developing an adsorption reactor for large-scale adsorption process (Unuabonah, et.al, 2019).

Biomass as adsorbents:

The major difficulty in wastewater and industrial wastewater treatment is the synchronized presence of many and different forms of pollutants as:

  • Dyes.
  • Heavy metals.
  • Phenols.
  • Pesticides.
  • Pharmaceuticals.

Adsorption is the one of the most hopeful methods for waste water treatment. For economic consideration researchers had to turn their attention into lower cost adsorbents. So, a new term introduced, which is called “green adsorption”. It is meant (low-cost adsorbent derived from:

  • Agricultural sources as (fruits, vegetables, foods);
  • Agricultural residues and wastes;
  • Low-cost sources (as activated carbons after pyrolysis / hydrothermal carbonization of agricultural sources) (Kyzas and Kostoglou 2014).

References:

Kyzas, George Z., and Margaritis Kostoglou. 2014. “Green Adsorbents for Wastewaters: A Critical Review.” Materials. Https://doi.org/10.3390/ma7010333.

Moreno-Piraján, Juan Carlos, and Liliana Giraldo. 2012. “Heavy Metal Ions Adsorption from Wastewater Using Activated Carbon from Orange Peel.” E-Journal of Chemistry 9 (2): 926–37. Https://doi.org/10.1155/2012/383742.

Sharma, Sanjay K. 2015. Heavy Metals in Water.

Singh, Santosh Bahadur, Mahesh Kumar Gupta, Neelam Shukla, Girdhari Lal Chaurasia, Satpal Singh, and Praveen Kumar. 2016. “WATER PURIFICATION : A BRIEF REVIEW ON TOOLS AND TECHNIQUES USED IN ANALYSIS , MONITORING AND ASSESSMENT OF WATER QUALITY” 2 (2): 95–102. Https://doi.org/10.18510/gctl.2016.229.

Unuabonah, Emmanuel I., Martins O. Omorogie, and Nurudeen A. Oladoja. 2019. Modeling in Adsorption: Fundamentals and Applications. Composite Nanoadsorbents. Elsevier Inc. Https://doi.org/10.1016/b978-0-12-814132-8.00005-8.

Worch, Eckhard. 2012. Adsorption Technology in Water Treatment – Fundamentals, Processes, and Modeling.

 

إزالة الروائح والتحكم بها من مياه الصرف الصحي

إزالة الروائح والتحكم بها من مياه الصرف الصحي

1.مقدمة

تحدث  داخل منظومة معالجة الصرف الصحي بدءا من خروج المياه الخام  من المنشأت ووصولها لمحطات الرفع والتي ترسلها لمحطات المعالجة وانتهاء بخروج المياه المعالجة العديد من التفاعلات البيولوجية والتي قد تتسبب احيانا في تولد انواع معينة من الروائح غير المرغوبة داخل المحطات .

من الأشياء الضرورية أيضا في منظومة الصرف الصحي التحكم في الروائح وخاصة عندما تزيد أطوال شبكات الصرف الصحي في المدن الكبيرة وتبعد محطات المعالجة عن نظم التجميع بمسافات طويلة مما يسبب روائح زائدة في مياه الصرف الصحي مما يستدعي إستخدام بعض الطرق للحد من مسببات الروائح والقضاء عليها .

مصدر الروائح في مشاريع معالجة مياه الصرف الصحي

يبين الجدول التالي المركبات والمصادر المسئولة عن تولد الروائح في مشاريع معالجة مياه الصرف الصحي.

جدول  1

المركبات والمصادر المسئولة عن تولد الروائح

المركبات

المصدر داخل مشروع المعالجة ميكانيكية التكون والانطلاق
الكبريت غير العضوي

كبريتيد الهيدروجين

احواض التحليل , الخزانات التي حدث بها تحلل لاهوائي) تعفن) , الحمأة الأختزال اللاهوائي للكبريتات أو الكبريتيد أو تكسير الاحماض الامينية المحتوية علي كبريت لاهوائيا.
الكبريت العضوي

المركبتانات- ايثيل المركبتان- وغيرها

 

ماء الصرف أو الحمأة التي تعرضت لظروف لاهوائية التكسير  الهوائي واللاهوائي للاحماض الامينية المحتوية علي كبريت
الكبريتيد العضوي

ثنائي ميثيل الكبريتيد – ثنائي ميثيل ثنائي الكبريتيد

التحلل البيولوجي للمخلفات السائلة بالكمر الأكسدة الهوائية للمركبتانات
النتروجين غير العضوي

الامونيا

 

التحلل البيولوجي للمخلفات السائلة بالكمر, هضم المخلفات الصلبة لاهوائيا, المعالجة القلوية للمخلفات التحلل اللاهوائي للنتروجين العضوي , التطاير عند حرارة ورقم هيدروجيني مرتفع
الأحماض الدهنية

حمض الخليك

حمض الببرونيك

 

الحمأة التي تعرضت لظروف لاهوائية التحلل اللاهوائي للحمأة بمساعدة البكتيريا المكونة للأحماض

ماخوذة من :

Verschueren(1983),WEF (1995),and WEF &ASCE(1998)

من اشهر الكيماويات المستخدمة في ازالة الروائح المركبات التالية:

  • الكلور (لاكسدة كبريتيد الهيدروجين )
  • ثانى اكسيد الكلور
  • فوق اوكسيد الهيدروجين
  • الاوزون
  • الكرومات
  • البرمنجنات
  • هيدروكسيد الصوديوم
  • الأوزون مع فوق اكسيد الهيدروجين
  • الفحم المنشط بطريقة الإمتزاز

١. إستخدام الكلور

هى من أقدم الطرق وأكثرها كفاءة في عملية التحكم فى الرائحة ( إزالة الرائحة السمكية والعشبية وكبريتيد الهيدروجين) ويستخدم الكلور فى عمليه التطهير وهى عملية مستخدمة في معالجة مياه الصرف الصحى بالمحطات فالكلور مادة  فعالة كيميائيا ولذلك فهى تؤكسد كثير من المركبات في مياه الصرف الصحى فقد تم دراسة التفاعل بين الكلور وكبريتيد الهيدروجين والأمونيا في أبحاث كثيرة ويحدث التفاعل الاتى بين تفاعل الكلور مع كبريتيد الهيدروجين

H2S +4CL2 +4H2O → H2SO4+8HCL

ومن أهم الأدوار التي يلعبها الكلور في التحكم في الرائحة هي:

  • يعيق نمو الطبقات الطافية (طبقة طين لزجة Slime) في المجارى المائية.
  • يقضي على البكتريا التي تحول الكبريتات إلى الكبريتيد.
  • يقضي على كبريتيد الهيدروجين عند نقطة التطبيق.

ويستخدم هيبوكلوريت الصوديوم مثل الكلور في التحكم في الرائحة ونجد أن التفاعلات التى تحدث معه مثل التفاعلات مع الكلور.

٢. استخدام ثانى اكسيد الكلور

ويستخدم في عملية الكلورة لمنع تكون مركبات التراي هالوميثان ويستخدم لتوليده جهاز يتم تجهيزه في المكان المطلوب إضافة الكلور فيه للتعقيم وفى نفس الوقت المطلوب فيه للمعالجة، كما يستخدم في حالات التعامل مع الملوثات الصناعية وخاصة عندما يسبب الكلور مشاكل فى التفاعلات الجانبية.

ويتحدد مكان الحقن عند دخول المحطة بعد الترسيب وتستعمل بجرعات مناسبة للتحكم في الرائحة وعدم تكوين أيونات الكلوريت والكلورات الغير مرغوبة (الغير مستحبة).

٣. إضافة فوق اكسيد الهيدروجين

منذ عدة سنوات كان بيروكسيد الهيدروجين  H2O2 يستخدم كمادة مؤكسدة للتحكم في الرائحة ويتفاعل بثلاث طرق محتملة للتحكم في الرائحة:

-عملية الأكسدة

حيث يستخدم في أكسدة المركبات ذات الرائحة إلى مواد لا رائحة لها مثال ذلك هو تحويل كبريتيد الهيدروجين إلى مركبات الكبريتات وعمليا تكون الجرعة 2:1 أو 4:1 من البيروكسيد : الكبريتيد للتحكم في الرائحة.

-إنتاج الأكسجين

يعمل على منع تكوين المركبات المولدة للرائحة ، فيساعد إنتاج الأكسجين علي المحافظة على منظومة البكتريا الهوائية بالمعالجة البيولوجية.

-التأثير القاتل للبكتريا المختزلة للكبريتات

يعمل على قتل البكتريا المسببة للرائحة دون التأثير علي النشاط البيولوجى وعندئذ يتوقف توليد الرائحة ، ففي هذه الحالة يحتاج الي إضافة جرعة عالية من البيروكسيد ربما تكون غير مجدية اقتصاديا.

٤. غاز الأوزون

عامل مؤكسد قوى له تأثير فعال في إزالة الرائحة ، استخداماته محدودة بسبب ارتفاع درجة تركيزه الفعال الذي ربما يكون عالي التكلفة وذلك في حالة إستخدامه في محطات المعالجة الكبيرة، فهو يعمل جيدا عندما يستخدم لإزالة الروائح من الهواء والتي تتجمع فوق مصدر الروائح.

٥. الكرومات

يمكن أن تعيق أيوناته اختزال الكبريتات إلى كبريتيد وهذه الطريقة تتسب فى إنتاج معادن ثقيلة ضارة في الحمأة ومياه الصرف وربما يتسبب أيضا زيادة في الرائحة.

٦. البرمنجنات

عامل مؤكسد قوي استخدم قديما وهو يقضي على الكثير من المركبات العضوية الطبيعية المنشأ أو المنتجة بفعل الإنسان ويؤكسد أيضا الحديد والمنجنيز ومركبات الكبريتيد ويستخدم مع عمليات التهوية للتحكم في الرائحة والناتج النهائي هو أكسيد الحديد والمنجنيز الغير ذائب والذي يمكن إزالته بالترسيب وذلك قبل عمليات الترشيح.

٧. التحكم في الرقم الهيدروجينى (pH) لمنع الرائحة باستخدام هيدروكسيد الصوديوم

إن زيادة الرقم الهيدروجينى في مياه الصرف الى قيمة فوق ٩ يعمل على إيقاف العمليات الحيوية وعدم تكوين الطبقة البييولوجية Biological Slime وبذلك يتم إيقاف أو إعاقة زيادة الحمأة وبالتالي يتم إيقاف تكوين الكبريتيدات المسئولة عن الرائحة.

٨. استخدام الفحم المنشط بطريقة الإمتزاز

يستخدم الفحم المنشط للتخلص من المواد العضوية المسببة للرائحة وهو ليس مادة سامة عند استخدامها علي المدي البعيد في المعالجة، ويمكن وضعه عند أي نقطة من نقط المعالجة قبل الترشيح وتتراوح الجرعة من ١ الي 15 مللجم لكل لتر.

ويستخدم لها أجهزة حقن خاصة من أحواض يمزج فيها الفحم والماء مع استمرار التقليب بصفة مستمرة عند إضافة الجرعة لمنع التكتل وذلك في حالة استخدام الفحم البودرة ويمكن حساب جرعات الفحم مثل حسابات جرعات الشبة مع اختلاف تركيز الاحواض الخاصة بالفحم.

٩. استخدام الأوزون مع  فوق أكسيد الهيدروجين :(Pre-Ozone Process)

ويستخدم الأوزون مع فوق اكسيد الهيدروجين حيث أن مع اتحادهم مع بعض يعطي شق الهيدروكسيل الحر OH) ) , وهو عالي الكفاءة في تكسير المواد المسببة للرائحة مثل مادة (الجيوسمين mib  2- )  حيث أن تفاعل الأوزون وحده لا يكون كاملا للقضاء علي هذه المواد المسببة للرائحة كما أن هذه العملية فعالة أيضا في إزالة كثير من المواد العضوية الملوثة للمياه، وتستخدم هذه الطريقة أحيانا قبل عملية الترشيح.

 

 أحمد أحمد السروي

إستشاري معالجة المياه والدراسات البيئية

 

المراجع العلمية

  • دليل المتدرب ,البرنامج التدريبي لمشغلي محطات معالجة مياه الصرف الصحي المستوي د , برنامج اعتماد مشغلى مرافق مياه الشرب والصرف الصحى , الوكالة الأمريكية للتنمية الدولية, 2012.
  • احمد السروي , عمليات المعالجة الكيميائية لمياه الصرف الصحي , دار الكتب العلمية ,2016.