Numerical modeling of kinetics of heavy metal sorption from polluted water

Abstract

Water protection is one of the most important priorities of environmental protection. It is necessary to reduce pollution of wastewater in order to reduce pollution of drinking-water and water pools. One of the most dangerous wastewater pollutants are heavy metals (HM). They have a negative influence on people and aquatic water systems. The paper analyses possibilities of the sorption method application for heavy metal elimination from wastewater. Experimental investigation of HM sorption from water and numerical modeling usage possibilities for prognosis of the HM sorption kinetic process was carried out as well as experimental study of HM elimination efficiency dependence on sorption time of HM from wastewater, when using sorbents. Two pseudo kinetic models, i e the pseudo first- and second-order models, were developed on the basis of experimental investigation. These models were applied in numerical modeling in the computer program PHOENICS. The results of the computer program PHOENICS and those of experimental investigation describing HM sorption from water were compared. After comparing the two pseudo models, it is determined that the pseudo second-order model suits better for HM sorption.

Vandens apsauga yra vienas iš svarbiausių aplinkos apsaugos prioritetų. Norint sumažinti vandens telkinių ir geriamojo vandens taršą, būtina mažinti išleidžiamų nuotekų užterštumą. Vieni iš pavojingiausių nuotekų teršalų – sunkieji metalai, galintys sukelti neigiamą poveikį žmonėms bei vandens ekosistemoms. Straipsnyje nagrinėjama sorbcinio metodo taikymo sunkiesiems metalams šalinti iš nuotekų galimybės, taip pat aprašomi sunkiųjų metalų sorbcijos iš vandens kinetikos tyrimai ir skaitinio modeliavimo taikymas sunkiųjų metalų sorbcijos iš vandens kinetikos proceso prognozei. Atlikti eksperimentiniai sunkiųjų metalų šalinimo iš nuotekų sorbentais efektyvumo priklausomybės nuo laiko tyrimai. Remiantis eksperimentinių tyrimų rezultatais, buvo sudaryti du pseudokinetiniai modeliai – pirmosios eilės ir antrosios eilės. Šie modeliai pritaikyti skaitiniame modeliavime, naudojant kompiuterinę programą PHOENICS. Atliekant skaitinį modeliavimą gauti sunkiųjų metalų sorbcijos iš vandens rezultatai palyginti su eksperimentinių tyrimų rezultatais. Palyginus abiejų pseudomodelių rezultatus nustatyta, kad pseudo- antrosios eilės modelis geriau atspindi sunkiųjų metalų sorbcijos iš vandens kinetiką.