Джон Голт от , Список использованных источников ……………………………………………. Неуклонный рост водопотребления, связанный с увеличением численности населения и развитием промышленности, вызывает необходимость использования воды из источников, содержащей повышенное количество примесей, что сопряжено с обязательной глубокой предварительной очисткой ее. Особое внимание уделяется подготовке питьевой воды, так как обязательное высокое качество питьевой воды не ставится в зависимость от методов ее обработки. Сорбционную обработку природной воды используют для удаления окрашенных, летучих и токсичных соединений, высокомолекулярных органических веществ естественного и искусственного происхождения. Изменение органолептических свойств природных вод возникает и в результате их загрязнения недостаточно очищенными бытовыми и особенно производственными сточными водами, поступающими в поверхностные водоисточники и реже в подземные горизонты. Сорбционная очистка представляет собой процесс поглощения загрязняющих веществ из воды твердыми веществами — сорбентами. Поверхность частиц дисперсной фазы обладает свободной энергией, существование которой можно объяснить следующим образом. Молекулы, атомы или ионы, находящиеся на поверхности раздела фаз, не равноценны тем же молекулам, атомам и ионам, находящимся внутри каждой фазы. Внутри фазы молекулы окружены себе подобными и их силовое поле насыщено симметрично. Поле молекул, лежащих на поверхности, асимметрично: Различают поглощение вещества всей массой жидкого сорбента абсорбция и поверхностным слоем твердого или жидкого сорбента адсорбция. Сорбция, сопровождающаяся химическим взаимодействием сорбента с поглощаемым веществом, называется хемосорбцией. Сорбция представляет собой один из наиболее эффективных методов глубокой очистки от растворенных органических веществ сточных вод предприятий целлюлозно-бумажной, химической, нефтехимической, текстильной и других отраслей промышленности. Сорбционная очистка может применяться самостоятельно и совместно с биологической очисткой как метод предварительной и глубокой очистки. Преимуществами этого метода являются возможность адсорбции веществ многокомпонентных смесей, и, кроме того, высокая эффективность очистки, особенно слабоконцентрированных сточных вод. Под действием поверхностных сил происходит изменение концентрации компонентов в поверхностном слое по сравнению с объемной фазой, то есть протекает процесс адсорбции сорбции. Адсорбция может быть положительной, если энергия взаимодействия растворенного вещества с молекулами, находящимися на поверхности адсорбента, выше, чем с молекулами растворителя, и отрицательной, когда наблюдается обратное явление. В случае неэлектролитов сорбируются молекулы вещества, в случае электролитов — их ионы. В процессах очистки природных вод важное значение имеют молекулярная, и ионная сорбции. Помимо своей главной задачи — извлечения из воды нежелательных примесей — адсорбирующее вещество адсорбент выполняет функции катализатора, так как молекулярные и ионные реакции на поверхности раздела протекают обычно значительно быстрее, чем в объеме среды. Сорбционная очистка сточных вод наиболее рациональна, если в них содержатся преимущественно ароматические соединения, неэлектролиты или слабые электролиты, красители, непредельные соединения или гидрофобные например, содержащие хлор или нитрогруппы алифатические соединения. Различают два основных вида адсорбции: К силам, обусловливающим физическую адсорбцию, относят молекулярные взаимодействия:. Физическая адсорбция протекает самопроизвольно и всегда обратима. Количество вещества, адсорбированного на данном участке поверхности в данный момент времени, определяется не только перечисленными силами взаимодействия, но и силами десорбции, возникающими в результате теплового движения частиц. Причем для каждой концентрации адсорбирующего вещества адсорбтива и для каждой температуры среды существует состояние адсорбционного равновесия. Силы, обусловливающие химическую адсорбцию хемосорбцию , - специфически валентные. В отличие от физической адсорбции хемосорбция обычно необратима. С повышением температуры среды хемосорбция, требующая значительной энергии активации, возрастает. Соединения, образующиеся при хемосорбции на поверхности раздела фаз, нельзя рассматривать как новое вещество, так как, несмотря на возникновение химических связей, поверхностные атомы адсорбента продолжают сохранять связь с остальными его атомами. Провести резкую границу между физической и химической адсорбцией во многих случаях довольно трудно: В частности, повышение температуры снижает физическую, но увеличивает химическую адсорбцию. Количество адсорбированного вещества выражают по отношению к 1 см 2 поверхности адсорбента или к 1 г адсорбента. К настоящему времени предложено множество различных теорий адсорбции. Отметим лишь, что ни одна из существующих теорий не является универсальной вследствие специфического характера адсорбции в разных условиях. Для решения практических задач, связанных с очисткой воды от дисперсных и истинно растворенных примесей, вполне достаточно воспользоваться представлениями Лэнгмюра о мономолекулярной адсорбции, сохраняющими свое значение до настоящего времени. Таким образом, на поверхности адсорбента образуется лишь мономолекулярный слой адсорбтива;. В результате флуктуации непрерывного колебания энергии молекулы могут оторваться от этих участков, и их место занимают новые молекулы;. На степень адсорбции сильное влияние оказывают свойства адсорбента, адсорбтива и среды и, в частности, интенсивность поля действующих молекулярных сил — полярность. В качестве количественной характеристики полярности твердых частиц, погруженных в жидкость, используют величину удельной свободной энергии на поверхности частиц — поверхностное натяжение. В соответствии с правилом Ребиндера адсорбция вещества будет происходить, если полярность их лежит между полярностью среды и адсорбента. Следовательно, чем больше разность полярностей между растворяемым веществом и раствором, то есть чем менее растворимо вещество, тем лучше оно будет адсорбироваться. Действительно, неполярные гидрофобные вещества в частности, активный уголь хорошо адсорбируют поверхностноактивные вещества, что широко используется в водоподготовке. С увеличением молекулярного веса адсорбтива адсорбция возрастает. Этим объясняется в частности, хорошая адсорбция красителей. Вещества пористые и с шероховатой поверхностью адсорбируют сильнее. Поэтому аморфные адсорбенты всегда эффективнее кристаллических. Чем уже поры адсорбента и чем крупнее молекулы адсорбтива, тем меньше и медленнее адсорбция. Для компенсации недостаточной скорости диффузии и ускорения наступления адсорбционного равновесия часто применяют перемешивание жидкости. Адсорбция электролитов, имеющая наиболее важное значение в водных растворах, резко отличается от молекулярной адсорбции. Участки поверхности адсорбента, несущие заряд, как правило, адсорбируют противоположно заряженные ионы, а из ионов разной валентности сильнее адсорбируются многовалентные. Сказывается и влияние природы ионов. Так, из ионов одинаковой валентности лучше адсорбируются ионы большего радиуса: По способности адсорбироваться ионы могут быть расположены в следующие ряды, называемые лиотропными:. Первостепенное практическое значение при коагулировании водных примесей, умягчения и обессоливании воды имеет обменная адсорбция, в ходе которой адсорбент, поглощая определенное количество каких-либо ионов, выделяет одновременно в раствор эквивалентное количество других ионов того же знака, вытесненных с поверхности. По степени прочности связи между дисперсной фазой и дисперсионной средой все дисперсные системы делят на лиофобные и лиофильные или для случая, когда дисперсионной средой является вода, - на гидрофобные и гидрофильные. На гидрофильных поверхностях преобладают ненасыщенные атомные, ионные или полярные связи, что и обусловливает взаимодействие поверхностей с молекулами воды или их ассоциатами. На гидрофобных поверхностях преобладают насыщенные связи, поэтому они слабо взаимодействуют с водой. Степень их дисперсности зависит от условий образования и стабилизации. Четкая граница раздела фаз отсутствует, а дисперсность частиц не является случайной величиной, зависящей от условий образования и стабилизации, а определяется природой обеих фаз. К гидрофобным системам относят золи металлов, к гидрофильным — желатин, агар-агар, крахмал. Промежуточный тип систем составляют золи кремнекислоты, гидроокиси железа, алюминия, хрома и других металлов. Степень гидрофильности этих систем зависит от рН среды. Важнейшая особенность лиофобных золей и суспензий, определяющая всю сумму наблюдаемых поверхностных явлений, состоит в существовании двойного электрического слоя ионов и скачка потенциала на границе раздела фаз. Причинами возникновения двойного электрического слоя являются разница в диэлектрических свойствах материала среды и дисперсной фазы, специфические молекулярные силы, обусловливающие избирательную адсорбцию ионов из раствора, или ионизации поверхностных молекул вещества самой дисперной фазы. Распределение ионов вблизи поверхности раздела определяется действием противоположно направленных сил: Частицу с окружающим ее плотным слоем ионов называют гранулой, а с двойным слоем — мицеллой. Построение мицеллы представляют следующим образом рисунок В действительности строение гранул гораздо сложнее. Процессы сорбции избирательны и обычно обратимы. Благодаря их обратимости становится возможным выделение поглощенных веществ десорбция. Сорбенты способны извлекать из воды многие органические вещества, в том числе и биологически жесткие, не удаляемые из нее другими методами. При использовании высокоактивных сорбентов воду можно очистить от загрязнений до практически нулевых остаточных концентраций. Сорбцию применяют и при небольших концентрациях загрязнений, когда другие методы очистки оказываются неэффективными и требуется глубокая степень очистки. В тех случаях, когда концентрация сорбируемых веществ в исходных сточных водах велика, обычно выгоднее использовать другие методы очистки. В качестве сорбентов практически могут служить все мелкодисперсные твердые вещества, имеющие развитую поверхность, - активный уголь, зола, торф, опилки, разные глины, доменные шлаки и др. Активные угли являются пористыми материалами, поры которых по своему размеру могут быть подразделены на четыре вида: Макропоры и переходные поры играют, как правило, роль транспортирующих каналов, а сорбционная способность активированных углей определяется в основном микропористой структурой. В настоящее время синтезировано достаточно много полимерных пористых материалов. В процессе производства структура их пор может направленно изменяться в очень широких пределах. Для адсорбционных процессов в водной среде синтезированы полимерные пористые материалы на основе стирола и дивинилбензола — полисорбы. Сорбция может проходить в статических либо динамических условиях. Сорбция в статических условиях осуществляется интенсивным перемешиванием обрабатываемой воды с сорбентом в течение определенного времени и последующего отделения сорбента от воды в результате отстаивания или фильтрования и т. Процесс проводится в одну, но чаще в несколько ступеней. Одноступенчатую очистку применяют при небольших исходных концентрациях загрязнений, когда требуется мало сорбента, либо в тех случаях, когда сорбент дешев и легко доступен. При многоступенчатой сорбции за счет введения новых порций сорбента постоянно поддерживается определенная разность концентраций извлекаемого вещества в воде и сорбенте, что увеличивает скорость сорбции и требует меньшего расхода сорбента, чем при очистке в одну ступень. Многоступенчатая сорбция осуществляется с последовательным или противоточным введением сорбента. В первом случае сорбент вводится отдельными порциями на каждой ступени обработки, во втором чистый сорбент вводится только раз на последней ступени и затем перекачивается из каждой последующей ступени на предыдущую. Сорбция в динамических условиях осуществляется фильтрованием сточных вод через загрузку сорбента. Такой способ имеет большие технологические, эксплуатационные и экономические преимущества по сравнению с сорбцией в статических условиях. Сорбция в динамических условиях позволяет более полно использовать емкость сорбента. По мере прохождения очищаемой сточной воды через загрузку концентрация вещества в ней снижается. Так же постепенно, начиная от входного сечения, увеличивается насыщенность сорбента. Через некоторое время сначала первый слой, а затем и последующие слои загрузки будут полностью насыщены и перестанут извлекать из воды загрязняющие вещества. В соответствии с этим различают статическую и динамическую активность сорбента. Статическая активность сорбента характеризуется максимальным количеством вещества, поглощенного единицей объема или массы сорбента к моменту достижения равновесия при постоянных температуре жидкости и начальной концентрации вещества; динамическая активность сорбента — максимальным количеством вещества, поглощенного единицей объема или массы сорбента до момента появления сорбируемого вещества в фильтрате при пропуске сточной воды через слой сорбента. В зависимости от области применения метода сорбционной очистки, места расположения адсорберов в общем комплексе очистных сооружений, состава сточных вод, вида и крупности сорбента и др. Так, перед сооружениями биологической очистки применяют насыпные фильтры с диаметром зерен сорбента мм или адсорбер с псевдоожиженным слоем сорбента с диаметром зерен 0, мм. При глубокой очистке производственных сточных вод и возврате их в систему оборотного водоснабжения применяют аппараты с мешалкой и намывные фильтры с крупностью зерен сорбента 0,1 мм и менее. Наиболее простым является насыпной фильтр, представляющий собой колонну с неподвижным слоем сорбента, через который фильтруется сточная вода. Наиболее рациональное направление фильтрования жидкости — снизу вверх, так. В колонне слой зерен сорбента укладывают на беспровальную решетку. Сверху слой сорбента для предотвращения выноса закрывают сначала слоем гравия, затем слоем щебня и покрывают решеткой то есть в обратном порядке. Фильтры с неподвижным слоем сорбента применяют при регенеративной очистке цеховых сточных вод с целью утилизации выделенных относительно чистых продуктов. Обычно сорбционная установка включает несколько последовательно расположенных фильтров, что позволяет выключать на регенерацию головной фильтр лишь после того, как его загрузка достигнет предельного насыщения, и он перестанет извлекать из воды загрязняющее вещество. Это обстоятельство имеет большое экономическое значение, поскольку можно реже регенерировать сорбент. После загрузки фильтра свежим сорбентом он переключается в конец установки. Рассмотрим в качестве примера адсорбционную установку для очистки сточных вод от нитропродуктов. Эта установка рисунок 2 состоит из двух. Активированный уголь марки КАД загружен на подстилающий слой из кокса, уложенного на деревянную решетку: Высота слоя угля около 5 м. Отработанный уголь регенерируют растворителями с последующей отгонкой следов растворителя острым паром. Затем его заменяют свежей порцией; объем первой порции растворителя равен объемам активированного угля в колонне. В качестве растворителей применяют бензол, метанол, этанол, метиленхлорид. Отработанный растворитель экстракт направляют на перегонку. В напорных адсорберах допускается предусматривать выгрузку сорбента под давлением не менее 0,3 МПа. Металлические конструкции, трубопроводы, арматура и емкости, соприкасающиеся с влажным сорбентом, должны быть защищены от коррозии. Псевдоожижение слоя наступает при повышении скорости потока сточной воды, проходящей снизу вверх, до такой величины, при которой зерна расширившегося слоя начинают интенсивно и беспорядочно перемещаться в объеме слоя, сохраняющего постоянную для данной скорости высоту. В настоящее время в основном применяют цилиндрические одноярусные адсорберы. Такой аппарат представляет собой колонну высотой около 4 м. Верхняя часть ее соединена с царгой, имеющей диаметр, в 1, раза больший диаметра основной колонны. Высота неподвижного слоя угля составляет 2,,7 м. В нижнюю часть аппарата через центральную трубу, заканчивающуюся диффузором под решеткой, либо через боковой патрубок тройника, подсоединенного к конусному днищу, поступает сточная вода со скоростью, обеспечивающей относительное расширение слоя 1,,6. Уголь равномерно подается в аппарат из бункера с автоматическим дозатором. Образовавшаяся суспензия поступает через диффузор под решетку, продавливается через ее отверстия и задерживается в нижней части псевдоожиженного слоя угля, который находится в колонне. Обработанная сточная вода отводится в кольцевой желоб верхней части царги. Сорбционная очистка может быть регенеративной, когда извлеченные вещества утилизируются, или деструктивной, когда извлеченные вещества уничтожаются. В зависимости от назначения сорбционной очистки применяются различные методы регенерации сорбента или его уничтожения. Для извлечения сорбированных веществ могут быть применены экстрагирование органическим растворителем, изменение степени диссоциации слабого электролита в равновесном растворе, отгонка адсорбированного. В отдельных случаях осуществляют химические превращения сорбированных веществ с последующей десорбцией. Легколетучие органические вещества бензол, нитробензол, толуол, этиловый спирт десорбируют воздухом, инертными газами, перегретым паром. Расход пара на отгонку легколетучих веществ из активированного угля составляет кг на 1 кг сорбированного вещества. В качестве десорбентов могут использоваться низкокипящие, легко перегоняющиеся с водяным паром органические растворители: Процесс десорбции осуществляется при нагревании или на холоде, затем растворитель отгоняется из сорбента острым водяным паром или другим теплоносителем. При деструктивной очистке обычно применяют термические или окислительные методы. Для адсорбционной очистки воды от примесей, ухудшающих органолептические показатели, применяются порошкообразный и гранулированный активированный уголь, углеродные волокнистые материалы, активированный антрацит и неуглеродные адсорбенты глинистые породы, цеолиты и др. Наиболее перспективным адсорбентом является активированный уголь. Первые попытки использования его на отечественных водопроводах относятся к гг. Так, на Рублевском водопроводе в гг. Однако из-за низкого качества угля результаты опытов были неудовлетворительными. Сорбционная доочистка биологически очищенных сточных вод активным углем применяется перед повторным их использованием для ирригационных, технологических и прочих нужд, перед узлом обессоливания или деаммонизации, а также при сбросе стоков в водоемы. Активированный уголь изготовляют из углеродсодержащих материалов: Марку активного угля выбирают с учетом структуры пор, прочности, зольности, рН водной вытяжки, насыпной плотности и фракционного состава. По фракционному составу угли промышленного изготовления классифицируются на два типа: Неорганические активирующие добавки из угля вымывают. Размеры частичек гранулированного активированного угля составляют 0,,0, порошкообразного — 0,,12 мм. Для увеличения сорбционной емкости в процессе обработки сырья к нему добавляют соли тяжелых и редкоземельных металлов. Все шире применяются для обесцвечивания воды, удаления из нее неорганических примесей и особо токсичных хлорорганических примесей и гербицидов неуглеродные сорбенты — глинистые породы, цеолиты и др. Для дезодорации и обесцвечивания питьевой воды на водонапорных очистных станциях применяется в основном активированный уголь, сорбционные свойства которого зависят от его пористости. На ней и протекают процессы адсорбции, в основе которых лежит взаимодействие энергетически ненасыщенных атомов углерода с молекулами адсорбируемых веществ. Лучше сорбируются вещества в молекулярной форме, хуже в ионной. Способность органических веществ к сорбции возрастает в ряду: Способность к сорбции возрастает с ростом молекулярной массы органических веществ, мицеллярной массы коллоидов и температуры сорбатов. В присутствии механических примесей сорбционная емкость активированного угля снижается. Аналогично влияют продукты гидролиза Al 2 SO 4 3. Ухудшается кинетика сорбции и снижается динамическая емкость также при насыщении активированного угля солями и оксидами железа. Последние, осаждаясь на угле, закрывают поры и затрудняют процесс регенерации. По этой причине часто при добавлении угольной суспензии совместно с коагулянтом до отстойников ее требуется несколько больше, чем при добавлении перед фильтрами. Успешность применения адсорбционных методов зависит не только от соблюдения оптимальных условий процесса, но и от наличия экономически выгодных адсорбентов, обеспечивающих преимущественное извлечение из воды нежелательных органических веществ. В связи с широким внедрением комбинированных методов дезодорации воды кроме активированного угля используют различные окислители озон, хлор, оксид хлора IV , перманганат калия , что позволяет повысить эффект очистки воды и сократить расход сорбентов и реагентов. Порошкообразный активированный уголь применяют при углевании воды, гранулированный — при фильтровании через угольные фильтры. Углевание воды не требует больших капитальных затрат, но характеризуется повышенным расходом угля. Применение угольных фильтров позволяет снизить дозу расходуемого угля, саморегулировать процесс, улучшить условия труда, однако требует высоких капитальных затрат, тщательного осветления воды, большого ее расхода на промывку и громоздкого реагентного хозяйства для регенерации угля. Для подготовки хозяйственно-питьевой воды углеванием используют в основном древесные угли марок БАУ, ДАК, ОУ, а также уголь АГ Угольные фильтры чаще всего загружают углем марки КАД, АГ-3 и АГ-М. Место ввода порошкообразного активированного угля в схеме обработки воды должно обеспечивать максимальную диффузию сорбируемых веществ к активной поверхности угля и необходимую длительность контакта. Обработка воды порошкообразным активированным углем включает такие процессы, как приготовление угольной суспензии и ее дозирование, смешение отдозированной суспензии с обрабатываемой водой, поглощение из воды загрязнений, осаждение частичек угля в отстойнике. Одним из основных этапов обработки воды углем является подготовка угольной суспезии необходимой концентрации. Подавать уголь в воду можно в виде сухого порошка сухое дозирование или в виде раствора или суспензии заданной концентрации мокрое дозирование. Сухое дозирование обладает преимуществами перед мокрым, это: Недостатком способа является образование пыли и частое засорение дозирующих устройств. Схема установки для сухого дозирования порошкообразного активированного угля приведена на рисунке 5. Дозатор порошкообразного активированного угля рисунок 6 состоит из бункера 3, который во избежание сводообразования встряхивается эксцентриком с частотой колебаний в минуту. Приводом эксцентрика служит электродвигатель 14 с кривошипно-шатунным механизмом. Расходный бункер может соединяться с запасными емкостями соединительным патрубком 1. Приводом вариатора, редуктора и питателя служит электродвигатель Отдозированный уголь ссыпается в смывное устройство 7, где смачивается водой, поступающей из водопровода 9 через сопла под давлением 0,,20 МПа, перемешивается, засыпается в гидроэлеватор 8, откуда подается в обрабатываемую воду. При давлении перед гидроэлеватором не менее 0,4 МПа угольная суспензия может подаваться на высоту до 6 м. При мокром дозировании активированного угля его предварительно смешивают с водой барботированием воздухом или механическими мешалками. Дозируют суспензию угля насосами-дозаторами типа НД, дозаторами типа ДИМБА и др. Транспортируют угольную суспензию гидроэлеваторами рисунок 7. Эффективным является применение адсорберов со взвешенным слоем непрерывно обновляющегося адсорбента. Конструкция адсорбера со взвешенным слоем активированного угля рисунок 9 принципиально не отличается от конструкции осветлителей. Установка снабжена выносным углеуплотнителем 1 с принудительным отсосом адсорбента. Последний подается в установку вместе со струей осветленной воды, поступающей на очистку через центральную трубу 2 и диффузор 5. Пройдя распределительные решетки 4, уголь задерживается взвешенным слоем, а очищенная вода отводится из верхней части установки через дырчатую затопленную кольцевую трубу 3. Применение принципа взвешенного слоя для адсорбции загрязняющих воду органических веществ, имеющих запах, позволяет решить задачу непрерывной смены адсорбента в установке, упрощает регенерацию отработанного активированного угля. Кроме того, при этом можно избежать заиливания слоя адсорбента и применять мелкие фракции активированного угля 0,,5 мм , что значительно сокращает время достижения адсорбционного равновесия. Адсорбция может осуществляться как в одном адсорбере, так и в блоке, состоящем из двух или трех последовательно включенных аппаратов. Уголь, выгруженный из углеуплотнителя первого по движению воды адсорбера, подвергается термической регенерации. Суспензия активированного угля через центральную трубу 5 подается под распределительную решетку второго яруса адсорбера, где смешивается с частично обработанной водой, выходящей из камеры первого яруса 2 через горловину 3. Над решеткой в камере 4 активированный уголь образует взвешенный слой. Очищенная вода отводится из верхней части адсорбера через кольцевой желоб. Неочищенная вода поступает в нижнюю часть адсорбера через эжектор 1, который подсасывает избыток активированного угля из камеры второго яруса по переливной трубе 6. Вода, смешенная в эжекторе с частично насыщенным загрязнениями углем, проходит распределительную решетку и образует нижний слой в камере первого. Очистка воды в этом случае происходит за счет разности концентраций растворенных веществ в необработанной и очищенной воде. Избыток взвешенного слоя отработанного активированного угля попадает в выносной углеуплотнитель 9. Этот процесс усиливается эжектированием обработанной воды из углеуплотнителя через трубу 7, снабженную регулирующим вентилем 8, в переливную линию. Для доочистки больших объемов малоконцентрированных сточных вод применяют открытые фильтры с высотой угольной загрузки м. Уголь укладывают на беспровальную решетку с колпачковым дренажным устройством или на слой гравия и мелкого щебня высотой 0,,5 м, расположенный на обычной решетке с отверстиями мм при шаге мм. Для перегрузки фильтров используют гидротранспорт. Для равномерного распределения сточной воды по сечению колонны используют различные устройства: Для обеспечения глубокой доочистки при одновременном полном использовании адсорбционной емкости угля в адсорберах с неподвижной загрузкой, сточные воды пропускают последовательно через несколько групп параллельно работающих адсорберов. Основным препятствием к широкому внедрению адсорберов с обновляющимся и кипящим слоем адсорбента является дефицит, а иногда и отсутствие дешевых монодисперсных сорбентов с высокой механической прочностью. Подача неосветленной воды на угольные фильтры приводит к быстрой кольматации верхнего слоя загрузки, сокращению интервала защитного действия фильтра и необходимости частых промывок. Очистка сточных вод от нефтепродуктов — одна из наиболее действенных мер защиты морей и внутренних водоемов от загрязнений. Хотя со временем эти вещества и подвергаются физическому и биологическому разрушению, тем не менее самые стойкие из них более токсичны в растворенном виде. Углеводороды нефти, в отличие от многих других веществ, способны проникать в жировую ткань водных организмов и накапливаться в ней без контакта с нефтеокисляющими бактериями, а затем попадать в продукты питания человека. Сорбция на активных углях — один из самых эффективных способов выделения из воды растворенных углеводородов нефти и защиты от них водоемов. Первые сорбционные установки по очистке сточных вод нефтеперерабатывающих заводов от нефтепродуктов были построены в гг. Как показывает опыт работы станции в г. Порвоо Финляндия , лучшие результаты достигаются при обработке содержащих нефть стоков по схеме: Более глубокая очистка достигается увеличением времени контакта угля и воды до мин. Целесообразно отделять от воды плавающие и эмульгированные нефтепродукты с тем, чтобы на сорбент подавалась вода, содержащая в основном растворенные нефтепродукты. Предварительно воду очищают в нефтеловушках и на фильтрах с пенополиуретановой загрузкой. В этих высокопроизводительных аппаратах сорбент регенерируют простым механическим отжатием. Плавающие и эмульгированные нефтепродукты могут быть удалены при коалесценции на загрузках из песка, антрацита, полипропилена и других. Он определяется как отношение времени защитного действия стандартного фильтра по гексану мин ко времени защитного действия этого фильтра по воде 7, мин. Сорбционная емкость ГАУ по нефтепродуктам достаточно велика. При сорбции из промысловых сточных вод на углях АР-3, АГН, АГ-5, АГ-3, КАД и ОУ она достигает: Лишь некоторые ПАВ и полупродукты их синтеза из высококонцентрированных растворов, содержащие ароматические кольца, сорбируются на АУ в больших количествах. Сорбцию на АУ можно использовать в качестве предварительной обработки высококонцентрированных сточных вод перед дальнейшей их БХО и реже перед ФХО. В этом случае из сточных вод хотят выделить биологически неокисляемые или токсичные органические примеси. Сорбционная предочистка сточных вод на АА после коагуляции позволяет снизить С 0 этого стока от Для очистки столь концентрированных стоков необходимо большое количество сорбента. Поверхностно-активные вещества ПАВ и красители — типичные загрязнители сточных вод. Сорбция из смеси красителей различного типа значительно хуже. Сложность очистки сточных вод текстильных предприятий обусловлена наличием в них разнотипных красителей, присадок и закрепителей с различными сорбционными характеристиками. Однако иные методы обесцвечивания этих стоков еще менее эффективны. Тем не менее применение АУ целесообразно: ПАВ извлекают сорбцией и из пены флотационной очистки. Практически во всех случаях можно добиться снижения концентрации ПАВ до уровней ПДК. Применяемые при обогащении полезных ископаемых катионные диэмульгаторы ПАВ также сорбируются ГАУ. При общей очистке стоков с переменным составом неэффективно использовать специфические сорбенты, обладающие селективными свойствами. С повышением эффекта очистки воды, особенно достижением низких ХПК очищенной воды, возрастает не столько расход сорбента, сколько размеры адсорберов. В очистке бытовых сточных вод на АУ, возможно, нет столь обширной статистики, как в промышленности, но близость состава стоков городов и населенных пунктов позволяет непосредственно сравнивать полученные аналогичные результаты. С начала х гг. Их было более Везде проектированию и строительству крупных станций предшествуют натурные эксперименты. Хотя для городских сточных вод себестоимость ФХО выше себестоимости БХО, качество получаемой воды удовлетворяет самым жестким нормам для семи длительно работающих установок: Общее осложнение в работе всех адсорберов для очистки бытовых стоков — образование сероводорода. Бороться с этим явлением можно эффективно с помощью частых промывок угля и преаэрации воды. Опытно-промышленные и пилотные установки по очистке бытовых вод на АУ с гг. В Кливленде на установке по классической схеме: В нашей стране также разрабатываются и строятся станции ФХО бытовых стоков. В них предусмотрены не только классическая схема: Сорбционная очистка бытовых и промышленных сточных вод на ПАУ по технологии существенно отличается от сорбции на ГАУ. Обычно для получения идентичных эффектов очистки воды дозы ПАУ больше доз ГАУ. Н m — длина зоны массопередачи, заключенной между слоями с С 0 и С пр ,. С 0 — концентрация загрязнений в воде, контактирующей с. С пр — максимально допустимая концентрация загрязнений в очищенной. Величина а 0 принимается по экспериментальным данным. Для уменьшения общего количества сорбента, загружаемого в установку, и для наиболее полного использования адсорбционной емкости угля применяют адсорберы с противоточным движением воды и угольной загрузки в плотном или псевдоожиженном виде. Среди физико-химических методов очистки сточных вод от нефтепродуктов лучший эффект дает сорбция на углях. Таким образом, сорбционные методы относятся к наиболее эффективным для глубокой очистки сточных вод от растворенных органических веществ. Применение технологических сточных вод в системе оборотного водоснабжения решает не только задачу экономии свежей воды, но и радикального оздоровления водоемов. В качестве сорбентов применяют различные пористые материалы: Эффективными сорбентами являются активированные угли различных марок. Наиболее рациональное направление фильтрования жидкости — снизу вверх, так как в этом случае происходит равномерное заполнение всего сечения колонны и относительно легко вытесняются пузырьки воздуха или газов, попадающих в слой сорбента вместе со сточной водой. У вас нет доступа к скачиванию файлов с нашего сервера. Привет студент Регистрация Войти Логин: Сорбционная очистка 0 Джон Голт от , К силам, обусловливающим физическую адсорбцию, относят молекулярные взаимодействия: В своей теории, развитой еще в г. Таким образом, на поверхности адсорбента образуется лишь мономолекулярный слой адсорбтива; - адсорбированные молекулы удерживаются на активных участках только в течение определенного времени. В результате флуктуации непрерывного колебания энергии молекулы могут оторваться от этих участков, и их место занимают новые молекулы; - взаимодействием между адсорбированными молекулами можно пренебречь. По способности адсорбироваться ионы могут быть расположены в следующие ряды, называемые лиотропными: Обменная адсорбция обладает следующими особенностями: Построение мицеллы представляют следующим образом рисунок 1: Эта установка рисунок 2 состоит из двух адсорбционных колонн, работающих попеременно. В трубе эта вода смешивается с углем. Для извлечения сорбированных веществ могут быть применены экстрагирование органическим растворителем, изменение степени диссоциации слабого электролита в равновесном растворе, отгонка адсорбированного вещества с водяным паром, испарение адсорбированного вещества током инертного газообразного теплоносителя. Бункер смонтирован на раме 10 с помощью пружин 2 и соединен с корпусом зубчатого барабанного питателя 6 брезентовым мехом 4, предотвращающим его вибрацию. Наиболее совершенная схема дозирования угольной суспензии представлена на рисунке 8. В этом случае активированный уголь переводится из одного адсорбера в другой против движения воды. Вместо блока адсорберов можно применять двухъярусный противоточный адсорбер рисунок Рисунок 10 — Схема двухъярусного противоточного адсорбера системы Л. Вода, смешенная в эжекторе с частично насыщенным загрязнениями углем, проходит распределительную решетку и образует нижний слой в камере первого яруса. Определяют общую площадь F общ , м 2 , параллельно работающих адсорберов по формуле 1: Число параллельно работающих адсорберов определяют по формуле 2: F адс — площадь поперечного сечения одного адсорбера, м 2. Общая высота угольной загрузки Н общ , м, последовательно работающих адсорберов: Величину u определяют экспериментально по результатам динамических опытов или ориентировочно по формуле 5: Определяют число последовательно работающих адсорберов обычно принимается не более 3: Н адс — высота угольной загрузки в одном адсорбере, м. Вычисляют продолжительность фильтроцикла одного адсорбера Т ф , ч, после окончания начального периода работы установки сут по формуле 7: Определим общую площадь F общ , м 2 , параллельно работающих адсорберов по формуле 1: Общую высоту угольной загрузки Н общ , м, последовательно работающих адсорберов определяем по формуле 3: Резервную высоту угольной загрузки Н р определяем по формуле 4: Определяем число последовательно работающих адсорберов по формуле 6: Вычисляем продолжительность фильтроцикла одного адсорбера Т ф , ч, по формуле 7: Преимуществами сорбционных методов являются: Недостатком сорбционной очистки сточной воды является: Методы и технические средства защиты гидросферы: Водоотводящие системы промышленных предприятий: Технология очистки природных вод: Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт как незарегистрированный пользователь. Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться либо войти на сайт под своим именем. О сайте В мире Экономика Религия Криминал Спорт Культура Инопресса Поддержка скрипта Расширенный поиск Все последние новости Мобильная версия сайта.
Главная Карта сайта Контакты Ссылки. Выпарные установки Требования ПДК. Сорбционные фильтры Угольные фильтры и процессы сорбции на активированном угле Сточные воды населенных пунктов образуются в результате жизнедеятельности людей - бытовые сточные воды фекальные отходы, остатки пищи, моющие вещества, частицы грунта, бытовой мусор и в производственной сфере - производственные сточные воды технологические отходы, остатки сырья. Бытовые сточные воды в каждом населенном пункте единообразны, а именно: Загрязнения в сточных водах находятся в виде взвесей, коллоидов и растворов. Органические загрязнения очень разнообразны и образуются за счет поступлений отходов жизнедеятельности человека и животных, поступления в воду остатков продуктов питания, сырья. В состав органических загрязнений входят жиры, белки, углеводы, клетчатка, спирты, органические кислоты и т. Содержание органических загрязнений в сточных водах определяется косвенными показателями: ХПК химическая потребность в кислороде и БПК биологическая потребность в кислороде. ХПК выражает количество кислорода, необходимое для полного химического окисления органических веществ загрязнений, находящихся в сточных водах. БПК выражает количество кислорода, необходимое для биологического окисления органических веществ бактериями в аэробных условиях без расхода кислорода на нитрификацию. БПКполн 75 Взвешенные вещества 65 Азот аммонийный 8 Фосфаты 3,3 из них 1,6 г - за счет моющих веществ СПАВ 2,5 Хлориды 9 Таким образом, концентрация загрязнений зависит только от величины водоотведения, которая соответствует степени благоустройства жилья. Особый вид загрязнения бытовых сточных вод - бактериальный. Сточные воды содержат большое количество бактерий, в том числе патогенных, и вирусов. Патогенные бактерии приспособлены к существованию в организме человека, животных, птиц. Попадая в сточные воды или непосредственно в водоем , часть этих бактерий гибнет из-за отсутствия специфического субстрата или оптимальной температуры. Часть бактерий сохраняет свою болезнетворную активность в сточной воде или воде водоема. В сточной воде могут содержаться туберкулезные бактерии, лептоспиры, бруцеллы, бактерии туляремии, вибрион холеры и т. Все эта бактерии сохраняются в воде в течение разного периода времени. Поэтому в качестве индикаторного показателя фекального загрязнения воды выбрана кишечная палочка Escherichia coli. Для хозяйственно-бытовых сточных вод характерно повышение содержания минеральных примесей, обусловленные за счет увеличения солей Na и появление в стоках фосфатов, нитратов и т. Требования к эффективности очистки сточных вод определяются общим состоянием природной среды и, в частности, качеством воды в водоемах и водотоках. Каждый водоем в естественном состоянии населен определенным сообществом организмов, состав и интенсивность энергетического обмена которого определяется климатическими и биотическими факторами. Ни одно сообщество организмов не бывает совершенно стабильным в течение времени. Отмирающие организмы непрерывно замещаются другими. В результате внешних воздействий может произойти появление в данном биоценозе других видов, более приспособленных к изменившимся условиям. Естественный процесс сукцессии обычно приводит к уменьшению количества воды в водоемах. Этот процесс ускоряется по мере уменьшения глубины водоема. В естественных условиях сукцессия происходит крайне медленно, в условиях интенсивного антропогенного воздействия "старение" рек и озер происходит в течение десятилетий вместо сотен и тысяч лет их естественной эвтрофикации - явления, заключающегося в повышении уровня продуктивности водных экосистем, сопровождающегося изменением видового состава гидробионтов. В основном этот процесс определяется поступлением в водоемы большого количества органических веществ и биогенных элементов, главным образом азота и фосфора. Самоочищающая способность рек и озер ограничена и при ее превышении накопление органических и биогенных загрязнений увеличивается прогрессивно, что может привести к полной потере способности водоема к самоочищению. Однако при современных масштабах загрязнения водной среды, плотности распределения его источников, увеличении количества и номенклатуры загрязняющих веществ проблемы самоочищения водоемов существенно обострились. В настоящее время в круговороте вещества и энергии в природе большое значение имеет потребление воды на питьевые и хозяйственные нужды, очистка образующихся сточных вод и сброс очищенной воды в водоем. В настоящее время перечень веществ, имеющих ограничение концентрации при сбросе в водоем, насчитывает более наименований, предъявляются требования к удалению биогенных элементов, главным образом азота и фосфора. Перечень основных предельно допустимых концентраций и показателей относительной опасности вредных веществ. Требования к условиям отведения сточных вод в поверхностные водоемы распространяются на существующие выпуски производственных, хозяйственно-бытовых сточных вод и поверхностного стока с территорий населенных мест и производственных объектов, сточные воды отдельно стоящих жилых домов и производственных зданий и т. Учитывая, что большинство водоемов в Российской Федерации в настоящее время отнесено к рыбохозяйственным, при разработке технологий и сооружений очистки сточных вод приходится ориентироваться на требования, предъявляемые к этой категории водоемов. Следует отметить, что в России по сравнению с другими странами к качеству очищенных сточных вод предъявляются наиболее высокие, часто чрезмерные требования. В этих условиях зачастую очищенная сточная вода должна быть чище питьевой, предусмотренной соответствующими ГОСТ на питьевую воду, а качество воды во многих, даже экологически благополучных водоемах не соответствует требованиям правил по охране водных ресурсов. Сопоставление требований по удалению из сточных вод органических загрязнений, взвешенных веществ и химических загрязнений для реальных условий выявит перечень ингредиентов, удаление которых является определяющим. Достижения науки и техники в настоящее время дают возможность разработать технологии очистки, позволяющие получить воду высокого качества, применяя механические, физико-химические и, в качестве основных, биологические методы. Требования к качеству очищенных сточных вод должны базироваться на соответствии экологической необходимости, экономической целесообразности и технологических возможностей. Завышенные требования к качеству очищенных вод часто приводят к противоположным результатам в области охраны водоемов от загрязнения. В других случаях затрачиваются финансовые и материальные ресурсы для осуществления глубокой очистки сточных вод, в то время как мощность очистных сооружений не обеспечивает полную биологическую очистку всех сточных вод населенного пункта. По современным требованиям к качеству очищенных сточных вод практически все отводимые сточные воды должны подвергаться глубокой очистке. Только после этого можно будет определить реальные нормативы сброса сточных вод в водоемы. Очистка сточных вод производится с целью снижения концентраций загрязнений, сбрасываемых в водоем, в пределах, ограничиваемых санитарно-гигиеническими нормативами. Критерии очистки сточных вод следует определять на основании самоочищающей способности водоема. Биологическая очистка осуществляется на биофильтрах или аэротенках. Физико-химическая очистка выполняется коагулированием бытовых сточных вод химическими реагентами с последующим отстаиванием и фильтрованием через зернистую загрузку. Качество бытовых сточных вод, после физико-химической и биологической очистки отличается незначительно по ХПК и БПКполн. Значительное различие отмечается по аммонийному азоту, фосфатам, ПАВ и взвешенным веществам. Удаление из сточных вод остаточных растворенных органических загрязнений может осуществляться с помощью сильных окислителей - озона, хлора, перманганата калия и др. Озон, являясь сильным окислителем, обладает способностью разрушать в водных растворах при нормальной температуре многие органические вещества. При озонировании окисляются многие устойчивые к биологическому разрушению органические вещества, в том числе "биологически жесткие" ПАВ. Наиболее интенсивно окисление ПАВ протекает при высоком значении рН и повышенной температуре. С уменьшением концентрации ПАВ в растворе снижается скорость их окисления и особенно резко при концентрации, при которой прекращается пенообразование. При озонировании окисляются как растворенные, так и взвешенные органические вещества, присутствующие в сточной воде. Так как взвешенные вещества можно удалить из воды более простыми техническими средствами, для снижения расхода озона целесообразно применять озонирование на завершающей стадии глубокой очистки сточных вод после максимального удаления из воды взвесей. По сравнению с другими окислителями например, хлором озон имеет ряд преимуществ: Поэтому озон является перспективным окислителем в технологии глубокой очистки сточных вод. Адсорбция, то есть поглощение загрязнений поверхностью твердого тела, осуществляется за счет диффузии молекул органических веществ через жидкостную пленку, окружающую частицы адсорбента, к его поверхности при перемешивании жидкости и далее внутренней диффузии молекул, скорость которой определяется строением адсорбента и размером молекул сорбируемого вещества. Сорбцию экономически целесообразно применять при низких концентрациях загрязнений, то есть 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. 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: При сорбции на уголь не должна поступать вода, содержащая взвешенные и коллоидные вещества, экранирующие поры активного угля. Уголь, исчерпавший свою сорбционную способность емкость регенерируется или полностью заменяется. 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 происходит синергический эффект. Озон разрушает макромолекулы, а затем активный уголь сорбирует продукты частичного разложения в 1, 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, во-вторых, в результате воздействия озона на макромолекулы их молекулярный вес и размеры уменьшаются, и они могут сорбироваться в истинных микропорах активного угля. При хлорировании воды с последующей сорбцией на активном угле происходит удаление аммонийного азота. Однако, этот метод разработан слабо, требуется его изучение и определение технологических параметров процесса. Коагуляция - процесс нейтрализации отрицательного заряда коллоидных частиц загрязнений, присутствующих в воде, и образование относительно крупных частиц хлопьев , способных в осаждению. При введении в воду солей алюминия или железа переход их в гидроокись осуществляется через ряд промежуточных соединений в результате реакции с гидроксильными ионами и полимеризации. Промежуточные продукты гидролиза оказываются более эффективными для удаления загрязнений, чем конечный продукт. Время существования промежуточных продуктов гидролиза очень мало и не превышает 1 с, поэтому так важно обеспечить интенсивное быстрое перемешивание для вступления в контакт с коагулянтом наибольшего количества загрязнений до окончания реакции гидролиза и полимеризации. В практике очистки сточных вод это обеспечивается распределением коагулянта в обрабатываемой воде в зоне наибольшей турбулентности потока при времени быстрого смешения с и среднем градиенте скорости с. Последующий процесс хлопьеобразования проходит в течение мин. Увеличение продолжительности быстрого смешения приводит к разрушению хлопьев и ухудшению эффекта осветления воды. Добавление флокулянтов водорастворимых органических флокулянтов неионогенного, анионного и катионного типов, например, полиакриламида, Суперфлока А и пр. Реагентная обработка является в настоящее время основным способом удаления из сточных вод соединений фосфора. При введении традиционных минеральных коагулянтов: Технологическая схема двухступенчатой доочистки сточных вод включает в себя приемный резервуар 2. Очищенная на песчаных фильтрах вода собирается в приемный резервуар 7. На сорбционные фильтры 11 вода из распределительной камеры подается снизу вверх. При подаче сточных вод в распределительные камеры 5 и 10 часть воды переливается и отводится по трубопроводам 4 и 9 в приемные резервуары, где происходит перемешивание исходной жидкости. Первая ступень фильтра загружена песком с диаметром зерен 1,8 мм и высотой 0, м. Период между регенерацией загрузки фильтра зависит от концентрации взвешенных веществ и составляет 9,,1 ч. Продолжительность промывки составляет 7 мин. Продолжительность водовоздушной промывки составляет 6 мин. Крупность зерен загрузки мм. Продолжительность промывки принимается мин. И уточняется в процессе эксплуатации фильтров. Фильтроцикл составляет 24 часа. Продолжительность работы сорбционных фильтров до регенерации — от 3 до 4 суток. Крупность зерен загрузки 1,5 мм. Продолжительность промывки принимается 10 мин. Сорбционный фильтр, загружается активированным углем АГ Расчет сорбционных фильтров выполняется в соответствии с рекомендациями. Площадь сорбционных фильтров, м 2 ,. Продолжительность работы адсорбционных установок до проскока определяется по формуле, ч:. Период работы загрузки адсорбционных фильтров до ее замены определяется продолжительностью рабочего периода фильтров. Рабочий период эксплуатации фильтров зависит от количественных и качественных показателей исходной воды и адсорбционной емкости активированного угля. Продолжительность эксплуатации фильтров до замены загрузки составляет 1, года. Фактическая продолжительность работы фильтров уточняется в процессе эксплуатации станции очистки. Самый распространенный сорбент - активированный уголь. Применение угольных фильтров позволяет частично очистить воду от растворенной органики, солей тяжелых металлов, микроорганизмов свободного хлора, в то же время сохранив в воде полезные вещества. Но у систем такого типа есть свои недостатки. Пока поглотительный элемент новый, система работает прекрасно. Но со временем микроорганизмы накапливаются на поверхности сорбента и начинают там размножаться. В таком случае вода на выходе может стать даже более загрязненной, чем на входе. Иногда, чтобы избежать такой ситуации, сорбент покрывают серебром, но серебро не убивает микроорганизмы, а лишь препятствует их размножению на поверхности сорбента. Кроме того, со временем сорбент насыщается, и его необходимо заменять. Эффект сорбции существенно повышается при сочетании его с озонированием. При совместном проведении сорбции и озонирования эффективность сорбции на угле в 1, раза выше, чем без предварительного окисления. Вся информация на данном сайте защищена авторскими правами. Очистка промышленных сточных вод Вакуумные технологии Мембранные технологии Обратный осмос Установки нанофильтрации Установки ультрафильтрации Установки микрофильтрации Электрофлотаторы Жидкостная экстракция и SX-EW Ионообменные технологии Фильтр прессы Выпарные установки Требования ПДК. Показатель относительной опасности сброса вещества в водоемы, усл. Сорбционный фильтр, загружаемый углем АГ Сорбционный фильтр, загружаемый углем КАД йодным. Сорбционный фильтр, загружаемый ТАУ углем.
https://gist.github.com/18652e7ac60115c0035590c8176f04c6
https://gist.github.com/9a73cadc3b73b410b470afb129d0fa15
https://gist.github.com/17fbb499245796aecabefcdfe9a988f0