Розділ 3. Очищення природних та стічних вод способом адсорбції

Сорбція є одним з універсальних засобів глибокого очищення стічних та природних вод від розчинених органічних речовин і деяких хімічних елементів.

Способи сорбційного очищення грунтуються на адгезії (прилипанні) розчинених речовин до поверхні сорбенту - речовини, яка має значну зовнішню і внутрішню (пори) поверхні. Така властивість, в основному, твердих речовин називається адсорбцією. Сорбційними властивостями володіють як природні матеріали: активоване вугілля, зола, шлаки, коксова крихка, торф, керамзит, цеоліти і деякі глини; так і синтетичні полімери - полісорби.

Адсорбція гранульованим активованим вугіллям виконується в насипних фільтрах із щільним нерухомим або рухомим шаром, а також в апаратах з псевдорідким (киплячим) шаром вугілля.

Апарати першого типу виготовляють закритими (напірними) у вигляді сталевих циліндричних колон або відкритими (безнапірними) в формі резервуарів прямокутного чи круглого перерізу. Напрямок руху води в цих адсорберах може бути як згори вниз, так із низу вгору (рис.3.). Простота та надійність цих апаратів зумовили широке їх застосування в технології очищення води.

Рис.3. Схема насипного адсорбційного фільтру: 1 - подача стічних вод та пари, 2 - відвід чистої води і конденсату; З - активоване вугілля

Однак, щоб збільшити продуктивність апаратів з нерухомим шаром сорбенту треба завантажувати великий об'єм вугілля або інших матеріалів, що робить ці апарати ємкісними з великою будівельною вартістю.

Істотно зменшити об'єм необхідної кількості активованого вугілля можна за рахунок постійного оновлення його в апаратах безперервної дії (рис.4.). В цих апаратах верхня та нижня частина сталевої колони мають конічну форму. Апарати працюють під тиском.

Принцип дії таких апаратів полягає в тому, що вода рухається знизу вгору, а вугілля зверху униз. Надлишок його відводиться з нижньої конусної частини апарату на регенерацію, а у верхню конусну частину подається свіже вугілля.

Рис.4. Схема адсорбера з рухомим шаром сорбенту:

1 - подача стічної води; 2 - відвід чистої води; 3 - засипка активованого вугілля;

4 - відвід вугілля на регенерацію

На очисних спорудах великої потужності використовують апарати з псевдорідким шаром активованого вугілля, які мають такі переваги перед апаратами першого типу:

1) можливість використовувати зерна адсорбенту відносно малих розмірів;

2) невеликий гідравлічний опір шару сорбенту;

3) велику рухливість часток у „киплячому" шарі, що підвищує і прискорює процес адсорбції.

Адсорбери з псевдорідким шаром будують одноярусні або багатоярусні і, в основному, безнапірні.

Частинки сорбенту в адсорберах постійно знаходяться в завислому стані, так як вода подається під тиском в нижню частину апарату ( рис.5,а).

Рис. 5. Схема адсорбера з псевдорідким вугіллям (а - одноярусний; б - багатоярусний):

1 - подача стічної води; 2 - відвід чистої води; 3 - подача вугілля;

4 - відвід вугілля

В цих апаратах частинки активованого вугілля за рахунок стирання при перемішуванні зменшують свої розміри і, як наслідок, гідравлічну крупність, що призводить до виносу їх потоком води за межі корпусу. Тому тут постійно йде додавання активованого вугілля.

Іноді застосовують порошкоподібне активоване вугілля. Фільтри такого типу (рис. 5, б) в декілька разів скоріше сягають рівновиваженого, тобто робочого стану, що екологічно дуже вигідно.

Регенерація адсорбентів, в основному, здійснюється за допомогою хімічних розчинників, пари або термообробки.

Застосування органічних розчинників (спирти, кетони, ефіри, аліфатичні і ароматичні розчинники) дає змогу досягти високого ступеню регенерування активованого вугілля.

Практично всі адсорбовані речовини розкладаються при нагріванні до 700...1000°С. Термічна регенерація активованого вугілля здійснюється у шахтних однокамерних або багатокамерних печах у щільному, рухомому або киплячому шарі, а також в обертових печах. Тривалість регенерування вугілля 30...60 хв. Втрати активованого вугілля при цьому становить 10... 15 %. Термічна регенерація найбільш поширена серед усіх видів регенерації адсорбентів.

Після адсорбційного очищення стічної води її можна використовувати в системах оборотного водопостачання. Якби не висока вартість адсорбційного очищення стічної води, вона з успіхом могла замінити біологічне очищення.