Адсорбция сточных вод
Адсорбция является простым и пригодным для практической реализации способом глубокой очистки природных и сточных вод. Он основан на фильтрации воды через специальные микропористые зернистые материалы – сорбенты (адсорбенты), обладающие большой внутренней поверхностью (до 1,0-1,5 тыс. м3 на грамм сорбента), благодаря чему из воды извлекаются содержащиеся в ней примеси, в том числе и находящиеся в состоянии истинных растворов, т.е. в молекулярном состоянии.
Адсорбция осуществляется за счет диффузии молекул органических веществ через жидкостную пленку, окружающую частицы адсорбента, к его поверхности и далее внутренней диффузии молекул. Скорость последней стадии определяется строением адсорбента и размером молекул сорбируемого вещества. Сорбцию экономически целесообразно применять при низких концентрациях загрязнений, т.е. на стадии глубокой очистки. В этом случае в процессе сорбции можно получить близкие к нулевым концентрации остаточных загрязнений.
На скорость и эффективность адсорбции влияет структура сорбента, химическая природа и концентрация загрязнений, температура, активная реакция среды. При повышении температуры степень адсорбции снижается, несмотря на увеличение скорости диффузии; снижение величины рН вызывает увеличение сорбции органических веществ сточных вод. С помощью сорбции можно извлекать из воды биологически стойкие органические вещества. Основные характеристики сорбентов:
1) пористость – отношение объема пор к общему объему сорбента, (%);
2) емкость – количество поглощаемого вещества, приходящееся на единицу массы или объема сорбента, (кг/м3, кг/кг);
3) удельная поверхность – площадь поверхности сорбента, приходящаяся на единицу массы, (м2/кг).
Лучшими сорбентами для удаления из воды растворенных органических веществ являются активные угли различных марок, эффективность которых определяется наличием в них микропор.
Суммарный объем микропор активного угля является его основной характеристикой, которая должна приводиться для каждой марки активного угля. Интересно, что активные угли в первую очередь адсорбируют органические вещества неприродного происхождения, а именно: фенолы, спирты, эфиры, кетоны, нефтепродукты, амины, "жесткие" поверхностно-активные вещества, органические красители, различные хлорамины. Адсорбционный метод позволяет на стадии глубокой очистки сточных вод снизить концентрацию органических соединений на 90-99%. При сорбции на уголь не должна поступать вода, содержащая взвешенные и коллоидные вещества, экранирующие поры активного угля. Уголь, исчерпавший свою сорбционную способность (емкость) регенерируется (восстанавливается) или полностью заменяется.
Сорбционный способ обладает рядом преимуществ по сравнению с другими методами: обеспечивает очистку практически от любых загрязнений и на заданную глубину; характеризуется отсутствием вторичных загрязнений и потребностей в реагентах, простотой реализации и обслуживания, является единственным методом очистки от хемо- и биорезистентных загрязнений, позволяет многократно использовать сорбент путем регенерации, процесс очистки при извлечении нефтепродуктов и других органических примесей ( путем сжигания отработанных сорбентов вместе с поглощенными веществами) безотходен. В некоторых случаях поглощаемые сорбентом вещества (сорбаты) не могут сжигаться вместе с сорбентом, как например, при сорбировании ионов тяжелых металлов (которые при сжигании могут перейти в продукты сгорания),радионуклидов или веществ, образующих при сжигании токсичные отходы. Однако и в этих случаях сорбционная очистка может иметь преимущества перед другими способами, так как обеспечивает большую глубину очистки воды и одновременно – большую концентрации сорбата (в тысячи и миллионы раз – в зависимости от исходной концентрации сорбата в очищаемой среде), создавая условия для компактного захоронения вредоносных веществ.
Адсорбционные фильтры широко распространены в практике локальной очистки природной и сточной воды. Рассмотрим некоторые конструкции современных отечественных и зарубежных разработок – сорбционные фильтры германской фирмы BWT и российской компании НВР . Их отличает комплексный механизм удержания примесей: механический, сорбционный, ионнообменный и биохимический.
BWT- фильтры с активированным углем применяются для удаления взвешенных веществ из питьевой воды, а также веществ, имеющих неприятные вкус или запах, например хлорных соединений. Фильтрующий материал – активированный уголь с большой внутренней поверхностью 500 – 1500 м2/г. Фильтр отличается компактностью конструкции и простым ручным управлением. Производительность 1,8 м3/ч.
BWT- фильтры снижения кислотности воды. Уменьшают содержание агрессивной углекислоты с одновременным изменением жесткости и повышением значения рН. Предназначены для воды с концентрацией углекислоты до 60 мг/л. Аналогичное по принципу действия, надежности, уровню автоматизации и дизайну оборудование выпускает российская группа компаний «Национальные водные ресурсы» (НВР). Патронные фильтры компании НВР с загрузкой на основе активированного угля предназначены для удаления из воды хлора, органических веществ, привкусов и запахов воды. Другие модификации данного фильтра включают фильтрующий элемент из полиэстера с размерам пор 0.35-100 мкм и позволяют задерживать механические примеси. Благодаря высокой химической стойкости фильтры работоспособны в растворах солей и щелочей. Высокой сорбционной активностью и высокой производительностью характеризуются промышленные сорбционные установки серии СF.
Добавление окислителей (озона или хлора) перед подачей воды на угольные фильтры позволяет увеличить срок службы активного угля до его замены, улучшить качество очищенной воды или проводить очистку от соединений азота. При совместном проведении сорбции и озонирования проявляется синергический эффект. Озон разрушает макромолекулы, а затем активный уголь сорбирует продукты частичного разложения в 1,5-3 раза эффективнее, чем без предварительного окисления. Предполагается, что при этом происходит, во-первых, деструкция биологически трудноокисляемых соединений с образованием окисляемых, в результате чего на угольной загрузке протекают биологические процессы окисления органических веществ, и, вовторых, в результате воздействия озона на макромолекулы их молекулярный вес и размеры уменьшаются, и они могут сорбироваться в истинных микропорах активного угля. Комбинация методов озонирования и сорбции позволяет снизить в 2-5 раз расходы и озона и активного угля по сравнению только с сорбцией или только с озонированием, а следовательно, и стоимость очистки. Такая технология нашла применение во Франции, Германии и других странах Западной Европы и получила название «европейская технология».
Загрузка ...