14.4. Методы удаления из сточных вод отдельных компонентов

Одними из самых эффективных способов удаления из сточных вод отдельных компонентов (тяжелые металлы, нефтепродукты, хлорорганика, СПАВ, фенолы) являются адсорбция и ультрафильтрация.

Углеродные сорбенты (активные угли) являются гидрофобными сорбентами с высокой степенью карбонизации (90...95 %). Марка активного угля позволяет судить о его назначении или происхождении. Например, БАУ - березовый активный уголь, АГ - активный гранулированный, АР -активный рекуперационный, КАД - каменноугольный активный дробле­ный, ОУ - осветляющий уголь, СКТ - уголь сернистокалиевого активирова­ния торфяной и т.д.

Сорбенты характеризуются пористостью, структурой пор и хими­ческим составом. Пористость активных углей 57...75 %, туфов - 30...55 %, диатомитов - до 75'%.

Для активных углей суммарный объем пор составляет обычно 0,76...0,88 см7г.

Пористость и суммарный объем пор лишь приближенно характери­зуют сорбционную способность, так как не учитывают структуру пор, обу­словливающую величины доступной поверхности и адсорбционного по­тенциала. По размерам поры делятся на микропоры, переходные поры (или мезопоры) и макропоры. Микропоры активных углей занимают поверх-ностыдо 1000 м²/г, переходные - до 100 м²/г, макропоры - до 1...2 м²/г. Объ­емы микро-, мезо- и макропор активных углей АГ-3 соответственно равны 0,27; 0,128 и 0,386 см³/г.

Другой характеристикой сорбентов является их химический состав или химическое сродство с извлекаемыми загрязнениями. Поэтому приме­нение гидрофобных сорбентов (допустим, активных углей) целесообразно в гидрофильных средах (сточных водах) и, наоборот, гидрофильных сорбен­тов (например, силикагелей) в гидрофобных средах (в нефтепродуктах).

Между степенью адсорбции органического вещества и его раство­римостью в воде (гидрофильностью) существует обратное соотношение.

С понижением температуры степень адсорбции снижается и сни­жение величины рН в большинстве случаев вызывает увеличение адсорб­ции типичных, органических веществ сточных вод.

Молекулы загрязнений образуют ассоциации, которые имеют зна­чительно большую энергию поглощения, чем гидроксильные группы, и на первый план выступает величина работающих пор, а не химический состав сорбента. Поэтому становится возможным применение активных оксидов, природных и искусственных крупнопористых сорбентов для очистки сточ­ных вод от уг леводородов, находящихся в эмульгированном виде, и от вы­сокомолекулярных веществ (например, хлоропрена, попадающего в сточ­ные воды заводов синтетического каучука). Для глубокой очистки сточных

вод от растворенных органических веществ наиболее эффективны углерод­ные сорбенты.

В комплекс технологического оборудования для проведения адсорб­ционной очистки сточных вод входят адсорбер, в зависимости от конструк­ции которого выбираются системы подачи и отвода сорбента на регенера­цию, емкости для его хранения и отделения сорбента от очищенной воды (при необходимости), оборудование для подачи и отвода сточной воды.

Выбор конструкции адсорберов зависит от задач адсорбции (из­влечение ценных веществ, глубокая очистка), свойств и расходов сточных вод (степень концентрации, дисперсность, сопутствующих примесей), свойств активного угля (крупность частиц, прочность, кинетические харак­теристики); характера процесса (периодический или непрерывный, причем адсорбция загрязнений сточных вод протекает непрерывно, а использова­ние активного угля является периодическим). Для концентрирования и из­влечения технически ценных веществ, т.е. при регенерационной очистке сточных вод, наилучшие условия создают аппараты с неподвижным слоем активного угля (насыпные фильтры). При этом для небольших расходов концентрированных вод в одном аппарате весьма удачно сочетаются ад­сорбция и десорбция, если десорбция производится паром или химически­ми растворителями, не требующими выгрузки сорбента, или низкотемпера­турная. На рис. 14.16 приведено конструктивное оформление процесса ад­сорбции применительно к очистке сточных вод от отдельных элементов.

Для очистки сточных в ФГУП НИИ ВОДГЕО была разработана конструкция очистного сооружения, технология которой основана на со­вмещении в специальном сооружении - биосорбере процессов адсорбции органических загрязнений из воды с их биологическим окислением микро­организмами, иммобилизованными на поверхности и в микропористой структуре пористого гранулированного носителя. Это позволяет непрерыв­но осуществлять эффективное и глубокое удаление из воды органических трудноокисляемых и токсичных соединений без необходимости термиче­ской и химической регенерации или замены сорбента.

Биосорберы показали высокую эффективность применения био-сорбционного метода для глубокой очистки сточных вод. При коротком времени пребывания в биосорберах происходит интенсивное удаление ор­ганических веществ, в особенности таких консервативных, как СПАВ, неф­тепродукты, вещества, определяющие высокие остаточные значения ХПК воды, очищенной в аэротенках. Одновременно осуществляется значитель­ное удаление взвешенных веществ.

В результате доочистки на биосорберах биологически очищенных сточных вод их БПК_1ЮЛН снижается до 1,5-3 мг/л, ХПК - на 40-60%, практи­чески полностью удаляются СПАВ и нефтепродукты, содержание взвешен­ных веществ не превышает 3 мг/л.

Д

₃

	ш

иаметр зерна сорбен­та, мм _

Схема адсорбционной очистки

п
J1

Тип адсорбера

Преимущест- венный тип регенерации сорбента

Химическими реагентами, паром, низко­температур­ная термиче­ская

В

ысокотем­пературная термическая

В ысокотем­пературная термическая или без реге­нерации

То же

та

е-

■в­о

X

т

i

_I-

Рис. 14.16. Схема конструктивного оформления процессов адсорбции загрязнений сточных вод

Биосорбционная установка состоит из секций, попарно объединен­ных центральным эрлифтным каналом в блок. Секция биосорбера (рис. 14.17) представляет собой прямоугольный резервуар 1, загруженный акти­вированным углем. У днища резервуара и в его средней части расположены

водораспределительная 2 и водосборная 3 системы. В верхней части био-сорбера расположены лотки отвода очищенной воды 4 и промывной воды 5. Между секциями биосорбера расположен общий эрлифтный канал 6.

Водосборная система 3 (средний дренаж) присоединена к всасы­вающему коллектору эрлифтов 7, а водораспределительная нижняя система (нижний дренаж) 2 соединена с напорным каналом эрлифтов 8.

Средний и нижний дренажи конструктивно выполнены аналогично и представляют собой сборно-распределительную систему низкого сопро­тивления с центральным коллектором 9 и боковыми распределителями 10. Дырчатые распределители среднего дренажа оборудованы наклонными щитками 11 с углом наклона к горизонту 60°. Щитки снабжены регулируе­мыми пластинами, обеспечивающими возможность изменения ширины щели между ними 12 в пределах 20 - 50 мм.

Козырьки 13 нижней дренажной системы наклонены к горизонту под углом 70°. Нижние кромки козырьков уложены непосредственно на гладкое днище резервуара. В нижней части козырьков у самого днища уст­роены овальные отверстия. Средний дренаж разделяет активированный уголь на два слоя: нижний - псевдоожиженный 14 и верхний - плотный 15.

Сточная вода подается в эрлифтный канал 8, откуда вместе с цир­кулирующей водой, подаваемой эрлифтами 16 в напорный канал 8, посту­пает в нижнюю распределительную систему 2, которая равномерно распре­деляет весь поток по площади биосорбера. Поднимаясь вверх со скоростью около 30 м/ч, этот поток взвешивает нижний слой активированного угля, обеспечивая его псевдоожижение. При этом циркуляционный поток насы­щается растворенным кислородом в эрлифтах при перекачке воды, что обеспечивает благоприятные условия для развития микроорганизмов, кото­рые закрепляются на частицах активированного уг ля в псевдоожиженном слое 14. В результате многократных проходов через псевдоожиженный слой, где органические зафязнения сорбируются активированным углем и одновременно окисляются закрепленными на его поверхности микроорга­низмами, сточная вода очищается.

Пройдя сквозь взвешенный слой, поток воды разделяется. Цирку­ляционный расход равномерно собирается средней дренажной системой 3 и отводится во всасывающий коллектор эрлифтов 7, откуда подается эрлиф­тами в напорный канал 8 и вновь поступает в нижнюю распределительную систему.

Очищенная вода отделяется от циркуляционного потока, проходит через щели между козырьками среднего дренажа, профильтровывается сквозь плотный верхний слой активированного угля, освобождаясь от взвешенных веществ, поступает в верхние лотки отвода очищенной воды 4 и отводится из сооружения.

По мере заиливания фильтрующего слоя 15 задержанными взве­шенными веществами осуществляется его гидравлическая промывка. Для этого открывается клапан 17 лотка отвода промывной воды 5 и закрывается клапан 18 коллектора среднего дренажа.

Рис. 14.17. Биосорбер:

/ - прямоугольный резервуар; 2 - водораспределительная система; 3 - водосборная система; 4 - лотки отвода очищенной воды; 5 - то же, промывной воды; 6 - эрлифтный канал; 7 - всасывающий коллектор эрлифта; 8 - напорный канал эрлифта; 9 - центральный коллектор; 10 - боковой распределитель; // - наклонные щитки; 12 - регулируемые пластины; 13 - козырьки нижней дренажной системы; 14 - псевдоожиженный слой; 15 - плотный фильтрующий слой; 16 - эрлифт; 17 - клапан лотка отвода промывной воды; 18 - клапан коллектора среднего дренажа

При этом расход воды, подаваемой эрлифтами из соседних секций через нижнюю распределительную систему, проходит через щели между козырьками среднего дренажа и взвешивает плотный фильтрующий слой угля, в результате чего происходит отмывка задержанных загрязнений и их удаление с промывной водой через лотки 5. Для промывки используется очищенная вода из других секций биосорбера, накопленная над промыв­ными лотками.