Адсорбционная очистка сточных вод
Теоретические сведения
Адсорбция является одним из наиболее эффективных методов глубокой очистки сточных вод от растворенных органических соединений (фенолов, пестицидов, ароматических красителей, поверхностно-активных веществ и др.).
Адсорбция – самопроизвольный процесс поглощения (концентрирования) органических веществ из воды или газовой фазы поверхностью твердого поглотителя (адсорбента). Различают физическую и активированную (химическую) адсорбцию.
Физическая адсорбция обусловлена силами межмолекулярного взаимодействия адсорбируемых молекул с поверхностью адсорбента. Этот процесс полностью обратим.
Активированная адсорбция сопровождается образованием поверхностных соединений молекул поглощаемых веществ с адсорбентом. Отдельные виды адсорбции на практике часто протекают одновременно.
В качестве адсорбентов в технологии очистки сточных вод можно использовать любые мелкодисперсные твердые вещества, обладающие развитой поверхностью: опилки, зола, торф, глины, коксовая мелочь. Однако наиболее эффективными адсорбентами являются гидрофобные пористые материалы - активные угли (АУ) различных марок.
АУ принадлежат к группе графитовых тел и представляют собой разновидность микрокристаллического углерода. Графитовые кристаллы состоят из плоскостей, образованных конденсированными ароматическими кольцами, но типичная для графита ориентация отдельных плоскостей нарушена, часть слоев беспорядочно сдвинуты относительно друг друга. Кроме того, АУ содержит до 2/3 аморфного углерода и гетероатомы, например кислород. Неоднородная масса, состоящая из кристаллитов графита и аморфного углерода, обуславливает необычную пористую структуру АУ.
Поры АУ классифицируют по эквивалентному радиусу пор (r), и разделяют на:
- микропоры r = 0,6-0,7нм;
- супермикропоры r = 0,7-1,6нм;
- мезопоры r = 1,6-100нм;
- макропоры с
r
100нм.
Определяющая роль в процессах адсорбции активными углями растворенных органических веществ принадлежит микропорам, размеры которых соизмеримы с размерами адсорбируемых молекул. Характерной чертой адсорбции в микропорах является существенное повышение энергии адсорбции по сравнению с другими видами пор, что связано с наложением адсорбционных полей противоположных стенок пор. При этом заполнение адсорбционного пространства протекает по объемному механизму, что приводит к значительному повышению адсорбционной ёмкости АУ. Однако адсорбция крупных молекул ПАВ, высокомолекулярных соединений может осуществляться в супермикро- и мезопорах.
Основными характеристиками АУ являются параметры пористой структуры (объемы микро-, мезо- и макропор, см3/г), распределение объема пор по размерам, насыпная плотность г/см3, механическая прочность, диаметр зерен, которые зависят главным образом от свойств исходного сырья, условий карбонизации и активации.
В настоящее время АУ получают из всех видов углеродсодержащего сырья: каменный и бурый угли, древесина, торф, лигнин, отходы полимерных материалов, фруктовые косточки и скорлупа орехов.
Промышленность выпускает гранулированные (ГАУ) и порошкообразные активные угли (ПАУ).
В практике очистки сточных вод АУ применяются в статическом и динамическом режиме адсорбции.