ЭЛЕКТРОСОРБЦИОННАЯ ОЧИСТКА

Успех применения электросорбционной тех­нологии во многом зависит от эксплутационных характеристик используемых сорбентов, к кото­рым предъявляются следующие требования: стойкость к окислению, химическая, механиче­ская, гидролитическая устойчивость, достаточ­ная сорбционная ёмкость, отсутствие загряз­няющих органических и неорганических приме­сей.

Традиционно в качестве адсорбентов ис­пользуют активированные угли.

При погружении пары пористых электродов (один является катодом, второй - анодом) в сточную воду происходят следующие процессы.

Неорганические катионы и анионы притяги­ваются к поверхности пористого электрода и адсорбируются под влиянием электрического поля. В некоторых случаях (например, при ад­сорбции ионов тяжелых металлов) катионы раз­ряжаются на поверхности катода (катодное вос­становление до чистых металлов) и таким обра­зом выводятся из сточной воды.

В стадии регенерации, при смене полярности электродов, адсорбированные анионы и катионы поступают в воду, сбрасываемую в дренаж.

Органические вещества разрушаются в ме­жэлектродном пространстве по трём механиз­мам:

1. Анодное окисление (разрушение в анодном пространстве)

2. Разрушение атомарным кислородом, обра­зующимся в анодном пространстве. Он час­тично вступает в окислительную реакцию с органическими веществами, ассоциирует в молекулы и растворяется в воде, а избыток удаляется в газообразном виде.

3. Окисление активным хлором, если в сточной воде содержатся хлорид-ионы. Водный рас­твор, содержащий хлор и продукты его гид­ролиза (CL ₂ , HOCL , CL ₂ O , CLO ^- , CLO ₃ ^-) являет­ся сильным окислителем [20].

Описанные реакции интенсифицируются с увеличением напряжения и силы тока.

Отработку технологии доочистки сточных вод от примесей методом электросорбции осу­ществлена на реальных сточных водах ОАО «Ярославская перевалочная нефтебаза». Сточные воды, усреднённый состав которых представлен в Таблице 5.

Первоначально сточные воды проходят пред­варительную очистку от нефтепродуктов и взвешенных загрязнений при пропускании их через систему, содержащую две нефтеловушки и отстойник. В противном случае загрязнения за­бивают поры, агломерируют между собой, обра­зуя в порах и на поверхности гранул угля «вто­ричную перегородку», которая участвует в про­цессе улавливания механических примесей, уве­личивает толщину слоя и препятствует прохож­дению жидкости.

Более высокая концентрация нефтепродуктов, по сравнению с приведённой выше, приводит к снижению эффективности и срока работы адсорбента вследствие блокирования «активных центров» и забивки пор.

Таблица 5. Состав сточных вод до и после очистки.

Отработанные в процес­се сорбции ионообменные фильтры регенериру­ют электрохимическим способом. Расход элек­троэнергии на процессы адсорбции и регенера­ции определяет экономичность процесса в це­лом.

В качестве электродов используют нержавеющую сталь марки 17Х18Н9Т. Адсорбентом служит активи­рованный уголь марки БАУ. Ад­сорбент располагается в межэлектродном про­странстве, которое разделяется диэлектриче­ской мембраной.

Напряжение, подаваемое на электроды, согласно исследованиям [23] варь­ируется от 2 до 30 В, соответственно с ростом напряжения увеличивается сила тока с 43 мА до 0.2 А и температура в межэлектродном про­странстве от 15°С до 60°С.

В Таблице 1 приведён состав очищенной сточной воды после второй ступени очистки при напряжении 25 В и силе тока 0.2 А.

Как видно из Таблицы 1, электросорбционная тех­нология обеспечивает обезвреживание сточных вод сложного состава до ПДС. Кроме того, со­кращается водопотребление из внешних источ­ников за счёт возврата очищенной воды в техно­логический цикл.

К достоинствам данного метода очистки можно отнести:

1. Отсутствие реагентов, а следовательно, уменьшение количества отходов. В ходе очистки дополнительной минерализации не происходит.

2. Комплексная очистка по всем видам представленных загрязнений.

3. Невысокие энергетические затраты.

Адсорбционная очистка

Адсорбция является универсальным мето­дом, позволяющим практически полностью извлекать примеси из жидкой фазы. Адсорбционный метод основан на преиму­щественной адсорбции молекул загрязнений под действием силового поля в порах адсор­бента.

Адсорбционная очистка эффективна во всем диапазоне концентраций растворенной приме­си, однако ее преимущества проявляются наи­более полно по сравнению с другими методами очистки при низких концентрациях загрязне­ний.

Наиболее распространенными адсорбентами для очистки воды являются активированные угли. Максимальная очистка достигается при увеличении времени контакта воды и адсорбента до 30…50 мин. Обычная скорость течения воды через адсорбер составляет 10 м³ /ч.

Очистка воды от молекулярно растворенных органических веществ может производиться на отечественных активированных углях марок ОУ, КАД-иодный, БАУ, ДАК, СКТ, АР, АГ и других. Принципы подбора активированных углей для адсорбционной очистки до сих пор не выработаны. Считается, что для удаления из сточной воды низкомолекулярных веществ активированные угли должны обладать разви­той микро-макропористой структурой, Для адсорбции из воды крупных молекул рекомен­дуется использовать активированные угли с развитой мезо-макропористостью [42].

При проведении процесса очистки воды ориентируются на оптимальную регенерацию. Поэтому в отечественной практике очистки применяют активированный уголь КАД-иодный [43,44].

Удельная поверхность активированных уг­лей равняется 500…1000 м ² /г, Сорбционная емкость – 150…500 мг общего органического углерода на 1 г активированного угля, степень удаления органических веществ – 90…100%.

Способность активных углей сорбировать значительное количество кислорода из воды и их каталитические свойства позволяют добить­ся значительного увеличения эффективности очистки (в несколько раз) за счет химического окисления токсичных низкомолекулярных соединений. Одним из вариантов применения озонирования является насыщение воды озо­ном перед сорбционной обработкой. Доза озона составляет 2…3 мг/л при к.п.д. процесса 97…100%.

В качестве другого варианта использования активных углей можно назвать метод окисле­ния сорбированных веществ микроорганизма­ми, так называемую биосорбцию [45]. В этом процессе высокие скорости очистки достигают­ся за счет концентрирования компонентов био­химической реакции (субстрата, кислорода, ферментов и микроорганизмов) на поверхности пор сорбента. В сорбционном процессе с пред­варительным озонированием воды единицей объема активного угля сорбируется и окисляет­ся на 30…50% больше органических соедине­ний, чем при обычной биосорбции.

Биосорбцию реализуют в традиционных со­оружениях (аэротенках, биофильтрах, фильт­рах) или в специальных установках. Количест­во загрязнений, изъятых с помощью активного угля в процессе биосорбции, обычно в 2…10 раз превышает максимальную сорбционную ем­кость активного угля в статических условиях, вне биологического процесса.