Очистка воды адсорбцией на углях

Введение

Развитие машиностроения ведёт к увеличению объёмов и видов стоков. Поэтому очистка промышленных сточных вод предприятий становится одной из важнейших экологических проблем.

Защита водных бассейнов от загрязнения промышленными сточными водами наиболее полно реализуется при внедрении оборотных циклов водоснабжения, которое возможно только при полной очистке сточных вод от токсичных ингредиентов.

Согласно проекту основными загрязнителями масло-шламового стока являются отработанные моющие растворы, содержащие смытые с деталей доводочные пасты, остатки СОЖ и минеральных масел, выносимых поверхностью деталей, а так же пассивирующие растворы нитрита натрия.

Фактически в масло-шламовый сток поступает значительно больше загрязнений ненормированного состава:

- загрязнения, поступающие при чистке размывом ёмкостей подвального помещения станции нейтрализации, содержащие минеральные масла, консистентные смазки в смеси с механическими загрязнениями, окислами и гидроокислами железа;

- Аварийные разливы из емкостей подвального помещения станции нейтрализации;

- Различные загрязнения полов производственных помещений основного производства и станции нейтрализации во время еженедельной влажной уборки помещений.

Загрязнения, поступающие при очистке емкостей подвального помещения размывом струёй горячей воды способствуют резкому загрязнению электродов прилипающими смазками. Объём стока повышается при этом на 27-34% от общего суточного количества, происходит резкий разовый выброс зашламляющих электроды веществ.

Неравномерность поступления объёмов и различия составов масло-шламового стока обусловлены так же технологией мойки деталей в основных цехах – неравномерностью сбрасывания отработанных растворов в течение смены, рабочего дня, недели, месяца.

Значительные колебания фактической величины масло-шламового стока зависят так же от совокупности следующих причин: интенсивности работы промывных ванн, неравномерности поступления деталей в производство, наличие протечек грунтовых вод в канализационные колодцы масло-шламовой канализации.

Литературный обзор.

Характеристика методов очистки масло-шламовых стоков.

Очистка стоков коагуляцией

В основном рассматривается эффективность таких коагулян­тов, как сернокислый алюминий, сернокислое железо. Исследо­ватели приводят различные данные по применимости данного метода и эффекту очистки в случае различных концентраций ПАВ.

Для удаления из воды сульфонатов при их начальном содержании 1—1000 мг/л и рН=6,5—8,5 концент­рация коагулянта должна быть равной концентрации ПАВ, при­чем для доочистки предлагается использовать активированный уголь.

Разработан метод удаления ПАВ анионных моющих средств, включающий обработку вод раствором, содержащим 0,5% Са(ОН)₂ и 0,6% FeCl₃. При этом детергент в концентра­ции 3 г/л почти полностью выпадает в виде хлопьев. На данной установке образуется значительное количество осадка, который необходимо удалять на полигон захоронения.

Удаление ПАВ в малых концентрациях требует значитель­ных затрат. Так, при содержании анионных ПАВ 1— 20 мг/л для достижения эффекта очистки 98,3% вводился коагу­лянт в концентрации 30—1000 мг/л, добавлением каустической соды значение рН поддерживалось в пределах 5—10, после чего подмешивался сульфат натрия 200—5000 мг/л и после коагуля­ции 1—50 мг/л полиэлектролита. Путем пенной сепарации про­исходило разделение фаз, и перешедшие в пену ПАВ выводи­лись из системы.

Очистка воды озонированием

Озонирование является одним из перспективных методов очистки стоков от ПАВ. В результате его использования обра­зуются продукты, которые не являются токсичными и не воз­действуют отрицательно на естественные био- и гидрохимиче­ские процессы в открытых водоемах, куда их сбрасывают. Считается целесообразным использовать озонирование для удаления низких концентраций ПАВ (4,5 мг/л), хотя имеются предложения по использованию этого метода и в случае значительно более высоких концентраций (до 200 мг/л). Сниже­ние содержания натриевых солей нефтяных сульфокислот на 90% достигалось за 30 мин озонирования. Расход озона соста­вил 5 мг на 1 мг ПАВ.

Для эффективного проведения озонирования необходимо подбирать определенные условия: рН среды, время контакта, концентрацию окисляемых ПАВ. Так, при озонировании стоков с концентрацией ПАВ 26 мг/л в щелочной среде (рН= =9—10) полное разложение достигалось уже в первые 3—5 мин, В слабокислой среде (рН=5,0) скорость озонирования в 5— 6 раз меньше. При концентрации ПАВ 14 мг/л полное разложе­ние происходит за 1—3 мин при концентрации озоно-воздушной смеси в стоках 9,5—15,0 мг/л и рН>8,0.

Очистка воды адсорбцией на углях

В большинстве случаев адсорбционной очистки сточных вод используется неизбирательный обратимый процесс физической адсорбции, обусловленной силами межмолекулярного взаимо­действия Ван-дер-Ваальса, протекающий с высокой скоростью. Соединения адсорбируются в недиссоциированном состоянии, физическая адсорбция осложнена физико-химическим взаимо­действием адсорбата (адсорбируемого вещества), адсорбтива (растворителя) и адсорбента.

Адсорбенты, применяемые для очистки воды, должны удов­летворять ряду требований: иметь большую сорбционную ем­кость; обладать высокой механической прочностью; легко реге­нерироваться; иметь низкую стоимость. Большая поверхность адсорбции свойственна веществам и материалам, обладающим сильно развитой пористой структурой или находящимся в тонкодисперсном состоянии.

В процессе очистки сточных вод от ПАВ могут применяться следующие адсорбенты: активированные угли, ионообменные смолы, неорганические осадки, различные сорта ископаемых уг­лей, полимерные сорбенты.

Активированные угли давно известны как эффективные сор­бенты органических веществ из водных растворов. Адсорбенты имеют макро-, переходные и микропоры. Макропоры имеют сред­ний радиус более 10^-7 м и удельную поверхность 0,5—2,0 м²/г и не играют заметной роли в сорбционной емкости, являясь транс­портными каналами, по которым адсорбируемые молекулы про­никают вглубь частиц адсорбента. Переходные поры имеют эф­фективные радиусы в интервале от (1,5—1,6)*10^-9 до 10^-7 м и удельную поверхность 20—100 м²/г и в них адсорбируются ве­щества с крупными молекулами. Средние радиусы микропор ме­нее (1,5—1,6) •100-9 м и удельная поверхность 200—850 м²/г.

По соотношению объемов различных пор активированные угли делятся на следующие типы: первый структурный тип, со­держащий преимущественно тонкие микропоры (менее 2*10^-9м); второй структурный тип с размерами пор (2—З)*10^-9 м; сме­шанный структурный тип, содержащий в равной степени как микропоры, так и макропоры. Для адсорбции газов предпочти­тельнее угли первого и второго типов, а для очистки сточных вод—третьего типа. Такими углями являются угли марок КАД, БАУ, АР-3, АГ и ряд других.

Если ПАВ не диссоциированы или слабо диссоциированы, то они могут успешно извлекаться углями из сточных вод. По­скольку поверхность углерода электронейтральна, адсорбция на углях определяется в основном дисперсионными силами взаимо­действия. ПАВ, находящиеся в сточных водах в виде ми­целл, сорбируются наиболее полно.

Из многих марок активных углей для очистки сточных вод от ПАВ лучшим считается уголь КАД. Наиболее распростра­ненным методом регенерации углей является термический при температурах 250—400°С с последующей активацией адсорбен­та при температурах 800—900°С в среде азота, углекислого газа или паров воды.

В установках очистки сточных вод адсорбцией на активиро­ванном угле применяется гранулированный уголь. Известны по­пытки заменить его порошкообразным, так как последний в 3— 4 раза дешевле гранулированного. Кроме того, у порошкообраз­ного активированного угля более быстрая кинетика адсорбции вследствие сокращения пути внутренней диффузии молекул ор­ганических веществ и увеличения внешней поверхности. Регене­рация этого угля осуществляется в специальной печи во взве­шенном слое при 650—870°С в течение нескольких секунд при недостатке кислорода. Однако потери порошкообразного угля при регенерации составляет 15%, что в 3 раза выше, чем гранулированого. Стоимость регенерации порошкообразного угля примерно в 2 раза больше, чем гранулированного. Помимо этого возникает много технологических затруднений при работе с по­рошкообразным углем, и в настоящее время предпочтительнее применять гранулированные активированные угли.

При разработке способов очистки воды с помощью активи­рованных углей следует учитывать, что эти адсорбенты целесо­образно применять на стадиях доочистки вод, содержащих не­большие концентрации ПАВ (не более 100—200 мг/л).