Очистка сточных вод методом адсорбции

1. Основы процесса адсорбционной очистки

Адсорбция широко применяется для глубокой очистки сточных вод от растворенных органических веществ после биохимической очистки, а также в локальных установках, если концентрация этих веществ в воде невелика и они биологически не разлагаются или являются сильнотоксичными. Применение локальных установок целесообразно, если вещество хорошо адсорбируется при небольшом удельном расходе адсорбента. Адсорбцию используют для обезвреживания сточных вод от фенолов, гербицидов, пестицидов, ароматических нитросоединений, ПАВ, красителей и др.

Адсорбция – один из наиболее эффективных методов глубокой очистки от растворенных органических веществ сточных вод предприятий целлюлозно-бумажной, химической, нефтехимической, текстильной и др. отраслей промышленности.

Достоинством метода является высокая эффективность, возможность очистки сточных вод, содержащих несколько веществ, а также рекуперации этих веществ.

Адсорбционная очистка сточных вод может быть регенеративной, т.е. с извлечением вещества из адсорбента и его утилизацией, и деструктивной, при которой извлеченные из сточной воды 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.

В качестве сорбентов используют активные угли, синтетические сорбенты и некоторые отходы производства (золу, шлаки, опилки и др.). Наиболее универсальным из адсорбентов являются активные угли.

Активные угли должны обладать определенными свойствами:

• 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 нм), чтобы их поверхность была доступна для больших и сложных органических молекул;

• при малом времени контакта с водой они должны иметь высокую селективность и малую удерживающую способность при регенерации;

• угли должны быть прочными и не подвергаться истиранию, быстро смачиваться водой, иметь определенный гранулометрический состав (используются мелкозернистые адсорбенты с частицами размером 0,25-0,5 мм и высокодисперсные угли с частицами размером менее 40 мкм);

• должны обладать малой каталитической активностью по отношению к реакциям окисления, конденсации и др., т.к. некоторые органические вещества, находящиеся в сточных водах способны окисляться и осмоляться. Эти процессы ускоряются катализаторами. Осмолившиеся вещества забивают поры адсорбента, что затрудняет его низкотемпературную регенерацию;

• должны иметь низкую стоимость, не уменьшать адсорбционную емкость после регенерации и обеспечивать большое число циклов работы.

Аппараты для сорбционной очистки сточных вод классифицируют по разным признакам:

по организации процесса: периодического и непрерывного действия;

по гидродинамическому режиму: аппараты вытеснения, смешения и промежуточного типа;

по состоянию слоя сорбента: с неподвижным, движущимся, пульсирующим, перемешиваемым и циркулирующим слоем;

по организации контакта взаимодействующих фаз: с непрерывным и ступенчатым контактом;

по организации направления движения фаз: с прямоточным противоточным и смешенным движением;

по конструкции: колонные и емкостные;

по способу подвода энергии – без энергии извне (гравитационное движение фаз) и с подводом энергии извне (принудительное движение твердой фазы.)

Процесс адсорбционной очистки сточных вод 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 с размерами частиц 0,1 мм и меньше. Процесс проводят в одну или несколько ступеней.

Статическая одноступенчатая адсорбция нашла применение в 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 С₁, фильтрованием, а сточные воды направляют во вторую ступень, куда вводится свежий адсорбент. По окончании процесса адсорбции во второй ступени концентрация загрязнений в воде уменьшается от С₁ до С₂ и т.д. до С_к (С_н и С_к – начальная и конечная концентрации загрязнений сточных вод).

Рис.II-29

В противоточной схеме адсорбент вводят однократно в последнюю ступень и он движется навстречу сточной воде (рис. II-30). По этой схеме процесс очистки ведут непрерывно при значительно меньшем расходе адсорбента, чем по схеме с последовательным введением сорбента. Однако эта установка дороже и сложнее в эксплуатации.

В динамических условиях процесс очистки проводят при фильтровании сточных вод через слой адсорбента. Скорость фильтрования зависит от концентрации растворенных веществ и колеблется от 2-4 до 5-6 м³/(м²ч). Вода в колонне движется снизу вверх, заполняя все сечение. Размер частиц адсорбента применяют в пределах 1,5-5 мм. При более мелком размере зерен возрастает сопротивление фильтрованию жидкости.

Уголь укладывают на слой гравия, расположенного на решетке. Во избежание забивки адсорбента сточные воды не должны 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. 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 40, 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.

Установки с псевдоожиженным слоем (периодического или непрерывного действия) целесообразно применять при высоком содержании взвешенных частиц в сточных водах. Размер частиц адсорбента при этом должен быть равен 0,5-1 мм. Скорость потока для указанных размеров частиц находится в пределах 8-12 м/ч.