Тема 11. Очистка сточных вод методом адсорбции

 

За время существования человечества в природную среду было введено огромное количество органических веществ. Вредные химические элементы и вещества попадают в водоемы, ухудшая их санитарное состояние и вызывая не­обходимость специальной глубокой очистки воды перед использованием ее для хозяйственно-питьевых и некоторых промышленных целей. Многие органические примеси не извлекаются из воды механически, не нейтрализуются при биологиче­ской очистке, не удаляются такими традиционными методами водоочистки, как от­стаивание, коагуляция и флотация. Это обуславливает введение в комплексную технологическую схему водоподготовки стадии адсорбционной доочистки. Как правило, эта стадия является заключительным этапом в технологическом процес­се очистки воды.

Адсорбционный метод является хорошо управляемым процессом. Он позволяет удалять загрязнения различного характера практически до любой остаточной кон­центрации независимо от их химической устойчивости. При этом отсутствуют вто­ричные загрязнения. Отсюда перспективной является тенденция развития фильтрующе-сорбирующих устройств, предназначенных для локальной доочистки пить­евой воды, и этот вопрос является весьма актуальным.

Основными положительными факторами адсорбционной обработки воды являют­ся: высокая степень очистки, отсутствие отходов и загрязнений на самой установ­ке, стабильность степени очистки при неожиданных залповых выбросах загрязне­ний, экономичность, связанная с многократностью использования сорбента.

Для сорбции 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. Эти гидрофильные материалы используют для удаления из воды неорганических соединений, присутствующих в ней, как правило, в ион­ной форме.

Активные угли в процессах водоподготовки

Фильтрование воды через слой гранулированного угля или введение в воду порошкообразного активного угля являются наиболее универсальными методами удаления из воды растворенных органических веществ природного и неприродно­го происхождения.

Поскольку содержание в питьевой воде органических веществ природного происхождения нормировано только косвенно (по цветности, запахам и привкусам воды), а цветность воды обычно достаточно хорошо снижается коагулированием и хлорированием, активный уголь, являющийся дорогим материалом, применяет­ся на коммунальных водопроводах главным образом для удаления веществ, обу­славливающих запахи и привкусы воды, а также для удаления из воды органиче­ских загрязнений неприродного происхождения - различных детергентов, пести­цидов, нефтепродуктов и других токсичных веществ, попадающих в открытые во­доемы со сточными водами городов и промышленных предприятий.

При удалении из воды веществ, придающих ей запахи и привкусы, их кон­центрацию нужно снизить до очень малых величин, при которых запах и привкус уже не ощущаются.

Порошкообразный активный уголь (ПАУ), применяемый для удаления из воды веществ, которые придают ей привкусы и запахи, может вводится как перед отстойниками так и после них, непосредственно перед фильтрами. Однако введе­ние в воду пред фильтрами возможно только в тех случаях, когда его доза не пре­восходит 5-7 мг/л при длительном применении угля и 10-12 мг/л при кратковре­менном, эпизодическом. При поступлении на фильтры большого количества ак­тивного угля потеря напора в них обычно быстро растет и резко возрастает рас­ход промывной воды. Двухслойные фильтры лучше обычных приспособлены к ос­ветлению воды, содержащей ПАУ. При малых дозах активный уголь целесообраз­но вводить в воду после отстойников; в этом случае сорбционная способность уг­ля используется более полно, чем при введении его в воду перед отстойниками, в которых уголь быстро оседает, не успев сорбировать содержащиеся в воде орга­нические вещества.

Реализация процесса углевания не требует значительных капитальных затрат, необходимо лишь строительство блока приготовления и дозирования ПАУ и склада ПАУ.

Для постоянной сорбционной обработки воды используют гранулированные активные угли (ГАУ), которые можно регенерировать, что снижает стоимость очи­стки воды, хотя ГАУ и дороже, а их применение требует больших капитальных за­трат. Фильтрование через ГАУ дает воду лучшего и более постоянного качества по сравнению с углеванием (срок службы ГАУ при очистке природных вод - от 2 до 30 месяцев).

Одно из традиционных направлений использования активных углей в водоподготовке - дехлорирование питьевой воды, реализуемое на угольных фильтрах. Высоту фильтра назначают в зависимости от скорости фильтрования, начальной и конечной концентрации свободного хлора.

Дехлорирующие фильтры регенерируют один раз в месяц горячим раство­ром соды или едкого натра. До регенерации 1 кг ГАУ дехлорирует 50-100 м³ воды.

Неуглеродные сорбенты в процессах водоочистки.

Для очистки воды все большее применение находят неуглеродные сорбен­ты естественного и искусственного происхождения (глинистые породы, цеолиты и некоторые другие материалы).

Глинистые породы —наиболее распространенные неорганические сорбенты для очистки воды. Они обладают развитой структурой с микропорами, имеющими различные размеры в зависимости от вида минерала. Большая часть из них об­ладает слоистой жесткой или расширяющейся структурой.

Наибольшее распространение глинистые материалы получили для обес­цвечивания воды, удаления неорганических примесей и особо токсичных хлорорганических соединений и гербицидов, различных ПАВ.

Природные сорбенты добывают в непосредственной близости от места по­требления, что постоянно расширяет масштаб их применения для очистки воды.

Цеолиты - разновидности алюмосиликатных каркасных материалов. Из­вестно более 30 видов природных цеолитов, но лишь часть из них образует круп­ные месторождения (80% концентратов) удобные для промышленной переработ­ки. Наиболее распространенные природные цеолиты: шабазит, морденит, клинопптиломит.

Обработка поверхности цеолитов кремнийорганическими соединениями делает ее гидрофобной, что улучшает сорбцию нефти из воды.

Природные цеолиты используются в виде порошков и фильтрующих мате­риалов для очистки воды от ПАВ, ароматических и канцерогенных органических соединений, красителей, пестицидов, коллоидных и бактериальных загрязнений.

Кроме цеолитов и природных глин перспективными являются неорганические иониты.

Адсорбционную очистку воды можно проводить порошкообразными или зернеными адсорбентами в периодическом или непрерывном процессе. Наиболее распро­странена очистка воды порошкообразными адсорбентами (особенно питьевой во­ды активными углями). Отработанный адсорбент либо регенерируют, либо утили­зируют. Основные варианты схем жидкофазной контактной очистки порошкообразным уг­лем представлены на рис. 16.

 

Рис. 16. Варианты (А-В) схемы контактной очистки воды

порошкообразным активным углем

1 - контактор; 2 – сепаратор

По простейшему одноступенчатому варианту А воду смешивают со свежим углем, выдерживают при перемешивании в смесителе, после чего очищенную воду и от­работанный уголь разделяют.

По двухступенчатому противоточному варианту Б вначале воду обрабатывают уже частично отработанным углем, а тонкую очистку проводят свежим углем. Таким образом, вода движется с первой ступени на вто­рую, а уголь, наоборот, со второй ступени на первую. Конечно, степень очистки и отработки адсорбционной емкости в двухступенчатом варианте выше. Иногда число ступеней увеличивают до трех.

Адсорбцию на зерненом поглотителе можно проводить периодически и непрерыв­но. При периодическом процессе адсорбер, заполненный неподвижным слоем по­глотителя, отключается от потока после отработки слоя, разгружается и вновь за­полняется свежим или регенерированным сорбентом для нового цикла.