مصدر كبريتيد الهيدروجين
يأتي كبريتيد الهيدروجين بشكل رئيسي من الجوانب التالية في أنظمة معالجة مياه الصرف الصحي:بيئة عمل المصانع الكيماوية ومصانع الأدوية: غالباً ما تنتج هذه المواقع الصناعية مياه صرف تحتوي على مركبات الكبريت، بما في ذلك كبريتيد الهيدروجين.
غرفة مضخة رفع مدخل المياه في محطة معالجة مياه الصرف الصحي: غالبًا ما تحتوي مياه الصرف الصحي العضوية وغاز العادم في غرفة مضخة رفع مدخل المياه على كمية كبيرة من كبريتيد الهيدروجين.
عملية الهضم اللاهوائي لحمأة خزان الترسيب الأولي: أثناء عملية الهضم اللاهوائي لحمأة خزان الترسيب الأولي، سيتم أيضًا إطلاق روائح مثل كبريتيد الهيدروجين.
عملية هضم الحمأة وتثبيتها: قد تتفاعل الأمونيا المنتجة أثناء عملية هضم الحمأة وتثبيتها مع مركبات أخرى لإنتاج كبريتيد الهيدروجين.
بالإضافة إلى ذلك، يرتبط تكوين كبريتيد الهيدروجين ارتباطًا وثيقًا بالكبريت العضوي والكبريت غير العضوي. يشتمل الكبريت العضوي على مركبات تحتوي على عناصر الكربون، مثل المركابتان، والثيوثيرات، وما إلى ذلك؛ بينما يشير الكبريت غير العضوي بشكل أساسي إلى المركبات غير العضوية مثل H2S، وSO2، وSO3، وما إلى ذلك. ومن الصعب عمومًا إزالة الكبريت العضوي، بينما من السهل نسبيًا إزالة الكبريت غير العضوي.
مبدأ الكربون المنشط لإزالة كبريتيد الهيدروجين
الكربون المنشط هو جزيء غير قطبي، ويتم تحقيق مبدأ إزالة كبريتيد الهيدروجين بشكل أساسي من خلال تفاعل تقليل الأكسجين. ردود الفعل المحددة هي كما يلي:H2S + O2 → S (صلب) + H2O + H2
بالإضافة إلى ذلك، يمكن أيضًا للكربون المنشط المشرب، وخاصة الكربون المنشط المشرب بهيدروكسيد البوتاسيوم (KOH) أو هيدروكسيد الصوديوم (NaOH)، إزالة كبريتيد الهيدروجين بشكل فعال في تفاعل التعادل. صيغة التفاعل هي كما يلي:
H2S + 2KOH (الكمية الكاملة) → K2S + 2H2O
ما هي العوامل التي تؤثر على كفاءة امتصاص الكربون المنشط؟
الحجم، CTC، كمية التشريب
الحجم: يؤثر حجم جزيئات الكربون المنشط على تدفقها في نظام المعالجة وكفاءة امتصاصها.CTC: كلما ارتفعت قيمة CTC، زادت مساحة السطح المحددة الظاهرة، وعادةً ما تكون كفاءة امتصاص الكربون المنشط أعلى.
كمية التشريب: ضبط كمية التشريب يمكن أن يغير أداء الامتزاز للكربون المنشط، ويمكن أن تؤدي كمية مناسبة من التشريب إلى تحسين كفاءة إزالة كبريتيد الهيدروجين.
الرطوبة النسبية
مع زيادة الرطوبة النسبية، يصبح الغشاء السائل المتكون على جهاز إزالة الكبريت أكثر سمكًا، وتزداد مقاومة نقل كتلة الغاز، وينخفض معامل الانتشار الفعال قليلاً، وينخفض ميل منحنى الاختراق. ومن ناحية أخرى، ينخفض معامل التعطيل وتزداد قدرة الكبريت العاملة. نظرًا لأن كمية أقل من الماء لا تكفي لتكوين طبقة مائية في مسام الكربون المنشط، أو لأن حجم طبقة الماء أصغر، يتم تقليل المواقع النشطة المقدمة للتفاعل.محتوى الأكسجين المناسب
ظروف التشغيل للممتز لامتصاص H2S هي محتوى الأكسجين 2%، ودرجة الحرارة 95 درجة، وسرعة الفضاء 1000-2000h-1. (1000-2000 متر مكعب في الساعة)في ظل محتوى الأكسجين المنخفض، فإن قدرة الامتزاز للممتزات ليست عالية. مع زيادة محتوى الأكسجين، تزداد قدرة الامتصاص. بعد الزيادة إلى 3.5%، فإن زيادة محتوى الأكسجين له تأثير أقل وأقل على قدرة الامتصاص؛ الامتزاز الجسدي هو السائد بين 20 و 70 درجة. الامتزاز الكيميائي هو السائد عند 70-95 درجة. يحدث الامتزاز الجسدي في درجات حرارة منخفضة. مع زيادة درجة الحرارة، ينخفض تأثير الامتزاز الفيزيائي، ويزيد تأثير الامتزاز الكيميائي تدريجياً، وتنخفض قدرة الامتصاص أولاً ثم تزيد؛ ومع زيادة سرعة الهواء، تقل قدرة الامتزاز على المادة المازة.
تأثير تركيز الغاز على امتصاص كبريتيد الهيدروجين
تركيز الكتلة مرتفع، ومعدل التفاعل العياني سريع، ومعدل ترسيب المنتج سريع. ولذلك، فإنه يقترب بسرعة من التشبع، بحيث لا يتم الاستفادة الكاملة من بعض المواقع النشطة. على العكس من ذلك، عندما يكون تركيز الكتلة منخفضًا، يتم التفاعل ببطء نسبيًا. يتم ترسيب الكبريت المنتج تدريجيًا، بحيث يتم الاستفادة من المواقع النشطة بالكامل، وبالتالي تكون قدرة الكبريت العاملة عالية.ما هو نوع الكربون المنشط الأكثر فعالية لإزالة H2S؟
يعد الكربون المنشط بالعمود أيضًا خيارًا شائعًا لإزالة كبريتيد الهيدروجين. الكربون المنشط العمودي لديه مساحة سطح محددة عالية وأداء امتصاص جيد، وهو مناسب لمعالجة كبريتيد الهيدروجين في مياه الصرف الصحي. معلماته عادة ما تكون على النحو التالي:
| البند | حبيبات الكربون المنشط |
| الحجم | 3 مم، 4 مم، 5 مم |
| كمية التشريب | 8-15% |
| لجنة مكافحة الإرهاب | ≥50% |
ولكن بالنسبة للكربون المنشط غير المشرب، فإن تأثير امتصاص H2S محدود. سيختار معظم العملاء الكربون المنشط المشرب بـ KOH أو الكربون المشرب بـ KI.
KOH الكربون المشرب
التفاعل الكيميائي الأساسي القوي يزيل H₂S. يتفاعل مباشرة مع H₂S لتكوين كبريتيد البوتاسيوم: 2KOH + H₂S → K₂S + 2H₂O
خصائصه:
• لا يعتمد على الأكسجين.
• رد الفعل سريع.
• يتم تحديد السعة حسب محتوى KOH.
KI الكربون المشرب
في وجود تحفيز KI، يؤكسد الأكسجين الموجود في الهواء H₂S إلى الكبريت العنصري:
H₂S + ½ O₂ → S + H₂O (المحفز KI)
خصائصه:
• تتطلب الأكسجين (≥2 كميات متكافئة)
• يمكنه معالجة H₂S + الكبريت العضوي (ميثانيثيول، ثيوإيثر)
• يتم التفاعل في مسام الكربون، حيث يترسب الكبريت على جدران المسام.
وفقًا للتكلفة، غالبًا ما يتم اختيار الكربون المنشط المشرب بـ KOH.
حالة العميل: إزالة الكبريت من الغاز الحيوي للحصول على تركيز عالي من H₂S
يقوم أحد عملائنا بتشغيل منشأة لإنتاج الغاز الحيوي حيث يتراوح تركيز كبريتيد الهيدروجين (H₂S) في الغاز الحيوي الخام من 4000 إلى 8000 جزء في المليون. وكان مطلبهم هو خفض مستوى H₂S إلى أقل من 10 جزء في المليار من أجل حماية المعدات النهائية وتلبية المعايير البيئية والتشغيلية الصارمة.
وبعد تقييم تركيبة الغاز وهدف الأداء للعميل، أكدنا أن نظام الكربون المنشط أحادي المرحلة لن يكون كافيًا. لا يستطيع الكربون المنشط وحده التعامل مع مثل هذا الحمل العالي من الكبريت في خطوة واحدة. بدلاً من ذلك، أوصينا بعملية إزالة الكبريت على مرحلتين لضمان الإزالة الفعالة وعمر الخدمة الطويل للمادة المازة.
يتضمن الحل الموصى به مرحلتين متتاليتين:
المرحلة الأولى: وسائط إزالة الكبريت من أكسيد الحديد أو أكسيد الزنك لإزالة غالبية H₂S من 4000-8000 جزء في المليون نزولاً إلى مستوى أقل بكثير. تمتص هذه المرحلة الجزء الأكبر من حمولة الكبريت وتمنع التحميل الزائد على وسائط التلميع.
المرحلة الثانية: الكربون المنشط المشرب بـ KI/KOH كطبقة تلميع. يمتص هذا الكربون الحفاز المتخصص ويؤكسد ما تبقى من H₂S بكفاءة، مما يسمح بتركيز المخرج النهائي بالوصول إلى أقل من 10 جزء في البليون.
بعد تنفيذ نظام المرحلتين، حقق العميل أداءً مستقرًا وعمرًا أطول للوسائط وحماية موثوقة لمعداته. وكانت النتيجة حلاً فعالاً من حيث التكلفة وسليمًا من الناحية الفنية يلبي جميع المتطلبات التشغيلية.
