Зависимость скорости потока сточной воды в осветлителе от концентрации взвешенных веществ.

Концентрация взвешенных веществ, мг/л	Расчетная скорость восходящего потока сточной воды, мм/сек
до 400	0,8-1
400-1000	1-1,1
1000-2500	1,1-1,2

Расчетный расход сточной воды, проходящей через осветлитель можно определить по следующей формуле:

Q_расч = Q_осв [ 1 + (C_н-С_к ) / C_шл ] ( 6.0)

где

Q_расч - расчетный расход сточной воды, м ³/ч;

Q_осв - расход сточных вод, выходящих из осветлителя, м³ /ч;

С_н - начальная концентрация взвешенных веществ в сточной воде, г/м³;

С_к - конечная концентрация взвешенных веществ в сточной воде, г/м³;

С_шл - концентрация взвешенных веществ в осадке после его уплотнения, г/м³.

Площадь осветлителя с вертикальным осадкоуплотнителем может быть определена из следующего равенства:

F_осв = F₃₀ + F_оу = Q_осв[1 + (C_н-С_к)/С_шл ]  [ k_p+Y (1- k_p)] / V_расч ( 6.0)

где

F_осв - площадь осветлителя с вертикальным осадкоуплотнителем, м²;

F_зо и F_оу - площадь зоны соответственно осветления и осадкоуплотнителя, м² ;

V_расч - расчетная скорость восходящего потока воды,м/ч;

k_p - коэффициент распределения воды между зоной осветления и осадкоуплотнителем, равный:

k_p = 1 - V_расч ( С_н - С_к ) / C_э ( 6.0)

где

C_э – эталонная концентрация взвешенных веществ во взвешенном слое при скорости движения воды 1 мм/с и температуре 20 °С (справочные данные), г/м³;

Y - коэффициент подcоса в осадкоуплотнитель, равный 1,15-1,2.

Остальные обозначения те же, что и в предыдущей формуле. Площадь осветлителя (F_осв , м² ) с подонным осадкоуплотнителем определяется из следующего выражения:

F_осв=F_зо + F_отв = Q_осв[1+(C_н-С_к)/C_шл][k_p/V_расч + Y(1-k_p) /V_отв] ( 6.0)

где

F_отв - площадь поперечного сечения осадкоотводящих труб, м² ;

V_отв - скорость движения воды с осадком в осадкоотводящих трубах, равная 90-140 м/ч.

Остальные обозначения те же, что и в формулах (6.15, 6.16). Эффективность коагуляционной и флокуляционной oчистки достигает 90-95%.

6.2. Сорбция.

Сорбция - это процесс поглощения вещества из окружающей среды твердым телом или жидкостью, называемыми сорбентами. Поглащаемое вещество именуется сорбатом. При абсорбции вещества (абсорбата), поглощение последнего происходит во всем объеме жидкого или твердого абсорбента. Абсорбция обусловлена как процессом диффузии абсорбента в абсорбат, так и процессами растворения. Под абсорбцией понимают процесс поглощения веществ (адсорбатов), находящихся в газах и жидкостях, происходящий на поверхности твердых тел (адсорбентов). Сорбция, сопровождающаяся химическим взаимодействием сорбента с поглощаемым веществом, называется хемосорбцией.

Сорбционная очистка рекомендуется для сточных вод, загрязненных ароматическими соединениями, слабыми электролитами или неэлектролитами, красителями, непредельными соединенимями, гидрофобными алифатическими соединениями. Указанные методы позволяют извлечь из сточных вод ценные компоненты с их дальнейшей утилизацией, а очищенную воду использовать в системах оборотного водоснабжения предприятия. Метод сорбционной очистки не рекомендуется применять для выделения из сточных вод только неорганических соединений, а также низших одноатомных спиртов.

В отечественной практике сорбционная очистка используется для обработки сточных вод предприятий целлюлозно-бумажной, химической, нефтехимической и других отраслей промышленности и применяется в качестве самостоятельного метода или совместно с методом биологической очистки.

В качестве сорбентов применяют различные материалы активированные угли различных марок, силикагели, алюмогели, золу, коксовую мелочь, торф, шлаки, активные глины и др. Характерной особенностью вышеперечисленных сорбентов является их пористость. Например, для таких эффективных сорбентов, как активированные угли пористость составляет 60-75%, а их удельная площадь поверхности лежит в пределах 400-900м²/г.

Схема строения гранулы активированного угля представлена на рис.6.6

Рис. 6.35. Гранула активированного угля.

Все активированные угли делятся на крупно- и мелкопористые, а также смешанного типа в зависимости от преобладающего размера пор, которые подразделяют на три вида: макропоры размером 0,1-2 мкм, переходные поры размером 0,004-0,1 мкм и микропоры размером менее 0,004 мкм. Сорбционная способность углей определяется в основном микропористой структурой. Так, например, растворенные органические вещества с размером частиц менее 0,001 мкм заполняют объем микропор сорбента, полная емкость которых соответствует его поглощающей способности.

Для отечественных активированных углей марок АГ-2, БАУ, АР-3, КАД, СКТ емкость микропор лежит в пределах 0,19-0,51 см³/г.

Активность сорбента характеризуется количеством поглощаемого вещества на единицу объема или массы сорбента (кг/м³ или кг/кг). Процесс сорбции может быть осуществлен как в статическом, так и в динамическом режиме. В статическом режиме частицы жидкости и сорбента совместно движутся в потоке (например, в аппаратах с перемешиванием жидкости), а в динамическом - жидкость перемещается относительно сорбента (фильтры, аппараты с псевдоожиженным слоем). Поэтому вводятся два понятия, характеризующие емкость сорбента: статическая и динамическая активность сорбента. Статическая активность сорбента - это максимальное количество вещества, поглощенное единицей объема или массы сорбента к моменту достижения равновесия при постоянных температуре жидкости и начальной концентрации вещества. Динамическая активность сорбента характеризуется максимальным количеством вещества, поглощенного единицей объема или массы сорбента до момента появления сорбируемого вещества в фильтрате при пропуске сточной воды через слой сорбента. Динамическая активность в промышленных адсорбрах обычно составляет 45-90 % от равновесного значения.

Для определения количества поглощенного при очистке воды загрязняющего вещества, характеризующего абсорбционные свойства сорбента используют изотермы сорбции, описываемые уравнениями Ленгмюра или Фрейдлиха. Уравнение Ленгмюра описывает системы с неоднородными поверхностями и незначительными силами взаимодействия между абсорбированными молекулами, а уравнение Фрейдлиха описывает адсорбцию на неоднородной поверхности. Приведем уравнение Ленгмюра для случая сорбции из слабоконцентрированного раствора сточных вод:

а = К_адс * С_равн ( 6.0)

где а - удельная адсорбция, кг/кг;

К_адc - адсорбционная константа распределения сорбента между сорбентом и раствором, зависящая от температуры;

С_равн - равновесная концентрация адсорбирующего вещества на сорбенте, кг/кг.

Аналогичное уравнение Фрейндлиха записывается в виде:

а = К_адс * С_равн ^1/n ( 6.0)

где n- постоянная.

Следует указать, что сорбционные процессы являются обратимыми, т.е. сорбат может переходить с сорбента обратно в раствор. Скорости протекания сорбционного и десорбционного процессов пропорциональны концентрации вещества в растворе и на поверхности сорбента. Наиболее простым адсорбером является насыпной фильтр, схема которого приведена на рис.6.7.

Рис. 6.36. Схема насыпного сорбционного фильтра (типа ФСУ): 1 - вход обрабатываемой воды (конденсата); 2 - выход обрабатываемой воды (конденсата); 3 - подача промывочной-взрыхляющей воды; 4 - сброс промывочной воды; 5 - спуск первого фильтрата и опорожнение фильтра;

6,7 - штуцера для гидрозагрузки и гидровыгрузки активированного угля; 8 - воздушник;

А - корпус; Б - активированный уголь; В - нижнее днище; Г - нижний дренаж (копирующий); ВРП - верхнее распредустройство; Е - лаз.

Скорость фильтрования через эти фильтры лежит в пределах 1-6 м/ч, а крупность зерен сорбента составляет 1,5-5 мм. Основные характеристики сорбционных фильтров типа ФСУ представлены в таблице 6.4.

Таблица 6.27