32.Физико-химические методы очистки сточных вод. Адсорбционная очистка.

Физико-химическая очистка обеспечивает отделение как твердых и взвешенных частиц, так растворенных примесей. Один из наиболее распространенных методов очистки сточных вод. Применяется самостоятельно и в сочетании с механическими и биологическими методами очистки. Наиболее эффективны при локальной очистке сточных вод промышленных предприятий. Физико-химическая очистка включает множество разных способов, основными из которых являются экстракция, флотация, нейтрализация, окисление, сорбция, коагуляция и другие.

Адсорбция используется для глубокой очистки сточных вод от растворенных органических веществ после биохимической очистки, а также в локальных установках. Ее применяют для обезвреживания сточных вод от фенолов, гербицидов, ПАВ, красителей, ароматических нитросоединений, пестицидов и других органических соединений. Адсорбция эффективна для извлечения ценных продуктов с целью их регенерации, для удаления токсичных веществ, препятствующих биологической очистке, для глубокой очистки сточных вод, используемых в системах оборотного водоснабжения.

Эффективность адсорбцонной очистки достигает 80-90 % и зависит от химической природы адсорбента, величины адсорбционной поверхности и ее доступности, от химического строения вещества и его состояния в водном растворе.

Адсорбция растворенных веществ — результат перехода молекулы расширенного вещества из раствора на поверхность твердого сорбента под действием силового поля поверхности, при этом наблюдаются два вида межмолекулярного взаимодействия: молекул растворенного вещества с молекулами поверхности сорбента и с молекулами воды в растворе (гидратация). Разность этих двух сил и определяет возможность удерживания вещества на поверхности сорбента.

В качестве сорбентов могут служить различные искусственные и природные пористые материалы, прежде всего активированые угли различных марок, силикагели, зола, шлак, торф и др. Минеральные сорбенты — глины, силикагели, алюмогели, гидроксилы используются мало, т.к. энергия взаимодействия их с молекулами золы велика, нередко превышает энергию адсорбции.

Наиболее универсальными сорбентами являются активные угли.

В общем случае процесс адсорбции складывается из трех стадий: перенос вещества из сточной воды к поверхности адсорбента (внешнедиффузионная область), перенос вещества внутри зерен адсорбента (внутридиффузионная область), собственно адсорбционный процесс.

Процесс сорбции может осуществляться в стaтических или динамических условиях. При статической адсорбции жидкость не перемещается относительно частицы сорбента, а движется вместе с последней. При этом проводят интенсивное пермешивание, используя активный уголь с размерами частиц 0,1 мм и менее, в одну или несколько ступеней. Статическая одноступенчатая используется, когда адсорбент дешев или является отходом производства.

Более эффективно процесс протекает при использовании многоступенчатых установок, осуществляемых в прямоточном и противоточном вариантах.

Простейший однокамерный адсорбер представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат, в котором жидкость движется снизу вверх, поддерживая, слой адсорбента во взвешенном состоянии. Очищенная вода уделяется через циклонное устройство, служащее для выделения из жидкости захваченных ею мелких частиц адсорбента.

Схемы адсорберов непрерывного действия с кипящим слоем адсорбента приведены на рисунке 41.

Рисунок 41 — Схемы адсорберов непрерывного действия с кипящим слоем адсорбента а-цилиндрический одноярусный; б-многоступенчатый 1 — корпус аппарата; 2 — решетка; 3 — отстойная зона; 4 — сборник отработанного сорбента; 5 — тарелки

Активированный уголь подается в адсорбера в виде 15 — 20 % суспензии с водой, в одноярусном адсорбере под решетку, в многоступенчатом — на тарелки. Ступени (ярусы) соединены между собой переточными коническими трубками, по которым избыток угля с вышележащего яруса перетекает на нижележащий. Отработанный уголь отводится на регенерацию, которая осуществляется в отдельном аппарате. Применяют деструктивные и регенеративные методы регенерации. К первым относятся термические и химические окислительный методы, ко вторым — десорбция насыщенным или перегретым водяным паром, нагретым инертным газом, экстракция органическими растворителями. Разрабатываются биологические методы регенерации углей.