Адсорбція.

Адсорбція є одним з найбільш ефективних методів очищення виробничих стічних вод, що містять розчинені органічні домішки, вона дозволяє домогтися глибокого очищення до норм ПДК шкідливих речовин. Цей метод знайшов широке застосування в промисловості при рекуперації летучих розчинників, очищенню газів, пар і рідин, а останнім часом з успіхом використовується в комплексному глибокому очищенні стічних вод від розчинених органічних домішок. Достоїнством методу є можливість проводити адсорбцію речовин з багатокомпонентних сумішей, а також висока ефективність, особливо при очищенні малоконцентрованих стічних вод. З техніко-економічної точки зору, адсорбція дуже ефективна при витягу зі стічних вод коштовних продуктів з метою використання їх у замкнутому циклі виробництва.

Як адсорбенти застосовуються матеріали, що мають високу питому поверхню. Найбільше поширення в технології адсорбційного очищення одержали активні вугілля різних марок. Крім того, можуть використовуватися й інші матеріали з розвитий поверхнею, такі як кокс, торф, каолін, болотна руда, селікагель, обпилювання, зола й ін. Роль адсорбентів можуть виконувати пластівці гідроокисів металів, активного мулу і біоплівки.

Адсорбційне очищення може здійснюватися в статичних і динамічних умовах. Адсорбція в статичних умовах полягає в додаванні в стічну рідину адсорбенту, перемішуванні протягом визначеного часу і відділенні забрудненого адсорбенту від очищеної води. Звичайно очищення ведуть у багатоступінчастих установках з послідовним введенням адсорбенту, чи працюючих за принципом протитоку. Багатоступінчаста установка з послідовним введенням адсорбенту зображена на мал.21.

Рис.21. Схема триступінчастої установки з послідовним

введенням адсорбенту.

 

1.Подача стічної рідини на очищення; 2.Подача свіжого адсорбенту; 3.Реактор з мішалкою; 4.Відстійник; 5.Відвід очищеної стічної рідини; 6.Відвід забрудненого адсорбенту.

Тривалість перемішування стічної рідини й адсорбенту в реакторі визначається швидкістю адсорбції, що може бути встановлена експериментальним шляхом, тривалість відстоювання по гідравлічної крупності часток активного вугілля.

Залишкові концентрації забруднень в очищеній воді можуть бути визначені по формулі:

;

Q - витрата стічних вод;

З - концентрація забруднень у стічній рідині, що надходить;

- витрата адсорбенту на одну ступінь;

- число ступіней очищення;

- коефіцієнт адсорбції.

Аналіз вище приведеної залежності показує, що застосування багатоступінчастої установки дозволяє заощаджувати адсорбент у порівнянні з одноступінчатої. Ця економія при однакових залишкових концентраціях буде тим більше, чим більше кількість ступіней. При обмеженій кількості адсорбенту і відомої концентрації забруднень можна користаючись вище приведеною формулою обчислити необхідна кількість ступіней очищення:

;

Необхідна витрата адсорбенту на одну ступінь при відомих початкових і кінцевих концентраціях забруднень і кількості ступіней складе:

;

Схема багатоступінчастої установки з протиточним рухом адсорбенту приведена на мал.22.

Рис.22. Схема триступінчастої установки з протиточним

рухом адсорбенту.

 

1.Подача стічної рідини на очищення; 2.Подача свіжого адсорбенту; 3.Реактор з мішалкою; 4.Відстійник; 5.Відвід очищеної стічної рідини; 6.Відвід забрудненого адсорбенту; 7.Резервуар для збору адсорбенту; 8.Насоси для перекачування адсорбенту.

 

Адсорбент подається в останню ступінь і тому що його адсорбційна ємність використовується на цій ступіні тільки частково, використаний адсорбент після відділення на наступній ступіні подається на попередню.

Залишкові концентрації забруднень при очищенні на цій установці складуть:

;

З цього рівняння можна визначити також необхідна кількість ступіней при відомих витратах стічної рідини й адсорбенту, початкових і залишкових концентраціях чи забруднень визначити необхідна витрата адсорбенту при відомих початкових і залишкових концентраціях забруднень, витраті стічної рідини і кількості ступіней.

Необхідна кількість ступіней дорівнює:

;

Необхідна витрата адсорбенту обчислюється з рівняння:

;

У таких установках використовують високодисперсні активні вугілля. Активне вугілля, як правило, не регенерується, а після використання скидається на мулові площадки чи спалюється.

Адсорбція в динамічних умовах здійснюється шляхом фільтрування через завантаження з адсорбенту. Як відомо, при адсорбції в динамічних умовах більш повно використовується адсорбційна ємність адсорбенту і досягаються стійкі, надійні результати очищення. Адсорбцію проводять або в стаціонарному, або в киплячому шарі завантаження. При очищенні в ста-ціонарному шарі можуть використовуватися різні варіанти технологічних установок. Напер-мір, по одному варіанті послідовно працюють два адсорбційних фільтри (адсорбера), третій знаходиться на регенерації. В міру насичення адсорбенту перший по ходу адсорбер від-ключається на регенерацію, адсорбер, що пройшов регенерацію включається по ходу останнім. По іншому варіанті передбачаються дві рівнобіжні нитки адсорберів, що працюють поперемінно. При “проскакуванні” концентрацій вище припустимих потік води переключається на рівнобіжну нитку, а адсорбери, що відробили, відключаються на регенерацію. Перша схема складніше в експлуатації, однак дозволяє більш повно використовувати адсорбент.

1.Сборник сточных вод; 2.подача сточных вод; 3.напорная емкость;4.Регулятор потока; 5.Отвод очищенных сточных вод; 6.Адсорбер с загрузкой из активного угля; 7.Конденсатор; 8.Подача охлаждающей воды; 9.Конденсат; 10.Растворитель; 11.Сборник растворителя; 12.Сборник экстракта; 13.Экстракт на регенерацию; 14.Острый пар.

Як приклад розглянемо схему установки, застосовуваної для витягу зі стічних вод нітропродуктів (мал.23).

Рис.23. Технологічна схема адсорбційного очищення

стічних вод від нітропродуктів.

Стічні зі змістом нітропродуктів 100-400мг/л надходять у ємність 1, з якої подаються в напірну ємність, а потім через регулятор потоку в нижню частину одного з адсорберів (навантаження 3м³/м²година). Перші порції очищеної води містять 2-4мг/л нітропродуктів. Коли вона досягне 20мг/л адсорбер відключається на регенерацію. Регенерацію роблять розчинником (бензол, метанол, етанол, метілєнхлорід) з наступним відгоном слідів розчинника гострою парою. Рециркуляцію розчинника здійснюють доти, поки концентрація нітропродуктів у ньому не досягне 20-50г/л. Потім забруднений розчинник заміняють свіжим (3-4 обсягу активного вугілля в адсорбері) і направляють на перегонку. В адсорбері використовують активне вугілля марки КАД, що завантажується на підстильний шар з коксу, покладеного на дерев'яні ґрати. Зверху активне вугілля покрите шаром коксу і закриті другими дерев'яними ґратами. Висота активного вугілля близько 5,0м.

Адсорбцією в стаціонарному шарі можна домогтися глибокого очищення води. Одним з основних недоліків цього способу є мала інтенсивність адсорбції через невисокі швидкості дифузійних процесів. Швидкість адсорбції може бути збільшена використанням“киплячого” шару. “Киплячий” шар утвориться при підвищеному навантаженні (10-15м³/м²година) і напрямку потоку стічних вод знизу нагору. При такому напрямку частки активного вугілля зважуються в цьому потоці. “Киплячий” шар дає можливість застосовувати дрібнозернисті (0,25-1,5мм) і високодисперсні (менш 40мкм) активні вугілля. Гідравлічний опір “киплячого” шару, у порівнянні з нерухомим менше, а швидкість масообміна вище. Крім того, адсорбція в “киплячому” шарі дозволяє очищати стічні води з концентрацією зважених речовин до 1,0г/л (з гідравлічної крупністю до 0,3мм/с), тоді як стаціонарний шар обмежує цю концентрацію 5-10мг/л.

До недоліків адсорбції в “киплячому” шарі варто віднести зменшення динамічної їс-кісти активного вугілля і коефіцієнта захисної дії адсорбера, викликане інтенсивним перемішуванням часток по висоті шаруючи, стирання часток вугілля і більш складну конструкцію адсорберів.

Рис.24. Адсорбер з “киплячим” шаром завантаження.

1.Подача адсорбенту; 2.Подача стічних вод; 3.Відвід очищених стічних вод; 4.Адсорбер; 5.Згущувач відпрацьованого адсорбенту; 6.Випуск відпрацьованого адсорбенту.

В даний час в основному застосовують циліндричні одноярусні чи багатоярусні адсорбери (мал.24). Такий адсорбер являє собою колону висотою близько 4м. Активне вугілля завантажується на розподільні ґрати. Через конічну частину подається стічна рідина зі швидкістю що забезпечує відносне розширення шаруючи 1,5-1,6. Адсорбент подається у виді 5-20% суспензії в центральну трубу туди ж подається частина стічної рідини. Частки активного вугілля зважуються в потоці стічної рідини їхній надлишок приділяється в згущувач, а очищена вода приділяється у верхній частині адсорбційної колони.

 

ЛЕКЦІЯ 11