Сорбційний метод очищення стічних вод. Сучасні наукомісткі технології

РЕФЕРАТ

Обговорюються сорбційні і іонообмінні методи очищення стоків, діапазон концентрацій забруднювачів для адсорбційного способу. Обговорюються ряд сорбентів. Процеси регенерації.

Ключові слова:

застосування

Відомо що адсорбційні методи застосовують в водопідготовки, в водоочистці для глибокої очищення стічних вод від розчинених органічних речовин після біологічної очистки, в локальних установках по очищення стоків, Якщо концентрація цих речовин у воді невелика і вони біологічно не розкладаються або є дуже токсичними і в гідрометалургії. Верхня межа застосування сорбційних методів 1000 мг / л. Нижня межа застосування 5 мг / л. Застосування локальних установок вважається доцільним, якщо речовина добре адсорбуєтьсяпри невеликому питомій витраті адсорбенту, А концентрація забруднювача наближається до верхньої межі. Системи сорбційної доочистки працюють при низьких концентраціях забруднювача (до 100 мг / л), високої лінійної швидкості стоку і високих коефіцієнтах розподілу сорбата в сорбенте в порівнянні з розчином. застосовують сорбціюдля знешкодження стічних вод від фенолів, гербіцидів, пестицидів, ароматичних нітросполук, ПАР, барвників, важких металів і ін. Перевагою методу є висока ефективність, можливість очищення стічних вод містять ряд токсичних речовин, а також для вилучення і рекуперації цих речовин. На ринку є найрізноманітніші сорбенти. адсорбційна очищення стічних вод може бути регенеративної, з витяганням речовини з адсорбенту і його утилізацією. Вона може бути деструктивною, при якій витягнуті з стічних вод речовини знищуються разом з адсорбентом. ефективність адсорбційної очистки стоків досягає 80-95% і залежить від хімічної природи адсорбенту, Величини адсорбційної поверхні і її доступності, від хімічної будови речовини-забруднювача і хімічної форми його знаходження в середовищі. Ми застосовуємо переважно регенеративную сорбционную очистку стоків, З оригінальними методами регенерації і елюіруются середовищами.

адсорбенти

В якості сорбентів використовують самі різні речовини: активні вугілля, синтетичні сорбенти і деякі відходи виробництва (золу, шлаки, опоки, тирса та ін.). мінеральні сорбенти - глини, силикагели, Алюмогели і гідроксиди металів застосовують для адсорбції різних речовин з стічних вод порівняно рідко, так як енергія взаємодії їх з молекулами води велика і іноді перевищує енергію адсорбції. Найбільш універсальними з адсорбентів є активне вугілля, однак вони повинні володіти певним комплексом властивостей. Активні вугілля повинні слабо взаємодіяти з молекулами води і добре - з органічними речовинами, бути щодо Великопористий (з ефективним радіусом адсорбційних пір в межах 0,8-5,0 їм, або 8-50 А), щоб їх поверхня була доступна для органічних молекул . При малому часу контакту зі стічною водою вони повинні мати високу адсорбционную ємність, високу селективність і малу утримуючу здатність при регенерації. при дотриманні останнього умови витрати на реагенти для регенерації вугілля будуть невеликими. Вугілля повинні бути механічно міцними, швидко смачиваться стоком, мати монодисперсні гранулометричний склад. В процесі очищення стоків використовують дрібнозернисті адсорбенти з частинками розміром 0,25-0,5 мм і високодисперсні вугілля з частинками розміром менше 40 мкм. Вугілля повинні мати малу каталітичної активністю по відношенню до реакцій окислення, конденсації і ін., Так як деякі органічні речовини, Що знаходяться в стічних водах, Здатні окислюватися і осмолу при проходженні стоку. Ці процеси прискорюються каталізаторами. Насмілилися речовини забивають пори адсорбенту,що ускладнює його низькотемпературну регенерацію. Нарешті, вони повинні мати низьку вартість, не зменшувати адсорбційну ємність після регенерації і забезпечувати велику кількість циклів роботи. Сировиною для активного вугілля може бути практично будь-який вуглецевмісний матеріал: вугілля, деревина, полімери, відходи харчової, целюлозно-паперової та інших галузей промисловості. Адсорбційна здатність активного вугілля є наслідком сильно розвиненою поверхні і пористості. Карбохроми і карбопакі є гранульовані вуглецеві сорбенти. Вони відносяться до шірокопорістим матеріалами, їх питома поверхня від 10 до 100 м 2 / г (А.В.Кіселев, Д.П.Пошкус, Я.І.Яшін Молекулярні основи адсорбційної хроматографіі.-М.: Хімія, 1980). Вони володіють високою сорбційною здатністю, механічно міцні, але настільки дороги, що застосовуються тільки в хроматографії. В очищенні стічних вод до сих пір застосовують вугілля, хоча створені набагато більш ефективні матеріали.

Основи процесу адсорбції

Речовини, добре адсорбовані з стічних вод активованим вугіллям, мають опуклу ізотерму адсорбції, А погано адсорбуються - увігнуту. Ізотерми адсорбції речовини, що знаходиться в стічній воді, Визначають дослідним шляхом. Якщо в стічній воді присутні кілька компонентів, то для визначення можливості їх спільної адсорбції для кожної речовини знаходять значення стандартної диференціальної вільної енергії і визначають різницю між максимальним і мінімальним значенням. Якщо різниця більше деякого критичного значення, спільна адсорбція всіх компонентів можлива. Якщо ця умова не дотримується, то очищення проводять послідовно в кілька ступенів. швидкість процесу адсорбції залежить від концентрації, природи і структури розчинених в стоці речовин, температури води, виду і властивостей а адсорбенту. У загальному випадку процес адсорбції складається з трьох стадій: перенесення речовини з стічної води до поверхні зерен адсорбенту (Внешнедіффузіонная область), власне адсорбційний процес, Перенесення речовини всередині зерен адсорбенту (Внутрідіффузіонная область). Прийнято вважати, що швидкість власне адсорбції велика і не лімітує загальну швидкість процесу. Отже, лимитирующей стадією може бути зовнішня або внутрішня дифузія. У деяких випадках процес лімітується обома цими стадіями. У внешнедіффузіонной області швидкість масопереносу в основному визначається інтенсивністю турбулентності потоку, яка в першу чергу залежить від швидкості рідини. У внутрідіффузіонной області інтенсивність масопереносу залежить від виду і розмірів пор адсорбенту, від форм і розміру його зерен, від розміру молекул адсорбирующихся речовин, від коефіцієнта массопроводності. З огляду на всі ці обставини, визначають умови, при яких адсорбційна очистка стічних вод йде з оптимальною швидкістю. Процес доцільно проводити при таких гідродинамічних режимах, щоб він лімітувався у внутрідіффузіонной області, опір якої можна знизити, змінюючи структуру адсорбенту і зменшуючи розміри зерна. Для орієнтовних розрахунків рекомендується приймати такі значення швидкості і діаметра зерна адсорбенту: Швидкість 1,8 м / ч і розмір часток 2,5 мм. При значеннях менше зазначених, процес лімітується по внешнедіффузіонной області, при великих значеннях - у внутрідіффузіонной.

адсорбційні установки

процес адсорбційної очищення стічної води ведуть при інтенсивному перемішуванні адсорбенту з водою, при фільтруванні води через шар адсорбенту або в псевдозрідженому шарі на установках періодичної і безперервної дії. при змішуванні адсорбенту зі стічною водою використовують активоване вугілля у вигляді частинок 0,1 мм і менше. Процес проводять в одну або кілька ступенів. Зверху подають 15-20% -ю вугільну суспензію, а знизу стічну воду. Надлишок вугілля відводять до збірки.

Ми виробляємо і постачаємо безнапірні сорбційні модулі Альфа-7ХС, а також різні напірні фільтра. безнапірні адсорбер мають зручну верхнє завантаження, що є перевагою при сильній забрудненості стоків, коли потрібно провести глибоку регенерацію сорбенту.

регенерація адсорбенту

Найважливішою стадією процесу ад-сорбційної очистки стоку є регенерація активного вугілля. Адсорбовані речовини з вугілля отримують десорбцией насиченою або перегрітою водяною парою або нагрітим інертним газом. Температура перегрітої пари при цьому (при надмірному тиску 0,3-0,6 МПа) дорівнює 200-300 ° С, а інертних: газів 120-140 ° С. Витрати пари при отгонке легколетких речовин дорівнює 2,5-3 кг на 1 кг відганяє речовини, для висококиплячих в 12,5-30 кг. Після десорбції пари конденсують і речовина витягають з конденсату. Для регенерації вугілля може бути використана і екстракція (Рідкофазний десорбція) органічними низькокиплячими і легко переганяється з водяною парою розчинниками. При регенерації органічними розчинниками (метанолом, бензолом, толуолом, дихлоретаном та ін.) Процес проводять при нагріванні або без нагрівання. Після закінчення десорбції залишки розчинників з вугілля видаляють гострим паром або інертним газом. для десорбції адсорбованих слабких органічних електролітів їх переводять в диссоциированного форму. При цьому іони переходять в розчин, укладений в порах вугілля, звідки їх вимивають гарячою водою, Розчином кислот (для видалення органічних підстав) або розчином лугів (для видалення кислот). При цьому за рахунок іонізації молекули сорбата отримують заряд і за рахунок цього десорбируются. У деяких випадках перед регенерацією адсорбована речовина шляхом хімічного перетворення переводять в іншу речовину, яке легше витягується з адсорбенту. У тому випадку, коли адсорбовані речовини не становлять цінності, проводять деструктивну регенерацію хімічними реагентами (окисленням хлором, озоном або термічним шляхом). Термічну регенерацію проводять в печах різної конструкції при температурі 700-800 ° С в безкисневому середовищі. Регенерацію ведуть сумішшю продуктів горіння газу або рідкого палива і водяної пари. Вона пов'язана з втратою частини вуглецевого сорбенту (15-20%). розробляються біологічні методи регенерації вугілля, при яких адсорбовані речовини біохімічно окислюються. Цей спосіб регенерації значно подовжує термін використання сорбенту, але тривалий і трудомісткий.

приклади адсорбційної очистки

адсорбційна очищення стічних вод від нітропродуктов, зміст яких у воді знаходиться в межах 1400 мг / л, проводять вугіллям КАД до залишкового їх змісту не більше-20 мг / л. Вугілля регенерують розчинниками (бензолом, метанолом, етанолом, метіленхлорідом). Розчинник і нітропродукти поділяють перегонкою. Залишки розчинника з вугілля видаляють гострим паром. Для вилучення фенолів з стічних вод використовують активоване вугілля різних марок. Високою поглинальною здатністю мають селективні сільнокарбонізірованние малозольні вугілля з високою пористою структурою, а також вугілля марок ИГП-90, КАД (йодний), БАУ, ОУ (сухий), АГ-3, АП-3. Ступінь вилучення фенолів цими вугіллям змінюється від 50 до 99%. Сорбційна ємність зменшується з підвищенням рН середовища і при рН \u003d 9 становить 10-15%. При концентрації фенолів до 0,5 г / л величина адсорбції відповідає експонентної залежністю. Регенерацію вугілля проводять термічним способом в многоподових печах або печах з киплячим шаром при температурі 870-930 ° С. При цьому втрачається 10-15% адсорбенту. При регенерації вугілля розчинниками (етиловим ефіром, бензолом, лугом) регенерація досягає відповідно 85, 70 і 37%. Можливо видалення фенолів з вугілля та аміачною водою.

В деяких випадках очистку стічних вод від фенолів можливо проводити із застосуванням таких сорбентів, як діатоміти, трепел, шлаки, кокс, торф, силікагель, кварцовий пісок, керамзит, керамікуліт і ін. Однак адсорбційна ємність їх мала. Для силікагелю вона становить 30%, а для напівкоксу всього 6%. Практично повної дефенолізаціі стічних вод досягають, використовуючи в якості сорбенту сульфат заліза, модифікований поліакриламідом і карбоксиметилцелюлозою. Лігнін, просочений хлорним залізом, здатний сорбувати до 92% -феноли при концентрації останнього 3-9 мг / л. Активні вугілля у вигляді порошків застосовні для видалення з води хлорорганічних пестицидів до їх залишкової концентрації 10 -б мг / л. Найбільшу ємність мають вугілля ОУ-А, КАД, БАУ, СКТ. Адсорбційна очистка стічних вод виробництва інсектицидних препаратів «Прима-7» і «Дихлофос» від токсичних компонентів до гранично допустимих концентрацій досягається при питомій витраті вугілля АГ-3 -0,06 г / л і швидкості фільтрування 2 м / ч. Для видалення невеликих кількостей ПАР з стічних вод (не більше 100-200 мг / л) використовують адсорбционную очищення активованим вугіллям АГ-5 і БАУ, адсорбційна ємність яких по ОП-10 15%. Крім того, можна застосовувати активний антрацит (ємність - 2%) і природні сорбенти (торф, глини, буре вугілля і ін.), А також шлак і золу, сорбційна ємність яких залежить від рН середовища. Наприклад, аніонні ПАР сорбируются шлаком найкраще в нейтральному середовищі. Найбільш ефективно процес протікає в разі, якщо ПАР знаходиться в розчині у вигляді міцел. процес очищенняпроводять в фільтраційних колонках з нерухомим шаром вугілля, пропускаючи воду знизу вгору зі швидкістю 2-6 м / с. Попередньо з води повинні бути видалені зважені речовини. Регенерацію вугілля проводять гарячою водою, водними розчинами кислот (для видалення катіонообменних ПАР) або лугів (для видалення аніоноактівних ПАР), а також органічними рідинами, що розчиняють ПАР. Для адсорбції ПАР можуть бути використані опади гідроксидів алюмінію і заліза, сульфіди міді і фосфати кальцію, які утворюються при додаванні в стічну воду коагулянтів. Свежевиделенние гідроксиди мають великопористу структуру. Питома поверхня їх пір складає 100-400 м 2 / Г. При вивченні процесу адсорбції ОП-7 гідроксидом алюмінію встановлено, що ізотерми мають складну криву, що складається з трьох ділянок. При збільшенні рН стічної води сорбція ОП-7 цим адсорбентом зменшується. На адсорбцію також впливає зміст у стічній воді електролітів і маса сорбенту. Введення в стічну воду поліакріламяда інтенсифікує процес випадання пластівців гідроксидів і збільшує їх адсорбіонную ємність. Перевага вуглецевих сорбентів - порівняно низька вартість. Недолік їх полягає в схильності до механічного руйнування, окислюваність. Вугілля погано сорбують полярні речовини. Гранульовані вуглецеві сорбенти мають високу вартість. Низька щільність і гидрофобность сильно ускладнює укладання сорбенту в шар, внаслідок чого колонки з ними мають низьку кількість теоретичних тарілок. В останні роки з'явилися сорбенти, в яких поєднуються високі сорбційні властивості, низьку вартість, високу щільність і здатність сорбувати полярні речовини. Зокрема до них відноситься сорбент ОДМ.сорбент ОДМ - гранульований фільтруючий матеріал теракотового кольору (світло-оранжевого) виготовлений з природної сировини, з вмістом основних компонентів: SiО2 до 84%; Fe 2 Про 3 не більше 3.2%; Al 2 О 3 , MgО, СаО - 8%. Токсичність водної витяжки відповідає санітарним вимогам.

Середня насипна маса, кг / м 3: 680-720.

Питома поверхня, м 2 / г: 120-180.

Повна сорбційна ємність, г / г: 1.3.

Вологоємність,%: 80-95.

Умовна механічна міцність,%: 0.85.

Ізмельчаемость,%: 0.22.

Стираність,%: 0.09.

Загальна пористість,%: 80.

Обсяг внутрішніх пір, см 3 / г: до 0.6.

Вогнетривкість, оС 1400.

Маслоємність по нафтопродуктам, мг / г: 900.

Ионообменная ємність, мгекв / г: до 1.2 по розчиненим солям Cr, Ni та ін. Важких металів.

Ионообменная ємність по CaO, MgO, мг / г: до 950.

Коефіцієнт розподілу радіонуклідів становить 103-104.

Токсичність водної витяжки задовольняє гігієнічним вимогам.

Питома ефективність природних радіонуклідів не більше, Бк / кг: 80.

Область застосування: при рН 5-10.

Пористість межзерновая,%: 42-52.

Сорбційна ємність в статичних умовах, мг / г (Динамічна активність, мг / г):

Алюміній -до 1.5 (700);

Залізо - до 9.0 (850);

Нафтопродукти - до 9.0 (170);

Фенол - до 16.0.

Матеріал хімічно стійкий, механічно стійкий, змочується водою і може регенеруватися прокаливанием до температури 600 0 С.

Багаторічний досвід застосування сорбенту ОДМ в комплексах очищення стічних вод Альфа підтвердив незмінно високі сорбційні якості сорбенту. Сорбент ми успішно поставляли від Уралу до Чукотки, він витримує вплив низьких температур. Підвищені сорбційні властивості проявляються при його застосуванні після впливу на стоки електрохімічної деструкції в електрореакторних модулях.

Крім очищення стоків, сорбентуспішно експлуатувався на водопідготовки, зокрема на Іркутськом пивзаводі, причому в жорстких умовах, на гарячій воді.

З огляду на складну ситуацію з питною водою на більшій частині території Росії, такий матеріал актуальний для водопідготовки. Бажана область застосування - водопідготовка природних вод, що містять домішки заліза, помірні концентрації солей жорсткості і суспензії.

Для правильної експлуатації сорбентівпотрібно знати їх властивості, володіти НОУ-ХАУ по застосуванню їх для конкретного типу стічної води. Ми вивчали сорбенти в нашій лабораторії, набирали досвід застосування їх в ході налагоджувальних робіт і дослідної експлуатації. Тому ми здатні здійснити сорбционную очищення стічної води в стислі терміни і з високою якістю.

З питань оснащення очисних споруд сорбентами, умов їх експлуатації можна проконсультуватися з автором даної публікації по електронній пошті [Email protected]

Для здійснення самого процесу сорбційної очистки ми застосовуємо як напірні, так і безнапірні фільтри-адсорбер, виконані в пластиці, нержавсталі. При вмілому комбінрованіі тих і інших в повній мірі проявляються їх переваги. Зокрема безнапірні адсорбер Альфа-8ХС з прозорою верхньою кришкою дають можливість спостерігати за процесом сорбції, відбирати проби адсорбенту, бисть витягувати і промивати сорбент і вони кращі за високих питомих навантаженнях на фільтруючий матеріал. Тоді як напірні адсорбер працюють на малих концентраціях в автоматичному режимі і забезпечують більшу ефективність сорбції.

Крім стандартних сорбентів ми маємо можливість виготовляти сорбенти спеціальні, високоселелектівние, налаштовані на певний сорбат

Матеріали, опубліковані на сайті захищені відповідно до закону про авторські права Закон РФ від 9 липня 1993 р N 5351-I "Про авторське право і суміжні права" (зі змінами від 19 липня 1995 року, 20 липня 2004 року) і не можуть бути використані без дозволу автора.

Ключові слова: очисна система, очисні споруди, сорбент, сорбція, очищення стоків, ионит, катионит, анионит, амфоліт, сорбат, регенерація

Введение ........................................................................ .... 3

Способи очитки стічних вод ............................................. ... 4

Сорбційні способи очищення ............................................. 6

Висновок ..................................................................... ..12

Список літератури ............................................................ 13

Вступ

Стічна вода є сприятливим середовищем для розвитку різноманітних мікроорганізмів, в тому числі і патогенних, які є збудниками і розповсюджувачами інфекційних захворювань. Забруднюючи навколишнє середовище, стічні води одночасно створюють умови для виникнення різних хвороб людини і епідемій. Крім того, в стічних водах можуть міститися токсичні речовини (кислоти, луги, солі та ін.), Здатні викликати отруєння живих організмів і загибель рослин. Стічні води повинні віддалятися з населених пунктів, Міст і промислових підприємств. Перед скиданням у водойми їх слід піддавати очищенню, в іншому випадку поверхневі водойми і підземні джерела води опиняться забрудненими і використання їх для водопостачання та господарсько-побутових цілей буде неможливо.

У річках та інших водоймах відбувається природний процес самоочищення води. Однак він протікає повільно. Доки промислово-побутові скиди були невеликі, річки самі справлялися з ним. У зв'язку з різким збільшенням відходів водойми вже не справляються з таким значним забрудненням. Виникла необхідність знешкоджувати, очищати стічні води і утилізувати їх.

Очищення стічних вод - обробка стічних вод з метою руйнування або видалення з них шкідливих речовин. Звільнення стічних вод від забруднення - складне виробництво. У ньому, як і в будь-якому іншому виробництві є сировина (стічні води) та готова продукція (очищена вода).

Способи очитки стічних вод

Очищення стічних вод - це руйнування або видалення з них забруднюючих речовин, знезараження і видалення патогенних організмів.

Існує велике різноманіття методів очищення, які можна розділити на наступні основні групи по основним використовуваним принципам:

- механічні Вони засновані на процедурах проціджування, фільтрування, відстоювання, інерційного поділу. Дозволяють відокремити нерозчинні домішки. За вартістю механічні методи очищення відносяться до одних з найдешевших методів.

- хімічні Застосовуються для виділення зі стічних вод розчинних неорганічних домішок. При обробці стічних вод реагентами відбувається їх нейтралізація, знебарвлення і знезаражування. У процесі хімічної очистки може накопичуватися досить велика кількість осаду.

- фізико-хімічні При цьому використовуються процеси коагуляції, окислення, сорбції, екстракції, електролізу, ультрафільтрації, іонообмінного очищення, зворотного осмосу. Це високопродуктивний спосіб очищення, що відрізняється високою вартістю. Дозволяє очистити стічні води від дрібно- і грубодисперсних часток, а також розчинених сполук (за винятком істинно-розчинених сполук - наприклад, солей).

- біологічніВ основі цих методів лежить використання мікроорганізмів, що поглинають забруднювачів стічних вод. Застосовуються біофільтри з тонкою бактеріальної плівкою, біологічні ставки з населяють їх мікроорганізмами, аеротенки з активним мулом з бактерій і мікроорганізмів.

Часто застосовуються комбіновані методи, які використовують на кількох етапах різні методи очищення. Застосування того чи іншого методу залежить від концентрації і шкідливості домішок.

Сорбційні способи очищення

Сорбція є одним з універсальних способів глибокого очищення від розчинених органічних речовин стічних вод таких виробництв, як коксохімічні, сульфат-целюлозні, хлорорганічні, синтезу напівпродуктів, барвників та ін. Для видалення органічних речовин, які визначаються величиною ВПК, придатна біологічна очистка. Для видалення стійких органічних речовин, що визначаються ГПК, біологічна очистка не є ефективною. Навіть добре очищені стічні води після біологічного очищення мають забруднення органічними речовинами, величина яких по ГПК дорівнює 20-120 мг / л. Ці речовини включають таніни, лігніни, ефіри, протеїнові речовини та інші органічні забруднення, мають кольоровість і запахи, пестициди, такі, як ДДТ, і ін. Сорбционная очищення стічних вод використовується як до біологічної очистки, так і після неї. В останнім часом досліджується можливість заміни біологічної очистки виробничих і побутових стічних вод сорбційної очищенням.

На відміну від біохімічного процесу коливання температури і вплив токсичності для сорбції не мають такого великого значення, крім того, легше вирішуються питання видалення осаду і автоматизації, складні для станцій біологічної очистки. Застосовуються три типи сорбції.

адсорбція - поглинання речовини поверхнею найчастіше твердого поглинача. Апарати, в яких відбувається адсорбція, називаються адсорберами.

абсорбція- поглинання, що супроводжується дифузією поглиненої речовини в глиб сорбенту з утворенням розчинів. У більшості випадків абсорбції поглиначем є рідина. Апарати, в яких відбувається цей процес, називаються абсорберами, або скрубберами.

хемосорбція - адсорбція, супроводжується хімічним впливом поглинається речовини з сорбентом. Хемосорбція застосовується в техніці при поглинанні діоксиду вуглецю, оксиду азоту, аміаку і т. П. Процес здійснюється зазвичай в баштах, заповнених пористою насадкою, через яку фільтрується очищається стічна вода.

В якості сорбентів застосовують різні штучні і природні пористі матеріали: активоване вугілля, золу, коксову дрібниця, силикагели, алюмогели, активні глини і землі. Останні становлять великий клас природних сорбентів, які мають значну поглинальною здатністю без жодної додаткової обробки, що є їх перевагою перед штучними сорбентами.

Найбільш важливими показниками сорбентів є пористість, структура пір, хімічний склад.

За структурою пористої поверхні сорбенти поділяються на дрібнопористі, великопористі і змішані. Величина сорбційної потенціалу вище у дрібнопористих сорбентів, однак, вони не завжди виявляються доступними для поглинання забруднень стічних вод. Активоване вугілля, як правило, є доступними для поглинання молекулярно-розчинених речовин. Природні сорбенти (туфи, діатоміти) здатні поглинати групи молекул.

Завдяки хімічному спорідненості сорбентів до вилученими забруднень найбільш часто зустрічаються вуглецеві сорбенти доцільно застосовувати для видалення з води недіссоцііруемих або слабо-діссоцііруемих речовин органічного походження.

Активність сорбенту характеризується кількістю поглинається речовини в кг на 1 м 3 або 1 кг сорбенту; активність може бути виражена в частках або відсотках від маси сорбенту.

Статичної активністю сорбенту називається максимальна кількість речовини, поглиненого до моменту досягнення рівноваги одиницею об'єму або маси сорбенту при постійній температурі води і початкової концентрації речовини.

Динамічної активністю сорбенту називається максимальна кількість речовини, поглиненого одиницею маси або об'єму сорбенту до моменту появи сорбуючого речовини в фільтраті при пропущенні стічної води через шар сорбенту. Динамічна активність завжди нижче статичної. Так, наприклад, в адсорберах промислового типу динамічна активність активованого вугілля становить 45 - 60% статичної.

Адсорбція гранульованим активованим вугіллям здійснюється в насипних фільтрах або в апаратах з псевдозрідженим вугілля.

Фільтрування через нерухомий шар активованого вугілля в насипних фільтрах проводиться зверху вниз або знизу вгору (рис. 1.).

Мал. 1. Схема адсорбційної доочистки з використанням активованого антрациту

Потоки: I - стічна вода на очищення; II - регенерований антрацит; III - активоване антрацит; IV- стічна вода на іонообмінні фільтри; V - свіжий антрацит на активацію; VI - водяна пара; VII - природний газ; VIII- димові гази; 1 - адсорбер; 2,3 піч відповідно регенерації і активації антрациту

У цьому випадку передбачається попереднє очищення стічної води від зважених речовин на піщаних фільтрах, так як присутність їх в кількості більше 10 г / м 3 викликає швидке наростання втрат напору в сорбційних фільтрах. Найбільш часто практикується послідовна робота сорбційних фільтрів зі швидкостями фільтрування води від 1-2 до 5-6 м / ч через завантаження з розміром зерен від 1,5-2 до 5 6 мм. Фільтри з нерухомим шаром вугілля найбільш раціонально застосовувати при регенеративної очищення цехових стічних вод. При десорбції, здійснюваної хімічними розчинниками або парою, досягається не тільки відновлення сорбційної здатності вугілля, але і витяг продукту, що має технічну цінність.

В апаратах з псевдозрідженим активованого вугілля стічна вода подається від низу до верху зі швидкостями 7-10 м / ч. При цьому вугілля з розміром частинок 0,5-1 мм перемішується висхідним потоком води і в міру насичення переміщається від верхніх тарілок до нижніх. Дрібні зважені частинки забруднень стічних вод виносяться з адсорбера і можуть бути видалені спільно зі стоками інших цехів на загальних очисних спорудах. Таке очищення стічних вод висуває підвищені вимоги до активованого вугілля, оскільки він піддається значному стирання при псевдозріджених і гідротранспортування.

Адсорбція порошкоподібною активованим вугіллям. Зменшення розміру часток активованого вугілля мало впливає на граничну ємність сорбенту, але дуже сильно впливає на швидкість адсорбції. Порошкоподібний активоване вугілля з розміром частинок близько 10 мкм досягає 90% рівноважного стану менш ніж за 19 хв, в той час як для гранульованого вугілля буде потрібно кілька днів.

Процес очищення з використанням порошкоподібного вугілля протікає в декілька ступенів. На кожному ступені здійснюються перемішування активованого вугілля зі стічною водою і реагентом (поліелектроліти), пластівців і відстоювання. Стічна вода з відстійника останнього ступеня фільтрується через піщаний фільтр для затримання активованого вугілля, який не можна відокремити відстоюванням.

Ще більшого використання сорбційної ємності можна домогтися в многоступенчатом протівоточном процесі. Вугільну пульпу перекачують назустріч стічній воді з наступних ступенів в попередні. Недоліком такої установки є її громіздкість.

У МІСД імені В. В. Куйбишева розроблений спосіб сорбційної очистки стічних вод фільтруванням через тонкодисперсний активоване вугілля. Спосіб базується на використанні в якості адсорберов намивних фільтрів. Технологічна схема представлена \u200b\u200bкількома намивними фільтрами. Перший з них із завантаженням допоміжного фільтруючого порошку (діятимуть, перліту та ін.) Встановлюється для затримання зважених забруднень. Наступні фільтри являють собою адсорбер з розвиненою поверхнею фазового контакту за рахунок того, що тонкодисперсний активоване вугілля розташовується на значній поверхні намивних фільтрів. Противоток в схемі організований перемиканням апаратів з недонасищенним вугіллям назустріч стічній воді. Фільтруючий шар на внутрішню поверхню фільтра намивають з бака-суспензатора за допомогою насоса. Видалення (змив) відпрацьованого матеріалу здійснюється зворотним струмом води. Змив перліту виробляється після втрати тиску в ньому 0,36 МПа, змив вугілля - тільки з першого але ходу води адсорбера при виснаженні його сорбційної здатності.

Ця схема була випробувана для очищення стічної води від тринітротолуолу з початковою концентрацією 50 г / м 3 і кінцевою не більше 0,5 г / м 3. При надходженні води 2 м 3 / год на 1 м 2 поверхні, що фільтрує найкращими варіантами є триступенева адсорбція при витраті вугілля марки ОУ на кожному ступені 2,5 кг / м 2 (0,13 кг вугілля / м 3 води) і частоті перезарядки адсорберов / \u003d 2,5 рази в добу або четирехступенчатая адсорбція при витраті вугілля марки КАД 5 кг / м 2 (0,193 кг вугілля / м 3 води) і / \u003d 1,85 рази в добу

Така схема забезпечує високу якість очищеної води, як за змістом зважених речовин, так і за змістом розчинених органічних забруднень. В системі очищення беруть участь невеликі кількості води і вугілля, що зумовлює компактність апаратури.

Операції адсорбції і сепарації води і вугілля поєднуються. Вугілля при цьому значно менше схильний до стирання.

Для відновлення сорбційної ємності відпрацьований в процесі адсорбції активоване вугілля зазвичай піддається регенерації хімічними розчинниками, паром або термообробці.

Термічна регенерація активованого вугілля здійснюється в многотопочних печах. Загальний час перебування вугілля в печах коливається від 30 до 60 хв при температурі від 600 до 900 ° С. Втрати вугілля при цьому складають від 5 до 10%.

Після адсорбційної очищення стає можливим повторне використання стічних вод в системі оборотного водопостачання. Застосування технологічних стічних вод в системі оборотного водопостачання вирішує не тільки завдання економії свіжої води, але і радикального оздоровлення водойм.

Недоліком сорбційної очистки стічної води є її відносно висока вартість.

висновок

Серед фізико-хімічних методів очищення стічних вод від нафтопродуктів найкращий ефект дає сорбція на вугіллі.

Сорбція - це процес поглинання речовини з довкілля твердим тілом або рідиною. Поглинає тіло називається сорбентом, що поглинається - сорбатом. Розрізняють поглинання речовини всією масою рідкого сорбенту (абсорбція) і поверхневим шаром твердого або рідкого сорбенту (адсорбція). Сорбція, що супроводжується хімічною взаємодією сорбенту з поглинається речовиною, називається хемосорбцией.

Сорбція є один з найбільш ефективних методів глибокого очищення від розчинених органічних речовин стічних вод підприємств нафтохімічної промисловості.

В якості сорбентів застосовують різні пористі матеріали: золу, коксову дрібниця, торф, силикагели, алюмогели, активні глини і ін. Ефективними сорбентами є активоване вугілля різних марок. Залежно від області застосування методу сорбційної очистки, місця розташування адсорберов в загальному комплексі очисних споруд, складу стічних вод, виду і крупності сорбенту і ін. Призначають ту чи іншу схему сорбційної очистки та тип адсорбера. Найбільш простим є насипний фільтр, який представляє собою колону з нерухомим шаром сорбенту, через який фільтрується стічна вода. Найбільш раціональний напрямок фільтрування рідини - від низу до верху, так як в цьому випадку відбувається рівномірне заповнення всього перерізу колони і відносно легко витісняються бульбашки повітря або газів, що потрапляють в шар сорбенту разом зі стічною водою.

Список літератури

Ф.В. Стольберг Екологія міста. К .: Лібра, 2000..

Л.С. Алексєєв Контроль якості води. М .: Инфра - М, 2004.

С.І. Розанов Загальна екологія. СПб .: Изд. «Лань», 2003.

Л.Л. Пааль, Я.Я. Кару, Х.А. Мельдер, Б.Н. Рєпін Довідник по очищення природних і стічних вод. М .: Висш.шк., 1994.

Ю.В. Воронов, Е.В. Алексєєв, В.П. Соломія, Е.А. Пугачов Водовідведення. М .: Инфра - му, 2007.

В.І. Коробкін, Л.В. Передельский Екологія. Ростов н / Д: вид. «Фенікс», 2000..

сорбційні методи

Сорбційні методи ґрунтуються на поглинанні радіонуклідів твердої фази за механізмами іонного обміну, адсорбції, кристалізації та інші.

Сорбція проводиться в динамічних і статистичних умовах. При динамічної сорбції фільтрування вихідних рідких відходів проводиться безперервно через сорбент, а при статичної сорбції проводиться тимчасовий контакт двох фаз при перемішуванні з подальшим поділом.

Динамічна сорбція проводиться в намивних або насипних фільтрах. Відмінність полягає в тому, що в насипних фільтрах застосовують сорбенти у вигляді зернистого міцного матеріалу; в намивних фільтрах ж в якості сорбенту застосовують неорганічні і органічні матеріали штучного і органічного походження.

Для очищення рідких радіоактивних відходів від радіонуклідів застосовують сорбенти (іоніти) таких типів, як КБ-51-7, КУ-2-8 (сильнокислая катионит), АВ-17-8 (сільноосновним анионит), АН-31 і АН-2ФН ( слабоосновние аніоніти), вермикуліт. Сорбенти випускають у вигляді гранул, які пере застосуванням замочують у спеціальному розчині для активації. Всі перераховані сорбенти мають високими коефіцієнтами очищення і хорошими фільтруючими властивостями.

Іонообмінні гетерогенні реакції оборотні, що дозволяє здійснювати регенерацію сорбенту, але обумовлює створення умов для вимивання радіонуклідів при зберіганні відпрацьованого сорбенту. Обмінна ємність сорбенту майже вся використовується на сорбцію макрокомпонентів - солей, через їх схожості з властивостями мікрокомпонентів. Тоді для того, щоб протікала сорбція мікрокомпонентів (радіонуклідів), необхідно проводити попереднє знесолення. Інакше це буде призводити до частих регенерації сорбенту і, отже, підвищенням вартості очищення.

Рідкі радіоактивні відходи з високою засолених невигідно очищати органічними сорбентами через те, що при регенерації сорбенту потрібно 2-2,5 кратний надлишок лугу і кислоти (йде подорожчання очищення).

Ситуація постає зворотна для радіонуклідів, у яких властивості відмінні від властивостей макрокомпонентів. Многовалентние радіонукліди добре сорбуються на катионите в присутності натрій-іонів. Тому що знаходяться в рідких радіоактивних відходах натрій-іони НЕ сорбуються, що призводить до помітного зниження обсягів регенератора, вторинних відходів і частоти регенерації.

Застосування синтетичних органічних сорбентів дозволяє видалити з рідких радіоактивних відходів все радіонукліди в іонної формі. Але такі сорбенти мають деякі обмеження щодо застосування, які переростають в серйозні недоліки. При використанні таких сорбентів радіонукліди в молекулярної і колоїдної формі з рідких радіоактивних відходів не видаляються. Також якщо в рідких радіоактивних відходах є колоїди або органічні речовини з великими молекулами, то сорбент втрачає свої властивості і виходить з ладу через забивання пір.

На практиці перед проведенням іонного обміну для видалення колоїдних частинок застосовують фільтрування на намивних фільтрах. Застосування ж методу коагуляції замість фільтрування призводить до утворення великих обсягів відходів. Органічні сполуки з рідких радіоактивних відходів видаляються ультрафильтрацией. Помітний один з головних недоліків застосування іонного обміну для очищення рідких радіоактивних відходів - це необхідність проведення попередньої підготовки таких відходів.

Для очищення високоактивних рідких відходів синтетичні органічні сорбенти не застосовують під виглядом їх нестійкості до впливу високоактивного випромінювання. Такий вплив призводить до руйнування сорбенту.

Для забезпечення високого ступеня очищення процес іонообмінного очищення проводять в два етапи. На першому етапі з рідких відходів видаляють солі і невеликі кількості радіонуклідів, а вже на другому етапі проводять безпосереднє видалення нуклідів з обессоленную рідких відходів. Регенерацію сорбенту проводять противотоком. Щоб підвищити продуктивність фільтрів швидкість на початку циклу встановлюється в (90ч100) м / ч, а в кінці циклу знижується до значень в (10ч20) м / ч.

Очищення обессоленную відходів дає можливість застосовувати ефективні фільтри змішаної дії (їх регенерація утруднена) і намивні фільтри на увазі того, що при очищенні таких відходів необхідність в регенерації мінімальна. Завдяки смешенной завантаженні анионитов і катионитов в формах Н + і ОН-, усувається протівоіони ефект, і це призводить до підвищення ступеня очищення і можливості збільшення швидкості фільтрування до 100 м / год.

Всі рідкі радіоактивні відходи містять в тій або іншій кількості суспензії, які мають схильність до молекулярної і ионообменной сорбції. Також продукти корозії з гідратованими оксидами заліза, марганцю, кобальту та нікелю можуть сорбувати мікрокомпоненти. У зв'язку з цим пропонується відокремлювати суспензії для помітного поліпшення ступеня очищення рідких відходів.

Для видалення з відходів таких компонентів, як 137 Cs, 99 Sr, 60 Co, використовують додавання селективних сорбенту, в даному випадку - наногліни (монтморилоніт), що забезпечує 98% очищення від даних компонентів. Сорбцію на селективних компонентах проводять в поєднанні з коагуляцією.

Хімічне осадження є одним з ефективних варіантів статичної сорбції. До переваг хімічних методів можна віднести низьку вартість, доступність реагентів, можливість видалення радіоактивних мікрокомпонентів в іонної і колоїдної формах, а також переробки засолених рідких відходів.

Головною особливістю хімічного осадження є селективність до різних мікрокомпонентів, особливо до 137 Cs, 106 Ru, 60 Co, 131 I, 90 Sr. Коагуляція і пом'якшення є методами хімічного осадження; при застосуванні цих методів йде очищення від радіонуклідів в колоїдної, іонної і молекулярної формах.

При застосуванні содово-вапняного пом'якшення CaCO 3 і MgOH 2 випадають в осад і служать колекторами для 90 Sr, який видаляється кристалізацією з CaCO 3. також використання даного методу дозволяє видаляти 95 Zr і 95 Nb.

Цезій (137 Cs) видаляють за допомогою осадження фероціанідів заліза, нікелю (найефективніший), міді і цинку, при цьому коефіцієнт очищення становить 100.

Рутеній (106 Ru) і кобальт (60 Co) погано концентруються в опадах через великої кількості їх хімічних форм. Видалення рутенію проводиться такими сорбентами, як сульфід кадмію, сульфід заліза, сульфід свинцю. Очищення від кобальту ефективна на оксигидрати хрому і марганцю. Радіоактивний йод 131 I проводиться соосаждением йодидом міді або срібла.

Хімічне осадження завершується процедурами поділу фаз. При поділі фаз йде освітлення здебільшого рідких відходів і концентрування шламів. Поділ фаз виробляється фільтруванням або впливом на систему силовим полем, яке може бути гравітаційним (відстійники й освітлювачі) і інерційним (центрифуги). Через утворення великих обсягів пульп дуже високої вологості відстійники застосовують вкрай рідко, використовуючи для цього освітлювачі. Освітлення в таких апаратах йде з великими швидкостями і забезпечує високу ступінь очищення.

Для подальшого освітлення рідини проводять фільтрування. Застосування насипних фільтрів забезпечує більш тонке фільтрування, такі фільтри мають велику продуктивність, а при їх регенерації утворюється невелика кількість відходів. Насипні фільтри набули більшого поширення через простоту і надійності, не дивлячись на утворення великої кількості вторинних відходів при регенерації.

Сорбційні методи є найбільш поширеними для виділення хрому з стічних вод гальванопроизводства. Їх можна умовно поділити на три різновиди:

1) сорбція на активованому вугіллі (адсорбційний обмін);
2) сорбція на ионитах (іонний обмін);
3) комбінований метод.

Адсорбційний метод.

Адсорбційний метод є одним з ефективних методів вилучення кольорових металів з стічних вод гальванопроизводства. В якості сорбентів використовуються активоване вугілля, синтетичні сорбенти, відходи виробництва (зола, шлаки, тирса та ін.).

Мінеральні сорбенти - глини, силикагели, алюмогели і гідроксиди металів для адсорбції хрому з стічних вод використовуються мало, так як енергія взаємодії їх з молекулами води велика - іноді перевищує енергію адсорбції.

Найбільш універсальними з адсорбентів є активоване вугілля, однак вони повинні мати певні властивості:

- слабо взаємодіяти з молекулами води і добре
- з органічними речовинами;
- бути відносно Великопористий;
- мати високу адсорбційну ємність;
- мати малої утримує здатністю при регенерації;
- мати високу міцність;
- мати високу смачиваемостью;
- мати малу каталітичну активність;
- мати низьку вартість.

Процес адсорбционного вилучення шестивалентного хрому з стічних вод ведуть при інтенсивному перемішуванні адсорбенту з розчином, при фільтруванні розчину через шар адсорбенту або в псевдозрідженому шарі на установках періодичної і безперервної дії. При змішуванні адсорбенту з розчином використовують активоване вугілля у вигляді частинок діаметром 0,1 мм і менше. Процес проводять в одну або кілька ступенів.

Поруч дослідників вивчена адсорбція хрому на активованому вугіллі як функція рН.

Встановлено, що хром (VI) легко адсорбується на активованому вугіллі у вигляді аніонів, таких як HCrO4 - і CrO4 2. У ряді робіт показано, що попередня обробка адсорбентів азотною кислотою підвищує їх сорбційну здатність по хрому (VI).

Відомий спосіб адсорбції хрому з стічних вод при використанні твердого лігніну. Встановили, що процес сорбції залежить від рН розчину і дози лігніну. Оптимальний час контакту розчину з лігніном становить 1 годину. В якості сорбенту в основному використовується активоване вугілля, інші сорбенти використовуються вкрай рідко. В якості інших сорбентів в різних дослідженнях пропонуються:

а) відходи пивоварної промисловості (картон з сорбованих штамом дріжджів Saccharomyces carlsbergensis;
б) деревна тирса, переважно соснові, оброблені сополімером вінілового ефіру моноетаноламіна з вініловим ефіром 4-метілазагепта-3,5-дієн -1,6-диола (СВЕМВЕ);
в) рослинний матеріал (шлам-лігнін, целюлоза та ін.);
г) залізні ошурки;
д) цеоліти, силікагелі, бентоніт;
е) глини;
ж) вермикуліт.

переваги методу

1) Очищення до ГДК.
2) Можливість спільного видалення різних за своєю природою домішок.
3) Відсутність вторинного забруднення очищаються вод.
4) Можливість рекуперації сорбованих речовин.
5) Можливість повернення очищеної води після коригування рН.

недоліки методу

1) Дорожнеча і дефіцитність сорбентів.
2) Природні сорбенти застосовні для обмеженого кола домішок і їх концентрацій.
3) Громіздкість обладнання.
4) Велика витрата реагентів для регенерації сорбентів.
5) Освіта вторинних відходів, що вимагають додаткового очищення.

Метод іонного обміну.

Іонообмінне витяг металів з стічних вод дозволяє рекуперировать цінні речовини з високим ступенем вилучення. Іонний обмін - це процес взаємодії розчину з твердою фазою, що володіє властивостями обмінювати іони, що містяться в ній, на іони, присутні в розчині. Речовини, що складають цю тверду фазу, називаються іонітами. Метод іонного обміну заснований на застосуванні катіоніти та аніонітів, сорбирующих з оброблюваних стічних вод катіони і аніони розчинених солей. У процесі фільтрування обмінні катіони і аніони замінюються катіонами і аніонами, вилучаються з стічних вод. Це призводить до виснаження обмінної здатності матеріалів і необхідності їх регенерації.

найбільше практичне значення для очищення стічних вод придбали синтетичні іонообмінні смоли - високомолекулярні сполуки, вуглеводневі радикали яких обрзуют просторову сітку з фіксованими на ній іонообмінними функціональними групами. Просторова вуглеводнева сітка називається матрицею, а обмінюються іони - противоионами. Кожен противоион з'єднаний з протилежно зарядженими іонами, званими анкерними. Реакція іонного обміну протікає в такий спосіб:

RH + NaCL \u003d RNa + HCL,

при контакті з катионитом,

де R - матриця з фіксованими іонами; Н - противоион,

ROH + NaCL \u003d RCL + NaOH,

при контакті з анионитом.

Для вилучення із стічних вод гальванопроизводства катіонів тривалентного хрому застосовують Н-катіоніт, хромат-іони CrO32- і біхромат-іони Cr2O72- витягають на аніонітах АВ-17, АН-18П, АН-25, АМ-п, АМ-8. Ємність анионитов по хрому не залежить від величини рН в межах від 1 до 6 і значно знижується зі збільшенням рН більше 6.

При концентрації шестивалентного хрому в розчині від 800 до 1400 екв / л обмінна ємність аніоніти АВ-17 становить 270 - 376 моль * екв / м 3.

Регенерацію сільноосновним анионитов проводять 8 - 10% -ним розчином їдкого натру. Елюат, що містять 40 - 50 г / л шестивалентного хрому, можуть бути спрямовані на виробництво монохроматов натрію, а очищена вода - використовуватися повторно.

На базі ВлГУ розроблена технологія локальної очистки хромсодержащих стоків з метою вилучення з них сполук важких кольорових металів, в т.ч. і хрому сорбцией на сільноосновним анионите. Ступінь очищення води за даною технологією більше 90 - 95%. Очищена вода відповідає ГОСТ 9.317-90 і цілком придатна для використання в системах замкнутого водооборота.

Виготовляються: фільтри типу "ЕКОС-2" в ВНІІХТ, сорбенти: в НТЦ "МІУСОРБ" (Видне, Моск. Обл.), МП "Пошук" (Ашхабад), ТзОВ "ТЕТ" (Долгопрудний, Моск. Обл.), ВНІІХТ (Москва).

Фірмою Inovan Umwelttechnik GmbH & Co KG розроблена блочно-модульна установка системи REMA, призначена для очищення виробничих стічних вод від важких металів. Одинарний блок являє собою іонообмінну колонку, в якій вертикально один під одним встановлені 4 змінні касети. В процесі очищення стічні води послідовно пропускають через ці касети знизу вгору.

Ступінь забрудненості іонообмінної смоли визначають за допомогою індикаторів.

На заводі "Почвомаш" (Кіров) впроваджений процес очищення промислових стоків гальванічних виробництв від іонів хрому волокнистими матеріалами. Для сорбції аніонів хрому використовують матеріал ВИОН АС-1, що має в своєму складі сильноосновні вінілпірідініевие групи з СОЕ 1.1 - 1.2 мг * екв / г. Виготовлені дві сорбційних колони з корозійностійкої сталі об'ємом 50 л кожна. Сорбція хрому залежить від його концентрації у вихідному розчині. Так, якщо концентрація становить до 10 мг / л, то в фільтраті його не виявляють. Однак при концентрації аніону хрому 75 мг / л і вище вміст його в фільтраті 0.04 - 0.01 мг / л, що цілком допустимо при замкнутому циклі. Вплив вихідної концентрації розчину хрому на його утримання в фільтраті обумовлено високим іонним радіусом Cr2O72-, що викликає стерические труднощі при сорбції на волокнистому хемосорбентом. При високому вмісті хрому слід зменшити швидкість подачі розчину на сорбційну колону. У цьому випадку зростає ступінь очищення. При досягненні насичення сорбційних колон їх знімають зі стенду і транспортують у відділення гальванохімічних переробки для регенерації хемосорбціонних матеріалу і утилізації елюата. Регенерацію ВИОН АС-1 проводять розчином Na2CO3. При цьому в кожну колону заливають по 50 л розчину і залишають його на 3 години. Подальша операція полягає в промиванні фільтра водою.

Було проведено дослідження 8 волокнистих сорбентів, що застосовуються для очищення стічних вод від іонів важких металів (Ag, Hg, Cr, Cd, Fe) Встановлено, що волокнисті сорбенти ПАН-ПЕА, ПАН-ТТО-МКХК і вугільне волокно ефективно очищають стічну воду від іонів важких металів. Вони легко регенеруються шляхом обробки кислотами і може багаторазово використовуватися для очищення. З розчину, отриманого після регенерації волокон, можна виділяти метали і використовувати їх повторно.

Синтезовані іонообмінні матеріали на основі відходів швейного та трикотажного виробництва, що містять поліефірне, поліакрилонітрильне волокно.

Встановлено, що синтезовані іонообмінні волокна виявляють селективні іонообмінні властивості.

У лабораторних умовах досліджено виділення хрому з промивних стічних вод гальванічних цехів з допомогою іонообмінних смол (іонообмінні смоли в ОН-формі типу "Wolfatit" (Німеччина) марок SWB, SZ, SL, SBK, АД-41 і активованого вугілля марки AS) і вуглецевих сорбентів.

Система mod-ix фірми "Krebs & Co.AG" (Німеччина) включає попередній фільтр, вентилі, трубопроводи, насоси, прилади для контролю якості води по її електроопору і дві інтегровані в неї іонообмінні колонки з пропускною спроможністю 1.5 - 4 м 3 / ч . Одна з колонок використовується за прямим призначенням, інша в цей час регенерується. Описана система складається з окремих модулів і тому легко монтується і демонтується.

переваги методу

1) Можливість очищення до вимог ГДК.
2) Повернення очищеної води до 95% в оборот.
3) Можливість утилізації важких металів.
4) Можливість очищення у присутності ефективних лігандів.

недоліки методу

1) Необхідність попереднього очищення стічних вод від масел, ПАР, розчинників, органіки, зважених речовин.
2) Велика витрата реагентів для регенерації іонітів та обробки смол.
3) Необхідність попереднього поділу промивних вод від концентратів.
4) Громіздкість обладнання, висока вартість смол
5) Освіта вторинних відходів-елюатів, що вимагають додаткової переробки.

Лютий 3, 2005

В даний час для очищення промислових стічних вод використовуються різні технології. У найбільш поширеною є реагентному, при якій іони важких металів (Cr 3+, Ni 2+, Cu 2+, Zn 2+, Cd 2+, Fe 3+ і ін.) За допомогою лужного реагенту переводяться в практично нерозчинні гідроксиди цих металів і виділяються з водного середовища відстоюванням і фільтруванням. Як лужних реагентів, що вводяться в очищається стік, використовуються сода (кальцинована або каустична) або гашене вапно Са (ОН) 2 (вапняне молоко).

Реагентний метод очищення стічних вод має ряд недоліків.

По-перше, концентрація іонів важких металів і водневий показник (рН) в стічних водах постійно змінюються. Технологія коригування рН дуже інерційна і не може забезпечити своєчасне зміна необхідної дози лужного реагенту. Ця обставина призводить до неповного перекладу іонів важких металів в їх гідроксиди та проскоку цих іонів за межі очисних споруд в складі очищених стічних вод. Причому концентрації важких металів при їх Проскакування у вигляді іонів можуть в десятки разів перевищувати ГДК. По-друге, при застосуванні реагентів зростає і без того високу солесодержание очищених стічних вод, що може служити додатковим перешкодою при повторному їх використанні в технологічних операціях.

Переклад іонів важких металів в їх гідроксиди сам по собі хороший технологічний спосіб, але реалізація його за допомогою додавання лужного реагенту з подальшим відстоюванням і фільтруванням через звичайні піщані фільтри значно знижує ефективність і надійність Як правило, очищені стічні води повторно використовуватися не можуть через низький їх якості.

Проблема забезпечення високоякісної очистки забруднених стічних вод повинна вирішуватися шляхом спрощення технологічної схеми, конструктивного оформлення і експлуатації водоочисних споруд при одночасному підвищенні ступеня очищення, універсальності, надійності, а також екологічної безпеки технологічного процесу, можливості максимальної і навіть повної автоматизації його.

У світлі викладених вимог серед відомих методів очищення стічних вод гальванічних цехів до заданих нормативів (іонообмінний, мембранний, сорбційний) найбільш перспективним представляється сорбційний за умови, що застосовується в технологічному процесі очищення адсорбент здатний тривалий час (місяцями і навіть роками) виконувати свої функції водоочищувача, т. е. очищати фільтровану через нього воду від всього комплексу знаходяться в ній шкідливих домішок при відновленні сорбційної активності адсорбенту за допомогою регенерації, що здійснюється безпосередньо в фільтрувальних спорудженні.

Сорбційний метод очищення природних і стічних вод з використанням активованого вугілля і цеолітів відомий давно. Однак широкого поширення він не знайшов внаслідок того, що дані адсорбенти є фільтруючими матеріалами разового використання. Регенерація активованого вугілля і цеолітів дорога і трудомістка операція і в умовах діючих водоочисних споруд практично не здійсненна, тому що потрібні вивантаження матеріалу з фільтра, активація його за межами водоочисної станції на спеціальній установці, доставка отрегенерірованного матеріалу назад на водоочисну станцію і завантаження його в фільтрувальне спорудження . Якщо піти по шляху разового використання адсорбентів, то крім колосальних витрат на заміну матеріалу виникає ймовірність екологічної небезпеки, так як для надійного захоронення відпрацьованого забрудненого адсорбенту у величезній кількості потрібні великі економічні витрати.

Недоліки сорбційної методу очищення стічних вод

Експлуатаційні та економічні недоліки сорбційного методу очищення природних і стічних вод традиційними адсорбентами усуваються при використанні в технологічному процесі водоочистки адсорбенту, що володіє високою поверхневою активністю зерен, що дозволяє відновлювати сорбційну здатність за допомогою технологічно нескладної, нетривалої за часом регенерації, що проводиться безпосередньо в фільтрувальних спорудженні. Найбільш ефективною основою для отримання адсорбентів з цілеспрямовано регульованими властивостями можуть служити алюмосилікатні мінерали, так як в їх структуру можна вводити практично будь-які добавки органічного та мінерального походження, які будуть надавати поверхні зерен необхідні властивості.

Відмітною і позитивним властивістю цих мінералів є «дефектність» їх кристалічної решітки і здатність до катіонного заміщення. Шарувата тетраедооктаедріческая структура алюмосилікатів дозволяє приймати катіони не тільки в свою кристалічну решітку, а й в міжшарові і міжплощинні простору, а також на базальні площині частинок мінералу. В якості таких обмінних катіонів можуть служити магній і кальцій, які мають слабкі зв'язки з поверхнею частинок мінералу і у водному середовищі досить легко переходять в розчин.

Катіони магнію і кальцію, як показали багаторічні дослідження на кафедрі «Водопостачання та водовідведення» Петербурзького державного університету шляхів сполучення, виконують основну роль в ході процесу сорбційного вилучення забруднень стічних вод, беручи участь спочатку (за допомогою хімічного впливу) в утворенні нових сполук, а потім у створенні колоїдних структур цих сполук на поверхні зерен адсорбенту і в міжзернової поровом просторі. Тому при виготовленні алюмосиликатного адсорбенту в сировину в якості активує добавки вводять сполуки магнію і кальцію.

Важливими технологічними особливостями активованого алюмосиликатного адсорбенту є:

здатність до іонного обміну лужноземельних і лужних металів (Mg 2+, Ca 2+, Na +) завдяки «дефектність» кристалічної решітки катіоніту, з якого виготовляється адсорбент;
збільшення водневого показника до 9 в профільтрованої через адсорбент воді;
виникнення позитивного ζ -потенціалу на кордоні розділу «зерно адсорбенту - рідина» при фільтруванні води через шар адсорбенту;
відновлення сорбційної активності активованого алюмосиликатного адсорбенту по відношенню до іонів важких металів шляхом регенерації, що проводиться безпосередньо в фільтрувальних спорудженні.

При виготовленні активованого алюмосиликатного адсорбенту завдяки природній іонообмінної здатності алюмосилікатної основи відбувається заміщення частини тривалентного алюмінію катіонами магнію і кальцію, що входять до складу активатора, а також заповнення «вакансій» в вузлах кристалічної решітки і в межслоевом просторі вищевказаними катіонами. В результаті такого цілеспрямованого модифікування і активування алюмосиликатного сировини виходить гранульований матеріал, який при фільтруванні води через зернистий шар утворює слаболужну середу і позитивний електрокінетіческій потенціал. Передумовою для створення лужного середовища є оксиди магнію і кальцію, що утворюються в структурі адсорбенту в процесі його виготовлення. Оксиди магнію і кальцію утворюють у воді гідроксиди, підвищуючи таким чином рН за рахунок надлишку аніонів ОН -. Катіони важких металів, потрапляючи в лужне середовище, вступають в реакцію і утворюють важкорозчинні гідроксиди за схемою:

Ме 2+ + 2ОН - ® Ме (ОН) 2 ¯;

Ме 3+ + 3ОН - ® Ме (ОН) 3 ¯.

Твір розчинності гідроксидів важких металів значно менше (в десятки і в сотні разів) твори розчинності гідроксидів магнію і кальцію, тому рівновага хімічної взаємодії зміщується в бік утворення важкорозчинних гідроксидів важких металів. Крім того з адсорбенту в воду дифундують обмінні катіони Mg 2+ і Ca 2+, також сприяють підвищенню рН середовища за рахунок надлишкових аніонів ОН -, що пов'язуються надалі в гідроксиди важких металів. Дифузія катіонів Mg 2+ і Ca 2+ можлива завдяки слабкості зв'язків з кристалічною решіткою катионита. Таким чином, формуються міцели гідроксидів важких металів з подальшим укрупненням їх в агрегати, освітою і зростанням колоїдної структури за рахунок сил електростатичного взаємодії між позитивно зарядженою поверхнею зерен адсорбенту і негативно зарядженими мицеллами гідроксидів важких металів.

В процесі фільтраційного вилучення з води іонів важких металів активна частина адсорбенту, що складається з катіонів магнію і кальцію, продукуючи у водне середовище, поступово несеться разом з фільтратом. Настає момент, коли очисні (захисні) функції адсорбенту стають недостатніми, і концентрація виносяться з фільтратом іонів важких металів перевищує встановлені ГДК. Потрібна активація адсорбенту, т. Е. Заповнення пішли разом з водою обмінних катіонів.

При виборі активатора для відновлення сорбційних властивостей адсорбенту враховувалися три найбільш важливих фактора:

по-перше, активатор повинен розчинятися у воді, щоб активацію проводити розчином безпосередньо в фільтрувальних споруді;
по-друге, іонообмінний катіон в ряду активності катіонів повинен бути розташований вище, ніж кальцій і магній;
по-третє, цей катіон повинен володіти лужними властивостями і бути легко доступним для практичного використання. Всім цим умовам найбільшою мірою відповідає катіон натрію Na + в складі кальцинованої соди.

Як показала практика експлуатації, обробка активованого алюмосиликатного адсорбенту 3-4-процентним розчином кальцинованої соди в циркуляційному режимі протягом 30-35 хв відновлює захисні властивості адсорбенту незалежно від кількості проведених циклів регенерації, т. Е. Протягом тривалого терміну експлуатації. Відновлення сорбційної активності фільтруючого завантаження здійснюється обробкою 3-4-процентним розчином кальцинованої соди в режимі циркуляції з інтенсивністю 3 л × с / м 2. Регенераційний розчин використовується багаторазово. Перед відновленням необхідно промити фільтруючу завантаження водою з інтенсивністю 14 л × с / м 2.

У 2004 р в ГУ «Міський лабораторний центр державного санітарно-епідеміологічного нагляду» (С.-Петербург) були проведені дослідження (торгова марка «Глінт»). Для дослідження ефективності роботи адсорбенту «Глінт» в якості вихідної проби використовувалася дистильована вода, приготовлена \u200b\u200bз додаванням реактивів, що містять метали: сульфати нікелю, кадмію, марганцю, цинку, міді і хрому, залізо трихлористе, свинець азотнокислий. Як показують результати досліджень, адсорбент «Глінт» має здатність значно знижувати концентрації іонів важких металів у водних розчинах (таблиця).

Технологія очищення промислових стічних вод з використанням активованого алюмосиликатного адсорбенту реалізована:

для гальванічного виробництва на ФГУП «Рязанський приладовий завод»,
для акумуляторного заводу в ЗАТ «електротязі» (С.-Петербург),
ВАТ «Завод з випуску алмазного інструменту» (м Томіліно Московської обл.),
АТ «Муромський радіозавод» (м Муром),
ВАТ «Ступинский металургійний комбінат» (м Ступіно Московської обл.),
ВАТ «Вимірювач» (г. Смоленск)
і на ряді інших підприємств.

Наприклад, в ВАТ «Ступинська металургійна компанія» (м Ступіно Московської обл.) З 2000 р експлуатуються напірні фільтри продуктивністю 3500 м 3 / сут, завантажені активованим алюмосилікатні адсорбентом (п'ять фільтрів по 16 м 2). Склад забруднень, що надходять на фільтри, мг / л: нефтепродуктидо 20, Cr 3+ до 10, Cu 2+ до 5, Fe 3+ до 10, Al 3+ до 5, Ni 2+ до 10, Zn 2+ до 5, рН 6-7,5. Склад фільтрату відповідає значенням ГДК шкідливих речовин для водойм рибогосподарського призначення. Регенерація адсорбенту проводиться через 5-7 доби 3-процентним розчином кальцинованої соди. Знос адсорбенту становить близько 5% в рік. Собівартість очищення 1 м 3 стічних вод (за даними підприємства) - 4,5 руб.

На цьому і інших підприємствах використовується активоване алюмосилікатний адсорбент з наступними характеристиками (по ГОСТ 51641-2000 «Матеріали фільтруючі зернисті. Загальні технічні вказівки»): розмір зерна 0,63-2 мм, об'ємна маса 0,95-1 г / см 3, ізмельчаемость до 0,5, стираність до 5, питома робоча поверхность9-12 м 2 / г, мінімальне значення рН фільтрованої води6.

висновки

Досвід промислової експлуатації зазначених об'єктів показує, що технологічний процес сорбційної очистки стічних вод відрізняється надійністю і економічністю при високій якості. Як правило, очищені стічні води повторно використовуються на технологічні потреби. Перехід підприємств на замкнутий цикл водопостачання поліпшить екологічну обстановку в регіоні, забезпечить раціональне використання водних ресурсів.

Е. Г. ПЕТРОВ, професор (Петербурзький державний університет шляхів сполучення);
Д. С. Киричевського, директор ЗАТ «Квант Мінерал» (С.-Петербург)