Физико-химические основы адсорбционной очистки воды от органических веществ (стр. 10 из 12)
При деструктивной регенерации, когда адсорбированные вещества не представляют технической ценности, обычно применяют термические и окислительные (окисление хлором, озоном) методы. На рис. 9 приведена технологическая схема термической регенерации высокодисперсного активного угля.
Рис.9. Схема установки термической регенерации высокодисперсного активного угля
1 – сборник отработанного угля; 2 – весовой ленточный питатель; 3 – пневматический затвор; 4 – регенератор; 5 – камера сгорания; 6 – сепаратор; 7 – вытяжной вентилятор; 8 – вентилятор; 9 – шнек; 10 – фильтр; 11 – пневматический транспортер; 12 – сборник регенерированного угля; 13 – компрессор.
При термической регенерации потери активного угля составляют около 5 – 10%. В процессе многократного использования активный уголь частично дезактивируется, вследствие чего часть его заменяется свежим углем.
Термическая регенерация – процесс весьма сложный, многостадийный, затрагивающий не только сорбат, но и сам сорбент. Термическая регенерация приближена к технологии получения активных углей. При карбонизации сорбатов различного типа на угле большая часть примесей разлагается при 200 – 3500ºС, а при 4000ºС обычно разрушается около половины всего адсорбата. CO, CO2, CH4 - основные продукты разложения органического сорбата, выделяются при нагревании до 350 – 6000ºС. В теории стоимость такой регенерации составляет 50% стоимости нового активного угля. Это говорит о необходимости продолжения поиска и разработки новых высокоэффективных методов регенерации сорбентов.
Низкотемпературная термическая регенерация – это обработка сорбента паром или газом при 100 – 4000ºС. Процедура эта достаточно проста и во многих случаях ее ведут непосредственно в адсорберах.
Водяной пар вследствие высокой энтальпии чаще других
используют для низкотемпературной термической регенерации. Он безопасен и доступен в производстве. Для пропарки адсорбера необходимы лишь парогенератор и холодильник-конденсатор. Отработанный конденсат направляется либо на сжигание, либо на выделение ценного сорбата.
В последнее время изучаются методы регенерации с использованием излучения, под воздействием которого происходит деструкция сорбата. В малых дозах это излучение инициирует окисление кислородом на активном угле органических соединений, присутствующих в воде CO2 и H2O. Целесообразность применения того или иного метода регенерации активного угля определяется технико-экономическими параметрами процессов. [4]
| Показатели | Осветляющие древесные угли | Рекуперационный уголь | Газовые угли | ||||||
| марки А | марки Б | молотый марки МД | марки АР-3 | марки АГ-2 | марки БАУ | марки КАД-иодный | марки КАД-молотый | марки СКТ | |
| Основной размер зерен, мм | < 0,04 | < 0,04 | – | 1 – 5,5 | 1 – 3,5 | 1 – 3,5 | 1 - 5 | < 0,04 | 1 – 3,5 |
| Насыпная масса, г/л | – | – | – | 550 | 600 | 260 | 380 | – | 420 |
| Содержание влаги, % | ≤ 10 | ≤ 58 | ≤ 10 | ≤ 15 | ≤ 5 | ≤ 10 | ≤ 5 | ≤ 10 | ≤ 5 |
| Содержание золы, % | ≤10 | ≤6 | ≤10 | – | – | ≤ 8 | – | – | ≤ 15 |
| Прочность, % | – | – | – | ≥ 90 | ≥ 70 | – | ≥ 60 | – | ≥ 65 |
| Динамическая активность | – | – | – | ≥ 115 г/л по бензолу | ≥ 45 мин по бензолу | ≥ 35% по хлору | ≥ 55% по йоду | ≥ 80% по йоду | ≥ 50% по бензолу |
Таблица 2
Характеристика активных углей
9. Использование дешевых сорбентов и отходов
Идея о применении дешевых углеродных, органических и минеральных сорбентов, а также различного типа отходов для очистки воды всегда актуальна из-за низкой рентабельности систем очистки сточных вод.
Небольшие количества углеродных сорбентов изготавливают из бытовых и промышленных отходов. Метод их получения, в общем, аналогичен производству крупносерийных сорбентов и включает карбонизацию и активацию сырья, хотя технология значительно упрощена. Чрезвычайно дешевое сырье (старые шины, сельскохозяйственные отходы, глина) позволяет получать сорбенты для однократного применения. Резину карбонизуют, измельчают, смешивают с гипсом, растворимым стеклом и водой, гранулируют и сушат, а карбонизованные кочерыжки измельчают и добавляют при флотационной очистке стоков от СПАВ.
Своеобразное решение проблемы сорбционной предочистки высоко концентрированных сточных вод — использование АУ уже отработанных в основном производстве. В фармацевтической промышленности отработанный уголь ОУ-А (0,2 – 1 т/сут) способен извлекать 60 – 82% органических загрязнении из стоков.
Эффективными углеродными сорбентами являются кокс и отходы его производства (пыль, полукокс, некондиционный продукт, шлаки). Емкость таких сорбентов сравнительно невелика (0,1 – 10 мг/г), но низкая стоимость делает рентабельным использование их для очистки воды.
Некоторые виды буроугольного кокса (БК) крупностью 2 – 7 мм, являются высокоэффективными сорбентами для извлечения органических загрязнений из воды. Так, при очистке сточных вод обогатительной фабрики от катионного деэмульгатора (
и 
мг/дм3) сорбционная способность БК угля АГ-3 совпадает. На БК также можно обесцвечивать сточные воды текстильных предприятий. В динамически условиях обесцвечивание воды дает в 3 – 6 раз больший эффект, чем в статических.БК может очищать и обесцвечивать иловую воду, образующуюся при тепловой обработке осадков, ХПК которых 20 г/дм3, а темно-бурая окраска требует 1500 – 3000-кратного разбавления перед сбросом. Возврат этих вод на биологическую очистку увеличивает объем аэротенков на 15%. Сравнение адсорбционных характеристик БК и угля АГ-3 при очистке иловой воды показало, что с учетом низкой стоимости БК его применение целесообразно на небольших установках, где отработанный сорбент выгодно не регенерировать, а сжигать, так как емкость его в 3 – 5 раз ниже, чем АГ-3, но стоимость ниже в 10 – 15 раз.
Топливные шлаки без какой-либо дополнительной обработки можно применять в качестве сорбентов. Фильтрование сточных вод через загрузку из шлаков позволяет снижать ХПК промышленных стоков после БХО от 90 – 100 до 18 – 20 мг/дм3.
В доочистке сточных вод можно непосредственно использовать ископаемые угли без какой-либо обработки. Сорбционная способность ископаемых углеродсодержащих материалов падает с увеличением степени их метаморфизма. Поэтому обычно сорбционная способность уменьшается в последовательности: торф – бурый уголь – каменный уголь – антрацит. В районах добычи торфа его можно с успехом использовать для удаления красителей и СПАВ из сточных вод предприятий текстильной промышленности. Сорбционная емкость его по СПАВ типа НП-1 и ОП-10 достигает 70 – 150 мг/г.
С развитием нефтяной и нефтеперерабатывающей промышленности возникла проблема защиты рек, озер и морей от загрязнения нефтепродуктами. В результате аварий и мойки танкеров, а также при перегрузке и очистке их в моря и океаны попадает примерно 2 млн. т нефти в год. Поэтому задача очистки природных и сточных вод от нефтепродуктов приобрела большое значение и выделилась в особую проблему. Только отработанный моющий раствор на танкере после его предварительной очистки содержит 20 – 100 мг/л нефтепродуктов, а при нарушении технологического режима – значительно больше. При аварийных загрязнениях нефтью больших акваторий Мирового океана ликвидация их невозможна без применения дешевых сорбентов.
Сорбционные методы очистки воды от нефтепродуктов в данном случае развиваются в трех направлениях:
- распределение тонкодисперсных материалов на большой поверхности воды (моря) с последующим их сбором;
- обработка загрязненных поверхностей воды фиксированными сорбционными материалами вне судна или установки;
- очистка в специальных установках (судах) поверхностных трюмных и сточных вод.
Тонкодисперсный плавающий сорбент равномерно распределяют по поверхности воды с судов и самолетов. По истечении времени, необходимо для насыщения сорбента нефтепродуктами (0,1 – 0,3 г/г), его собирают специально приспособленными судами. Повторно использовать сорбент, как правило, не удается, поэтому применяют только дешевые материалы: цементный порошок с объемной массой ~1 г/см3 и пористостью 30 – 90%, сорбирующий нефть от 100 до 300 мг/г; предварительно вспененные порошкообразные перлит и вермикулит, пропитанные при 90ºС катионными СПАВ (с галогенными и фосфатными группами; тонкоразмолотые древесные опилки, пропитанные парафинами; кусочки гидрофобных пористых синтетических полимеров; тонкодисперсные отходы горнодобывающей промышленности и переработки минерального сырья, связанные глиной или жидким стеклом в частицы с пористостью до 70%.
При очистке от нефтепродуктов ограниченной водной поверхности изготавливают крупные блоки или маты, содержащие сорбент, и специально крепят их вне судна. Обычно в качестве сорбента используют волокнистые материалы с развитой поверхностью, способные вызвать коалесценцию мелких капель нефти. Маты из сухой травы и соломы, пряжи, тканей, пропитанных для придания механической прочности и гидрофобности расплавом синтетических смол или эмульсиями латекса, пригодны для однократной очистки поверхности воды.