Адсорбция как метод очистки сточных вод Принцип работы и аппаратурное оформление

Адсорбция как метод очистки сточных вод. Принцип работы и аппаратурное оформление

Адсорбционные методы применяются для очистки сточных вод от растворенных органических веществ после биохимической очистки, а также в локальных установках, если концентрация этих веществ в воде невелика и они биохимически не разлагаются или являются сильнотоксичными. Применение локальных установок целесообразно, если вещество хорошо адсорбируется при не­большом-удельном расходе адсорбента.

Сущность метода. Адсорбция — это процесс поглощения вещества из раствора поверхностью твердого тела (адсорбента). Адсорбция может быть физическая и химическая (хемосорбция). При физической адсорбции взаимодействие между адсорбентом и сорбируемым веществом осуществляется за счет сил межмолеку­лярного взаимодействия (сил Ван-дер-Ваальса). При физической адсорбции возможен обратный процесс — десорбции. При хемо- сорбции происходит химическое взаимодействие между сорбентом и сорбируемым веществом.

Процесс адсорбции складывается из трех стадий: перенос вещества из раствора к поверхности зерен адсорбента (внешне- диффузионная область), перенос вещества внутри зерен адсор­бента (внутридиффузионная область).

Адсорбционная очистка вод может быть регенеративной, то есть с извлечением вещества из адсорбента и его утилизацией, и деструктивной, при которой извлеченные из сточных вод вещества уничтожаются вместе с адсорбентом. Эффективность адсорбцион­ной очистки достигает 80-95% и зависит от химической природы ад­сорбента, величины адсорбционной поверхности и ее доступности, от химического строения вещества и его состояния в растворе.

Адсорбцию используют для обезвреживания сточных вод от фенолов, гербицидов, пестицидов, ароматических нитросоедине- ний, ПАВ, красителей и др. Достоинством метода является высо­кая эффективность, возможность очистки сточных вод, содержа­щих несколько веществ, а также рекуперации этих веществ.

Адсорбенты. В качестве сорбентов используют активные угли, синтетические оорбент-м-некоторые отходы производства- (золу, шлаки, опилки и др.). Минеральные сорбенты — глины, сили- кагели, алюмогели и гидроксиды металлов для адсорбции различ­ных веществ из сточных вод используют мало, так как энергия взаимодействия их с молекулами воды велика — иногда превышает энергию адсорбции. Наиболее универсальными из адсорбентов являются активные угли, однако, они должны обладать опреде­ленными свойствами.

Активные угли должны слабо взаимодействовать с молеку­лами воды и хорошо — с органическими веществами. При малом времени контакта с водой они должны иметь высокую адсорбцион­ную емкость, высокую селективность и малую удерживающую спо­собность при регенерации.

Адсорбционная способность активных углей является след­ствием сильно развитой поверхности и пористости. Угли должны обладать малой каталитической активностью по отношению к ре­акциям окисления, конденсации и др., так как некоторые органиче­ские вещества, находящиеся в сточных водах, способны окислять­ся в присутствии катализатора. Они должны иметь низкую стои­мость, не уменьшать адсорбционную емкость после регенерации и обеспечивать большое число циклов работы.

Скорость процесса адсорбции зависит от концентрации, при­роды и структуры растворенных веществ, температуры воды, вида и свойств адсорбента. В общем случае процесс адсорбции скла­дывается из трех стадий: переноса вещества из сточной воды к поверхности зерен адсорбента (внешнедиффузионная область), собственно адсорбционный процесс, перенос вещества внутри зе­рен адсорбента (внутридиффузионная область).

Адсорберы. Применяются адсорберы различных типов (рис. 5.1). В цилиндрическом одноярусном адсорбере (рис. 5.1, а) активный уголь через воронку по трубе непрерывно поступает под распределительную решетку, диаметр отверстий которой ра­вен 5-10 мм. Сточная вода захватывает зерна адсорбента и про­ходит вместе с ними через отверстия решетки. Над решеткой об­разуется псевдоожиженный слой, в котором идет процесс очист­ки. Избыток угля поступает в сборник и далее на регенерацию. Очищенную воду отводят через желоба в верхней части колонны. Уносимые частицы угля попадают в тот же сборник.

В одноярусном адсорбере с выносным смесителем (рис. 5.1, б) уголь поступает в смеситель, снабженный лопастной мешалкой, совершающей 40-60 об/мин. Туда же подают сточную воду. Из смесителя суспензию угля с водой Песковым насосом перекачива­ют в адсорбционную колонну.

Рис. 5.1. Схемы адсорберов: а — цилиндрический одноярусный: 1 — колонна; 2 — воронка;

3 — труба; 4 — решетка; 5 — сборник; б — одноярусный с выносным смесителем: 1 — смеситель;

2- насос; 3 — колонна; 4 — сборник; в — трехярусный: 1 — колонна; 2 — решетка; 3 — трубка для перемещения абсорбента; 4 — сборник

Адсорбер может представлять собой бак, внутри которого имеется усеченная пирамида квадратного сечения. Суспензию уг­ля с водой подают внутрь пирамиды, где возникает псевдоожи- женный слой. Избыток угля оседает в пространстве меяеду стенка­ми бака.

Более сложную конструкцию представляет собой трехъярус­ный адсорбер с переливными трубками (см. рис. 5.1, в). Псевдо- ожиженный слой возникает над тарелками (типа колпачковых). Ярусы соединены между собой коническими трубками. Широкая часть трубок выступает над тарелкой на высоту, соответствующую верхней границе псевдоожиженного слоя, а узкий конец трубок по­гружен в нижний псевдоожиженный слой. Сверху в колонну подают 15-20%-ю угольную суспензию, а снизу — сточную воду. Избыток угля отводят в сборник.

Адсорбционные установки. Процесс адсорбционной очи­стки сточной воды ведут при интенсивном перемешивании адсор­бента с водой, при фильтровании воды через слой адсорбента или в псевдоожиженном слое на установках периодического и непре­рывного действия. При смешивании адсорбента с водой использу­ют активный уголь в виде частиц 0,1 мм и меньше.

Процесс прово­дят в одну или несколько ступеней (рис. 5.2).

Статическая одноступенчатая адсорбция нашла применение в тех случаях, когда адсорбент очень дешев или является отходом производства. Более эффективно (при меньшем расходе адсор­бента) процесс протекает при использовании многоступенчатой установки. При этом в первую ступень вводят столько адсорбента, сколько необходимо для снижения концентрации загрязнений от с_н до сц затем адсорбент отделяют отстаиванием или фильтровани­ем, а сточную воду направляют во вторую ступень, куда вводят свежий адсорбент.

В динамических условиях процесс очистки проводят при фильтровании сточной воды через слой адсорбента. Скорость фильтрования зависит от концентрации растворенных веществ и колеблется от 2-4 до 5-6 м 3 /(м 2 -ч). Вода в колонне движется снизу вверх, заполняя все сечение. Адсорбент применяют в виде частиц размером в пределах 1,5-5 мм. При более мелких зернах возрас­тает сопротивление фильтрованию жидкости. Уголь укладывают на слой гравия, расположенного на решетке. Во избежание забив­ки адсорбента сточная вода не должна содержать твердых взве­шенных примесей.

В одной колонне при неподвижном слое угля процесс очист­ки ведут периодически до проскока, а затем адсорбент выгружают и регенерируют. При непрерывном процессе используют несколько колонн (рис. 5.2, в). По такой схеме две колонны работают после­довательно, а третья отключена на регенерацию. При проскоке в средней колонне на регенерацию отключают первую колонну.

В момент проскока в колонне появляется слой адсорбента высотой L, который не работает. Этот слой называют «мертвым» слоем. Если одновременно выводить из колонны «мертвый» слой и вводить в нее такой же слой свежего адсорбента, то колонна бу­дет работать непрерывно. Для подачи адсорбента имеются специ­альные дозаторы.

Для регенерации углей может быть использована и экстрак­ция (жидкофазная десорбция) органическими низкокипящими и легко перегоняющимися с водяным паром растворителями. При регенерации органическими растворителями (метанолом, бензо­лом, толуолом, дихлорэтаном и др.) процесс проводят при нагре­ вании или без нагревания. По окончании-десорбции остатки рас­творителей из угля удаляют острым паром или инертным газом. Для десорбции адсорбированных слабых органических электроли­тов их переводят в диссоциированную форму. При этом ионы пе­реходят в раствор, заключенный в порах утя, откуда их вымывают горячей водой, раствором кислот (для удаления органических ос­нований) или раствором щелочей (для удаления кислот).

рисунок 5.2 схема адсорбционных установок:

а – с последовательным введением адсорбента. 2 – отстойники. б с противоточном введением адсорбента. 1- сместители. 2отстойники. 3- приемнике адсорбента. 4- насосы. в – непрерывного действия. 1 – усреднитель. 2- насос. 2- фильтр. 4- S- колонны 7 – емкость.

Источник

Экология СПРАВОЧНИК

Адсорбционные методы применяются при глубокой очистке сточных вод от органических веществ, содержащихся в небольших концентрациях (обычно до 1000 мг/л). Адсорбцию используют для извлечения из сточных вод цен-ных продуктов и уменьшения потерь производства (локальные регенеративные адсорбционные установки), для удаления из сточных вод токсичных веществ, препятствующих биологической очистке общезаводских промышленных сточных вод (локальные, групповые и общезаводские, деструктивные предочист-ные адсорбционные установки, после которых промышленные сточные воды в смеси с бытовыми поступают на сооружения для биологической очистки). Адсорбцию используют также для доочистки биологически очищенных сточных вод, в особенности в тех случаях, когда очищенные сточные воды используются для подпитки систем оборотного промышленного водоснабжения.[ . ]

Адсорбционные установки. Процесс адсорбционной очистки сточной воды ведут при интенсивном перемешивании адсорбента с водой, при фильтровании воды через слой адсорбента или в псевдоожиженном слое на установках периодического и непрерывного действия. При смешивании адсорбента с водой используют активный уголь в виде частиц 0,1 мм и меньше. Процесс проводят в одну или несколько ступеней.[ . ]

Адсорбционная очистка. Этот метод используют для локальной очистки сточных вод от токсичных биологически жестких органических веществ, т. е. трудно поддающихся бактериальной атаке. Этот метод также применяют при так называемой независимой технологии (от биохимической) физико-химической очистки, Адсорбционный метод обеспечивает глубокую очистку вод замкнутого водопотребления и доочистку сточных вод от органических веществ. Перед адсорбционной очисткой сточные воды предварительно обрабатывают на установках реагентной напорной флотации или фильтрации, т. е. адсорбционная установка должна находиться в конце технологической схемы очистки сточных вод.[ . ]

Адсорбционные установки с отгонкой адсорбированного продукта паром применяют для очистки сточных вод от сероуглерода, нитробензола и нитрохлорбензола. В промышленных условиях эксплуатируются адсорбционные установки для очистки от нитрофенола и трихлорфенола, в которых для регенерации угля используется щелочь.[ . ]

Адсорбционные локальные установки для очистки сточных вод. Адсорбционные локальные установки для очистки сточных вод, как правило, состоят из одной или нескольких колонн, загруженных гранулированным активным углем, которые включены последовательно. Одна из колонн установки находится на регенерации. После проскока загрязнения в фильтрат первая по движению воды колонна отключается на регенерацию, а в конец блока подключается колонна со свежеотрегенерирован-ным активным углем . Общая длина слоя активного угля в работающем блоке колонн не должна быть меньше 3 м (оптимальная длина слоя угля в блоке колонн 4,5—6 м). Установки различаются методом регенерации. При регенерации активного угля отгонкой адсорбированных веществ водяным паром схема не отличается от адсорбционного узла описанной выше локальной установки для очистки сточных вод производства хлорированных углеводородов. Пар, поступающий в колонну, отводится в холодильник. Конденсат в сепараторе разделяется на органическую фазу, которая утилизируется, и на водный слой, который присоединяется к грязной сточной воде, поступающей на очистку.[ . ]

Адсорбционные методы очистки промышленных сточных вод могут быть экономически целесообразными лишь при условии многократного использования адсорбентов. Поэтому необходимым элементом любой технологической схемы адсорбционной очистки сточных вод является регенерация адсорбента после насыщения его веществами, извлеченными из сточных вод.[ . ]

Адсорбционные методы широко применяют для глубокой очистки сточных вод от растворенных органических веществ и нефтепродуктов после биохимической очистки, а также в локальных установках, если концентрация этих веществ в воде невелика и они биологически не разлагаются или являются сильно токсичными. Применение локальных установок целесообразно, если вещества хорошо адсорбируются при небольшом удельном расходе адсорбента.[ . ]

Из сточных вод адсорбционным методом удаляются различные органические загрязнения: СПАВ (моющие, эмульгаторы и т. п.), прямые красители и ряд других. Очистка осуществляется чаще всего путем фильтрования воды через колонны, загруженные слоем адсорбента. Адсорбционная очистка сточных вод может быть регенеративной, т. е. с извлечением вещества из адсобента и его утилизацией, и деструктивной, при которой извлеченные из стоков загрязнения уничтожаются как не представляющие технической ценности.[ . ]

При адсорбционной очистке сточных вод, содержащих смесь нескольких веществ, способных извлекаться активированным углем, наибольшее использование емкости угля достигается в таких условиях, когда все присутствующие в растворе вещества практически одновременно насыщают адсорбент и переходят в фильтрат.[ . ]

Для очистки сточных вод, содержащих смеси различных ПАВ суммарной концентрации до 200—250 г/м3, а также взвешенные вещества, коллоидные примеси и небольшие количества красителей, наиболее эффективным оказывается сочетание процессов пенной сепарации и адсорбционного извлечения ПАВ из пеноконденсата.[ . ]

При очистке сточных вод могут быть использованы методы пенного фракционирования, макро- и микрофлотации, осадительной флотации, молекулярной флотации и адсорбционной коллоидной флотации.[ . ]

Для адсорбционной очистки сточных вод на различных установках, помимо аппаратов с движущимся слоем, используются аппараты с неподвижным или псевдо-ожиженным слоем, а также целые комплексы сооружений при очистке воды порошкообразным активным углем. Естественно, применение того или иного вида аппаратурного оформления адсорбционного процесса, как и метода регенерации отработанного активного угля, может вносить определенные изменения в последовательность отдельных технологических операций (например, при использовании аппаратов с псевдоожиженным слоем или в случае применения порошкообразных углей стадия фильтрования является заключительным этапом обработки воды), однако в целом технологическая схема глубокой очистки сточных вод не претерпевает существенных изменений.[ . ]

Перед адсорбционной очисткой сточные воды следует подвергнуть предварительной обработке на установках реагентной напорной флотации или фильтрации, т.е. адсорбционная установка должна находиться в конце технологической схемы очистки сточных вод (отстойники, нефтеловушки — сатураторы, флотаторы — кварцевые фильтры и т.д.).[ . ]

Перед адсорбционной очисткой сточных вод их следует подвергнуть предварительной обработке. Как показали исследования, наиболее целесообразной предварительной обработкой является реагентная напорная флотация или фильтрация. Применение того или иного способа обработки сточных вод на нефтеперерабатывающем заводе должно предусматривать снижение содержания нефти и механических примесей в стоках перед подачей их на адсорбционные установки до 30 и 60 мг/л, так как они вызывают потерю напора в адсорберах, загрязнение и закупоривание пор адсорбента [70]. Следовательно, адсорбционная установка должна находиться в конце технологической схемы очистки сточных вод (нефтеловушки — флотаторы, кварцевые фильтры и т. д.).[ . ]

Методы адсорбционной деструктивной очистки сточных вод нашли применение в анилинокрасочной промышленности и па предприятиях тонкого органического синтеза. Это обусловлено тем, что предприятия анилинокрасочной промышленности в большинстве случаев состоят из комплекса относительно небольших и часто разнородных, но многочисленных производств, характеризующихся переменным ассортиментом продукции.[ . ]

Очистка сточных вод методом адсорбции основана на том, что растворенные в них вещества адсорбируются на поверхности адсорбента. Различают адсорбцию в статических и динамических условиях. Адсорбцией в динамических условиях называется процесс, протекающий на поверхности адсорбционного фильтра при прохождении через него воды.[ . ]

Большую роль адсорбционные явления играют в процессе биологической очистки сточных вод. В любом очистном сооружении — на полях орошения, полях фильтрации, на биофильтрах, биоокислителях, в аэротенках и метантенках — первым этапом очистки является адсорбция загрязняющего воду вещества активным илом, активной пленкой или септическим илом. И только вторым этапом является его разрушение (минерализация).[ . ]

Источник

АДСОРБЦИОННЫЕ МЕТОДЫ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД

Обсуждаются сорбционные и ионообменные методы очистки стоков, диапазон концентраций загрязнителей для адсорбционного способа. Обсуждаются ряд сорбентов. Процессы регенерации.

Ключевые слова: очистная система, очистные сооружения, сорбент, сорбция, очистка стоков , ионит, катионит, анионит, амфолит, сорбат, регенерация

Известно, что адсорбционные методы применяют в водоподготовке, в водоочистке для глубокой очистки сточных вод от растворенных органических веществ после биологической очистки, в локальных установках по очистке стоков, если концентрация этих веществ в воде невелика и они биологически не разлагаются или являются сильнотоксичными и в гидрометаллургии. Верхний предел применения сорбционных методов 1000 мг/л. Нижний предел применения 5 мг/л. Применение локальных установок считается целесообразным, если вещество хорошо адсорбируется при небольшом удельном расходе адсорбента, а концентрация загрязнителя приближается к верхнему пределу. Системы сорбционной доочистки работают при низких концентрациях загрязнителя (до 100 мг/л), высокой линейной скорости стока и высоких коэффициентах распределения сорбата в сорбенте по сравнению с раствором. Применяют сорбцию для обезвреживания сточных вод от фенолов, гербицидов, пестицидов, ароматических нитросоединений, ПАВ, красителей, тяжелых металлов и др. Достоинством метода является высокая эффективность, возможность очистки сточных вод содержащих ряд токсичных веществ, а также для извлечения и рекуперации этих веществ. На рынке есть самые разнообразные сорбенты. Адсорбционная очистка сточных вод может быть регенеративной, с извлечением вещества из адсорбента и его утилизацией. Она может быть деструктивной, при которой извлеченные из сточных вод вещества уничтожаются вместе с адсорбентом. Эффективность адсорбционной очистки стоков достигает 80-95% и зависит от химической природы адсорбента, величины адсорбционной поверхности и ее доступности, от химического строения вещества-загрязнителя и химической формы его нахождения в среде. Мы применяем преимущественно регенеративную сорбционную очистку стоков, с оригинальными методами регенерации и элюирующими средами.

Адсорбенты

В качестве сорбентов используют самые разные вещества: активные угли, синтетические сорбенты и некоторые отходы производства (золу, шлаки, опоки, опилки и др.). Минеральные сорбенты — глины, силикагели, алюмогели и гидроксиды металлов применяют для адсорбции различных веществ из сточных вод сравнительно редко, так как энергия взаимодействия их с молекулами воды велика и иногда превышает энергию адсорбции. Наиболее универсальными из адсорбентов являются активные угли, однако они должны обладать определенным комплексом свойств. Активные угли должны слабо взаимодействовать с молекулами воды и хорошо — с органическими веществами, быть относительно крупнопористыми (с эффективным радиусом адсорбционных пор в пределах 0,8-5,0 им, или 8-50 А), чтобы их поверхность была доступна для органических молекул. При малом времени контакта со сточной водой они должны иметь высокую адсорбционную емкость, высокую селективность и малую удерживающую способность при регенерации. При соблюдении последнего условия затраты на реагенты для регенерации угля будут небольшими. Угли должны быть механически прочными, быстро смачиваться стоком, иметь монодисперсный гранулометрический состав. В процессе очистки стоков используют мелкозернистые адсорбенты с частицами размером 0,25-0,5 мм и высокодисперсные угли с частицами размером менее 40 мкм. Угли должны обладать малой каталитической активностью по отношению к реакциям окисления, конденсации и др., так как некоторые органические вещества, находящиеся в сточных водах, способны окисляться и осмолятся при прохождении стока. Эти процессы ускоряются катализаторами. Осмелившиеся вещества забивают поры адсорбента, что затрудняет его низкотемпературную регенерацию. Наконец, они должны иметь низкую стоимость, не уменьшать адсорбционную емкость после регенерации и обеспечивать большое число циклов работы. Сырьем для активных углей может быть практически любой углеродсодержащий материал: уголь, древесина, полимеры, отходы пищевой, целлюлозно-бумажной и других отраслей промышленности. Адсорбционная способность активных углей является следствием сильно развитой поверхности и пористости. Карбохромы и карбопаки представляют собой гранулированные углеродные сорбенты. Они относятся к широкопористым материалам, их удельная поверхность от 10 до 100 м 2 /г (А.В.Киселев, Д.П.Пошкус, Я.И.Яшин Молекулярные основы адсорбционной хроматографии.-М.:Химия, 1980). Они обладают высокой сорбционной способностью, механически прочны, но настолько дороги, что применяются только в хроматографии. В очистке сточных вод до сих пор применяют угли, хотя созданы гораздо более эффективные материалы.

Основы процесса адсорбции

Вещества, хорошо адсорбируемые из сточных вод активными углями, имеют выпуклую изотерму адсорбции, а плохо адсорбирующиеся — вогнутую. Изотерму адсорбции вещества, находящегося в сточной воде, определяют опытным путем. Если в сточной воде присутствует несколько компонентов, то для определения возможности их совместной адсорбции для каждого вещества находят значение стандартной дифференциальной свободной энергии и определяют разность между максимальным и минимальным значением. Если разница больше некоторого критического значения, совместная адсорбция всех компонентов возможна. Если это условие не соблюдается, то очистку проводят последовательно в несколько ступеней. Скорость процесса адсорбции зависит от концентрации, природы и структуры растворенных в стоке веществ, температуры воды, вида и свойства адсорбента. В общем случае процесс адсорбции складывается из трех стадий: переноса вещества из сточной воды к поверхности зерен адсорбента (внешнедиффузионная область), собственно адсорбционный процесс, перенос вещества внутри зерен адсорбента (внутридиффузионная область). Принято считать, что скорость собственно адсорбции велика и не лимитирует общую скорость процесса. Следовательно, лимитирующей стадией может быть внешняя либо внутренняя диффузия. В некоторых случаях процесс лимитируется обеими этими стадиями. Во внешнедиффузионной области скорость массопереноса в основном определяется интенсивностью турбулентности потока, которая в первую очередь зависит от скорости жидкости. Во внутридиффузионной области интенсивность массопереноса зависит от вида и размеров пор адсорбента, от форм и размера его зерен, от размера молекул адсорбирующихся веществ, от коэффициента массопроводности. Учитывая все эти обстоятельства, определяют условия, при которых адсорбционная очистка сточных вод идет с оптимальной скоростью. Процесс целесообразно проводить при таких гидродинамических режимах, чтобы он лимитировался во внутридиффузионной области, сопротивление которой можно снизить, изменяя структуру адсорбента и уменьшая размеры зерна. Для ориентировочных расчетов рекомендуется принимать следующие значения скорости и диаметра зерна адсорбента: скорость 1,8 м/ч и размер частиц 2,5 мм. При значениях меньше указанных, процесс лимитируется по внешнедиффузионной области, при больших значениях — во внутридиффузионной.

Адсорбционные установки

Процесс адсорбционной очистки сточной воды ведут при интенсивном перемешивании адсорбента с водой, при фильтровании воды через слой адсорбента или в псевдоожиженном слое на установках периодического и непрерывного действия. При смешивании адсорбента со сточной водой используют активный уголь в виде частиц 0,1 мм и меньше. Процесс проводят в одну или несколько ступеней. Сверху подают 15-20%-ю угольную суспензию, а снизу сточную воду. Избыток угля отводят в сборник.

Мы производим и поставляем безнапорные сорбционные модули Альфа-7ХС, а также различные напорные фильтра. Безнапорные адсорберы имеют удобную верхнюю загрузку, что является преимуществом при сильной загрязненности стоков, когда нужно провести глубокую регенерацию сорбента.

Регенерация адсорбента

Важнейшей стадией процессаад­сорбционной очистки стока является регенерация активного угля. Адсорбированные вещества из угля извлекают десорбцией насыщенным или перегретым водяным паром либо нагретым инертным газом. Температура перегретого пара при этом (при избыточном давлении 0,3-0,6 МПа) равна 200-300 °С, а инертных: газов 120-140 °С. Расход пара при отгонке легколетучих веществ равен 2,5-3 кг на 1 кг отгоняемого вещества, для высококипящих в 12,5-30 кг. После десорбции пары конденсируют и вещество извлекают из конденсата. Для регенерации углей может быть использована и экстракция (жидкофазная десорбция) органическими низкокипящими и легко перегоняющимися с водяным паром растворителями. При регенерации органическими растворителями (метанолом, бензолом, толуолом, дихлорэтаном и др.) процесс проводят при нагревании или без нагревания. По окончании десорбции остатки растворителей из угля удаляют острым паром или инертным газом. Для десорбции адсорбированных слабых органических электролитов их переводят в диссоциированную форму. При этом ионы переходят в раствор, заключенный в порах угля, откуда их вымывают горячей водой, раствором кислот (для удаления органических оснований) или раствором щелочей (для удаления кислот). При этом за счет ионизации молекулы сорбата получают заряд и за счет этого десорбируются. В некоторых случаях перед регенерацией адсорбированное вещество путем химического превращения переводят в другое вещество, которое легче извлекается из адсорбента. В том случае, когда адсорбированные вещества не представляют ценности, проводят деструктивную регенерацию химическими реагентами (окислением хлором, озоном или термическим путем). Термическую регенерацию проводят в печах различной конструкции при температуре 700-800°С в бескислородной среде. Регенерацию ведут смесью продуктов горения газа или жидкого топлива и водяного пара. Она связана с потерей части углеродного сорбента (15-20%). Разрабатываются биологические методы регенерации углей, при которых адсорбированные вещества биохимически окисляются. Этот способ регенерации значительно удлиняет срок использования сорбента, но длителен и трудоемок.

Примеры адсорбционной очистки

Адсорбционная очистка сточных вод от нитропродуктов, содержание которых в воде находится в пределах 1400 мг/л, производят углями КАД до остаточного их содержания не более-20 мг/л. Уголь регенерируют растворителями (бензолом, метанолом, этанолом, метиленхлоридом). Растворитель и нитропродукты разделяют перегонкой. Остатки растворителя из угля удаляют острым паром. Для извлечения фенолов из сточных вод используют активные угли различных марок. Высокой поглотительной способностью обладают селективные сильнокарбонизированные малозольные угли с высокой пористой структурой, а также угли марок ИГП-90, КАД (йодный), БАУ, ОУ (сухой), АГ-3, АП-3. Степень извлечения фенолов этими углями изменяется от 50 до 99%. Сорбционная емкость уменьшается с повышением рН среды и при рН=9 составляет 10-15%. При концентрации фенолов до 0,5 г/л величина адсорбции соответствует экспонентной зависимостью. Регенерацию углей проводят термическим способом в многоподовых печах или печах с кипящим слоем при температуре 870-930 °С. При этом теряется 10-15% адсорбента. При регенерации углей растворителями (этиловым эфиром, бензолом, щелочью) регенерация достигает соответственно 85, 70 и 37%. Возможно удаление фенолов из углей и аммиачной водой.

В некоторых случаях очистку сточных вод от фенолов возможно проводить с применением таких сорбентов, как диатомиты, трепел, шлаки, кокс, торф, силикагель, кварцевый песок, керамзит, керамикулит и др. Однако адсорбционная емкость их мала. Для силикагеля она составляет 30%, а для полукокса всего 6%. Практически полной дефенолизации сточных вод добиваются, используя в качестве сорбента сульфат железа, модифицированный полиакриламидом и карбоксиметилцеллюлозой. Лигнин, пропитанный хлорным железом, способен сорбировать до 92% -фенола при концентрации последнего 3-9 мг/л. Активные угли в виде порошков применимы для удаления из воды хлорорганических пестицидов до их остаточной концентрации 10 -б мг/л. Наибольшую емкость имеют угли ОУ-А, КАД, БАУ, СКТ. Адсорбционная очистка сточных вод производства инсектицидных препаратов «Прима-7» и «Дихлофос» от токсичных компонентов до предельно допустимых концентраций достигается при удельном расходе угля АГ-3 -0,06 г/л и скорости фильтрования 2 м/ч. Для удаления небольших количеств ПАВ из сточных вод (не более 100—200 мг/л) используют адсорбционную очистку активными углями АГ-5 и БАУ, адсорбционная емкость которых по ОП-10 15%. Кроме того, можно применять активный антрацит (емкость — 2%) и природные сорбенты (торф, глины, бурые угли и др.), а также шлак и золу, сорбционная емкость которых зависит от рН среды. Например, анионные ПАВ сорбируются шлаком лучше всего в нейтральной среде. Наиболее эффективно процесс протекает в случае, если ПАВ находится в растворе в виде мицелл. Процесс очистки проводят в фильтрационных колонках с неподвижным слоем угля, пропуская воду снизу вверх со скоростью 2-6 м/с. Предварительно из воды должны быть удалены взвешенные вещества. Регенерацию углей проводят горячей водой, водными растворами кислот (для удаления катионообменных ПАВ) или щелочей (для удаления анионоактивных ПАВ), а также органическими жидкостями, растворяющими ПАВ. Для адсорбции ПАВ могут быть использованы осадки гидроксидов алюминия и железа, сульфиды меди и фосфаты кальция, которые образуются при добавлении в сточную воду коагулянтов. Свежевыделенные гидроксиды имеют крупнопористую структуру. Удельная поверхность их пор составляет 100-400 м 2 /г. При изучении процесса адсорбции ОП-7 гидроксидом алюминия установлено, что изотермы имеют сложную кривую, состоящую из трех участков. При увеличении рН сточной воды сорбция ОП-7 этим адсорбентом уменьшается. На адсорбцию также влияет содержание в сточной воде электролитов и масса сорбента. Введение в сточную воду полиакриламяда интенсифицирует процесс выпадения хлопьев гидроксидов и увеличивает их адсорбионную емкость. Преимущество углеродных сорбентов – сравнительно низкая стоимость. Недостаток их состоит в склонности к механическому разрушению, окисляемость. Угли плохо сорбируют полярные вещества. Гранулированные углеродные сорбенты имеют высокую стоимость. Низкая плотность и гидрофобность сильно осложняет укладку сорбента в слой, вследствие чего колонки с ними имеют низкое количество теоретических тарелок. В последние годы появились сорбенты, в которых сочетаются высокие сорбционные свойства, низкую стоимость, высокую плотность и способность сорбировать полярные вещества. В частности к ним относится сорбент ОДМ. Сорбент ОДМ — гранулированный фильтрующий материал терракотового цвета (светло-оранжевого) изготовленный из природного сырья, с содержанием основных компонентов: SiО2 до 84%; Fe ₂ О ₃ не более 3.2%; Al ₂ О ₃ , MgО, СаО — 8%. Токсичность водной вытяжки удовлетворяет санитарным требованиям.

Средняя насыпная масса, кг/м 3 : 680-720.

Удельная поверхность, м 2 /г: 120-180.

Полная сорбционная емкость, г/г: 1.3.

Условная механическая прочность, %: 0.85.

Общая пористость, %: 80.

Объем внутренних пор, см 3 /г: до 0.6.

Огнеупорность, оС: 1400.

Маслоемкость по нефтепродуктам, мг/г: 900.

Ионообменная емкость, мгэкв/г: до 1.2 по растворенным солям Cr, Ni и др. тяжелых металлов.

Источник



Адсорбционный метод очистки сточных вод гальванического производства

Сорбцией называют процесс поглощения твердым телом или жидкостью (сорбентом) какого-либо вещества из окружающей среды. Различают три основные разновидности сорбции – адсорбцию, абсорбцию и хемосорбцию.

Адсорбция – поглощение вещества из газовой или жидкой среды поверхностным слоем твердого тела или жидкости (адсорбента).

Абсорбция – поглощение какого-либо вещества из окружающей среды всей массой поглощающего тела (абсорбента). Абсорбция жидким абсорбентом какого-либо вещества из газовой смеси называется растворением. Абсорбция жидким абсорбентом какого-либо вещества из жидкой смеси называется экстракцией.

Хемосорбция – поглощение вещества поверхностью какого- либо тела (хемосорбента) в результате образования химической связи между молекулами вещества и хемосорбента.

Адсорбцию широко применяют для глубокой очистки сточных вод от растворенных органических веществ после биологической очистки, значительно реже – для очистки от ионов тяжелых металлов. Использование адсорбции для удаления гетерогенных примесей экономически не оправдано и не практикуется. Блок адсорбционной очистки, как правило, включают в схему на заключительной стадии обезвреживания воды, когда из неё отстаиванием, фильтрацией, коагуляцией уже удалена основная масса взвешенных частиц, эмульгированных смол и масел, и вода освобождена от крупных мицелл коллоидных систем.

Адсорбционная очистка эффективна во всем диапазоне концентраций примесей в воде, однако более всего её преимущества сказываются на фоне других методов очистки при низких концентрациях загрязнений. Основные области применения адсорбционных процессов в очистке воды – подготовка питьевой воды и доочистка сточных вод.

При адсорбции из растворов происходит поглощение адсорбентом как молекул загрязнения, так и воды. Кроме того, при очистке водных растворов происходит конкуренция двух видов межмолекулярных взаимодействий: гидратация молекул загрязнителя, т.е. взаимодействие их с молекулами воды в растворе, и взаимодействие молекул загрязнителя с адсорбентом.

Конкуренция процессов гидратации и адсорбции молекул загрязнителя и адсорбции молекул воды лежит в основе разграничения сорбентов для удаления из воды органических и неорганических веществ. Для адсорбции органических веществ применяют углеродные пористые материалы – активные угли, дробленые материалы различного органического происхождения: уголь, кокс, топливные шлаки, сорбенты на основе целлюлозы и резины, синтетические полимеры. Полярные гидрофильные материалы – иониты, глины, силикагели, алюмогель, цеолиты, оксиды и гидроксиды для адсорбции органических веществ малопригодны, так как величина энергии взаимодействия их с молекулами воды равна величине энергии сорбции молекул органических загрязнений или превышает её. Эти гидрофильные материалы используют для удаления из воды неорганических соединений, присутствующих в ней, как правило, в ионной форме.

Использование угля в очистке воды гальванического производства

Наиболее универсальными из адсорбентов являются активированные угли. С их помощью возможно практически полное удаление из растворов почти всех органических соединений, а при определенных условиях и эффективная очистка воды от некоторых токсичных ионов неорганических веществ, в том числе ионов тяжелых металлов. Сорбционная емкость активированного угля по отношению к ионам тяжелых металлов значительно повышается в том случае, если уголь гранулируется, а затем на его поверхность наносится активный компонент, состоящий из тиолтриазинового производного. Для приготовления такого адсорбента гранулированный активированный уголь перемешивают в растворе или суспензии тиолтриазинового производного и доводят pH смеси до величины >3 в водной фазе.

В качестве сорбента для извлечения ионов тяжелых металлов из сточных вод гальванических производств предлагается также использовать силикатный адсорбент, содержащий более 50 мас.% SiCh, например природный или синтетический цеолит. Обработку сточных вод проводят добавлением в неё цеолита при рН=5-9, образовавшийся осадок отделяют и высушивают. Вес адсорбента в осадке составляет 10-50 мас.%. Перед обработкой сточных вод цеолит хорошо измельчают для увеличения поверхности его контакта с жидкостью.

Использование адсорбентов

Для извлечения простых или комплексных ионов тяжелых металлов из сточных вод можно использовать адсорбент, получаемый путем нагревания органического гумуса (предпочтительно смешанного с поливинилацетатом или желатином) при 200-250 °С в течение 1 ч в присутствии формальдегида или его производных (параформальдегида, гексаметилентетрамина и др.). В качестве источника органического гумуса предлагается использовать продукт ферментативного разложения избыточного активного ила, образующегося в результате биохимической очистки сточных вод. Поливинилацетат или желатин от 1 до 50 мас.ч. на 100 мас.ч. гумуса являются связующими компонентами. Формальдегид или его производные используются в количестве 0,1-10 мас.ч. на 100 мас.ч. гумуса, причем наиболее предпочтительно применять их в виде водного раствора.

Удаление солей тяжелых металлов из сточных вод может быть осуществлено при смешении этих вод с порошкообразным неорганическим материалом и ПАВ с последующим обжигом полученной смеси при 1000-1300 °С. В качестве порошкообразного неорганического материала может быть использована глина, тальк или каолин. В результате такой обработки образуется твердый продукт, не выделяющий тяжелых металлов при выщелачивании. Так, водный раствор, содержащий 100 мг/л хрома (VI), обрабатывают смесью, состоящей из 93-94 мас.% глины, 5 мас.% бентонита (в качестве связующего) и 1-2 мас.% ПАВ. После фильтрации и сушки при комнатной температуре твердый продукт покрывают глазурью и подвергают обжигу при 1230 °С в электропечи. Полученный материал не выделяет хрома при контакте с водой.

В качестве адсорбента для очистки промывных хром содержащих вод предложено использовать фильтр с активированным углем. Сточные воды предварительно подкисляются до pH 1,5-2,0. Скорость фильтрации и pH среды меняются в зависимости от содержания Сг 6+ и составляют соответственно 7 м/ч и pH 2 при концентрации Сг 6+ до 5 мг/л и 0,1 м/ч и pH 1 при концентрации Сг 6+ до 150 мг/л. Регенерацию адсорбента производят раствором серной кислоты. При регенерации адсорбента 15 %-ным раствором NaOH элюат содержит ион СгС>4 2 ‘ в виде Na2Cr04. После регенерации адсорбент отмывают водопроводной водой до pH 7-8.

Калифорнийским технологическим институтом (США) запатентован магнитный сорбент для удаления ионов тяжелых металлов, а также анионов, таких как нитраты, фосфаты, бораты, фториды. Сорбент представляет собой гранулы магнетита, покрытые тонким слоем полисахарида, например, хитозана. Хитозан является отходом переработки устриц, крабов, омаров, раков. Для приготовления сорбента хитозан растворяют в разбавленной НС1 при pH 1-3 и к полученному раствору добавляют FeCh, а затем щелочь до pH 8-9. В результате образуются гранулы Рез04, покрытые слоем затвердевшего хитозана. Содержание железа в сорбенте 90 и более мас.%, размер полученных гранул от 100 до 1000 Ангстрем. Хитозан образует хелатные соединения с ионами тяжелых металлов и анионами при диспергировании сорбента в сточных водах и перемешивании в течение 1 ч. После этого сорбент может быть удален из сточных вод осаждением в магнитном поле.

Очистка сточных вод на гранулированных сорбентах проводится в адсорберах с плотным, взрыхленным, движущимся и псевдоожиженным слоем. Одно- и многослойные адсорберы с плотным слоем гранулированного активного угля работают с восходящим и нисходящим потоками воды, по параллельной и последовательной схемам.

Сорбцию загрязнений на пылевидных сорбентах ведут либо в аппаратах с перемешиванием воздухом или мешалкой, либо на намывных фильтрах. Во всех случаях могут применяться одна или несколько последовательных ступеней с неограниченным числом параллельных технологических линий.

На рис. 4.13 представлена принципиальная схема адсорбционной очистки сточных вод.

Рис. 4.13. Принципиальная схема сорбционной очистки сточных вод:

1-накопитель стоков, 2-насос, 3-механический фильтр, 4-адсорбер, 5-дозатор кислоты (pH 1,5-2,0 для очистки от ионов хрома).

Источник