Очистка сточных вод методом адсорбции

Адсорбционные методы широко применяют 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 сильно токсичными. Адсорбцию используют для обезвреживания сточных вод от фе­нолов, гербицидов, пестицидов, ароматических нитросоединений, ПАВ, красителей и др.

Сорбционная очистка может применяться самостоятельно и совместно с методом биологической очистки как метод предварительной очистки, или доочистки. Преимуществами этого метода являются возможность адсорбции веществ многокомпонентных смесей и, кроме того, высокая эффективность очистки, особенно слабо концентрированных сточных вод. Сорбционные методы очистки весьма эффективны для извлечения из сточных вод ценных растворенных веществ с их последующей утилизацией и использования очищенных стоков в системе оборотного водоснабжения промышленных предприятий.

Эффективность адсорбции составляет 80-95 % и зависит от многих факторов: химической природы адсорбента, величины адсорбционной поверхности и ее доступности, от химического строения вещества и его свойств в растворе.

В качестве сорбентов применяют различные искусственные и природные пористые материалы: золу, коксовую мелочь, торф, силикагели, алюмогели, активные глины и др. Наиболее широко для очистки сточных вод применяют активированные угли различных марок (БАУ, ДАК, ОУ, КАД, АГ-3).

Требования к адсорбенту:

- слабое взаимодействие с молекулами воды и хорошее – с органическими веществами;

- доступность поверхности для больших и сложных органических молекул;

- высокая адсорбционная емкость при малом времени контакта с водой;

- высокая селективность и малая удерживающая способность при регенерации;

- определенный радиус адсорбционных пор 0,8-5 нм или 5-80 Å;

- механическая прочность и быстрая смачиваемость;

- определенный гранулометрический состав;

- малая каталитическая активность по отношению к реакциям окисления, конденсации и др.

Адсорбционные установки. Процесс адсорбции ведут либо при интенсивном перемешивании сорбента со сточной водой, либо при фильтровании сточных вод через слой адсорбента или псевдоожиженном слое на установках периодического или непрерывного действия.

Статическая одноступенчатая адсорбция нашла применение в тех случаях, когда адсорбент очень дешев или является отходом производства. При использовании многоступенчатой установки требуется меньший расход адсорбента. Принципиальная схема многоступенчатой установки приведена на рис. 13.

Рис. 13. Схема адсорбционной установки с последовательным введением адсорбента: 1 – смесители; 2 – отстойники.

Расход адсорбента m для одноступенчатого процесса определяют из уравнения материального баланса:

,

где w – объем сточной воды; С_н и С_к – начальная и конечная концентрация загрязнений сточной воды, а – коэффициент адсорбции.

Расход адсорбента на каждую ступень m_n при многоступенчатой адсорбции определяется по формуле

,

где С_n – конечная концентрация загрязнений в сточных водах после очистки в установке с n ступенями, определяемая по формуле

,

k – коэффициент распределения ,

С_р – равновесная концентрация вещества; m – расход адсорбента.

В противоточной схеме адсорбент вводят однократно в последнюю ступень и он движется навстречу сточной воде. Адсорбент добавленный на третьей стадии после отстоя передается на вторую стадию, со второй – на первую и смешивается со сточной водой. Процесс идет непрерывно, при значительно меньшем расходе адсорбента, однако сама установка дороже и сложнее в эксплуатации.

Процесс очистки сточных вод проводят и 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 вверх, заполняя все сечение. Размер частиц адсорбента применяют в пределах 0,1-5 мм. Уголь накладывают на слой гравия, расположенного на решетке. Во избежание забивки адсорбента сточная вода не должна содержать твердых взвешенных примесей. При непрерывном процессе используют несколько колонн. Две колонны, как правило, работают последовательно, третья отключена на регенерацию.

Установки с псевдоожиженным слоем целесообразно применять при высоком содержании взвешенных веществ в сточной воде. Размер частиц адсорбента при этом должен быть равным 0,5-1 мм. Скорость потока для указанных размеров находится в пределах 8-12 м/ч.