книги из ГПНТБ / Очистка промышленных сточных вод

адсорбции вещества из потока раствора псевдоожижен­ ным слоем являются: а) наименьшее отношение Н/Н0, обеспечивающее достаточное псевдоожижение для того, чтобы высокодисперсная взвесь проносилась с потоком жидкости через слой, существенно в нем не накапли­ ваясь; б) возможно более высокая дисперсность зерен адсорбента, при которой скорость фильтрования сточ­ ных вод через псевдоожиженный слой еще не слишком мала; в) достаточная высота псевдоожиженного слоя для компенсации продольной диффузии растворенного

вещества с потоком.

На практике установлено, что наименьшим расшире­ нием слоя является HIНо = 1,5. При этом для активиро­ ванного угля оптимальные размеры частиц лежат в пре­ делах 0,25—0,75 или 0,25—1,0 мм, что отвечает скорости потока воды для большинства углей 7—10 м3/м2 • ч. Более мелкие частицы уносятся из колонны при незначи­ тельных скоростях потока и установки с псевдоожижен­ ным слоем таких частиц невыгодны из-за малой произ­ водительности. ГІри крупных зернах угля скорость псев­ доожижения очень велика (например, для зерен угля КАД, имеющих размеры 1—3 мм, wKP при Н/Но = 1,5 достигает 35—40 ж3/.м2' ч) и за небольшое время пребы­ вания раствора в слое не успевает установиться динами­ ческое равновесие (длина работающего слоя Lp в таких условиях сильно возрастает).

В настоящее время для очистки сточных вод псевдо­ ожиженным слоем активированного угля применяются четыре типа адсорберов (рис. 29). Из них только цилин­ дрический одноярусный адсорбер освоен в промышлен­ ных условиях, а конический, или пирамидальный, и ци­ линдрический многоярусный аппараты испытаны пока лишь в опытных установках. Устройство всех четырех типов аппаратов понятно из рисунка.

Цилиндрический одноярусный адсорбер (рис. 29, а) представляет собой колонну высотой около 4 м. Верхняя

111

Рис. 29. Адсорберы для очистки сточных вод псевдоожи­ женным слоем активированного угля:

а — цилиндрический одноярусный; б одноярусный с выносным смесителем; в -г- конический одноярусный; г — трехъярусный с пере­ ливными трубками.

часть ее соединена с царгой, имеющей диаметр, равный 1,5—2 диаметра основной колонны. У борта этого рас­ ширенного участка аппарата приварен кольцевой желоб для отвода из колонны очищенной воды. Нижняя часть колонны соединена при помощи фланцев с коническим днищем, имеющим центральный угол в зависимости от диаметра колонны, равный 30—60°. Непосредственно над коническим днищем установлена распределительная ре­ шетка с отверстиями 5—10 мм и шагом отверстий около 10 мм, на которую загружается крупка активированно­ го угля с размером частиц 0,25—1,0 мм и преимуществен­ ным содержанием фракции 0,5—0,75 мм. Высота непо­ движного слоя крупки угля составляет 2,5-—2,7 м. Сточ­ ная вода подается в нижнюю часть аппарата через боковой патрубок тройника, подсоединенного к конусному днищу. Скорость подачи воды должна обеспечивать относительное расширение слоя #/#о = 1,5—1,6.

Уголь подается из бункера с автоматическим дозато­ ром — шайбовым или автоматическими весами (на ри­ сунке не показаны) — в верхнюю расширенную часть колонны через направляющую воронку. Верхний уро­ вень воронки превышает уровень кольцевого желоба на 150—200 мм. Диаметр воронки на уровне зеркала воды DB должен не менее чем в 3 раза превышать диаметр нижнего узкого отверстия воронки. Длина воронки рав­ на 0,5—1 м. Пропускная способность воронки рассчиты­ вается исходя из того, что через 1 см2 нижнего сечения может быть подано 5—6 кг угля за 1 ч.

При описанном методе дозировки необходимо, чтобы крупка активированного угля хорошо смачивалась во­ дой и не всплывала на поверхность воды в воронке. Этим требованиям отвечает активированный антрацит. Дру­ гие угли могут дозироваться в виде суспензии после предварительного замачивания с целью вытеснения из них воздуха. Для подачи такой суспензии нужны спе­ циальные насосы.

113

В силу того, что в аппарат непрерывно вводится све­ жий адсорбент, масса загрузки, а следовательно, и вы­ сота слоя Н возрастает при сохранении постоянного для данной скорости потока отношения Н/Но. Для фиксации высоты слоя избыток угля отводится непрерывно из ко­ лонны при помощи переливной трубы, вваренной в кор­ пус адсорбера на уровне зеркала псевдоожиженного слоя, и собирается в специальной емкости с коническим днищем — углеуплотнителе.

В углеуплотнителе уголь оседает на дно и периоди­ чески либо непрерывно через кран в днище выводится под напором столба жидкости в адсорбере в виде кон­ центрированной пастообразной суспензии на регенера­ цию. Накапливающиеся постепенно крупные куски угля и породы собираются в подрешеточном пространстве и периодически удаляются через нижний патрубок конус­

ного днища.

Для повышения равномерности обмена угля в аппа­ рате на высоте около 0,5Я в колонну вварена дополни­ тельная переливная труба, по которой часть псевдоожи­ женного слоя угля, образованная относительно тяжелыми или крупными зернами, может выводиться периодически из адсорбера в углеуплотнитель. Скорость удаления отработанного угля из адсорбера в уплотнитель по этой средней переливной трубе регулируется пробковым краном или задвижкой.

Второй вариант одноярусного цилиндрического адсорбера (рис. 29, б), освоенный в промышленных усло­ виях, отличается тем, что уголь дозируется из бункера в смеситель, снабженный лопастной мешалкой с редук­ тором (40—60 об/мин) для предотвращения оседания угля. В этот смеситель поступает сточная вода. Время перемешивания ее с углем не превышает 10 мин. Из сме­ сителя суспензия угля в сточной воде песковым цен­ тробежным насосом через боковой патрубок тройника, подсоединенного к конусному днищу, поступает в колон­

і и

ну адсорбера. В остальном адсорбер не отличается од

описанного выше.

Харьковским отделением Союзводканалпроекта вы­ полнен проект одноярусного адсорбера с псевдоожижен­ ным слоем активированного угля, образующимся в колонне, имеющей вид опрокинутой усеченной пира­ миды квадратного сечения (рис. 29, в). Пирамида уста­ новлена в прямоугольном квадратного сечения внеш­ нем баке, высота которого превышает борт колонны

на 1,5 м.

Активированный уголь смешивается^ со сточной во­ дой в смесителе с лопастной мешалкой. Из смесителя суспензия подается в адсорбер насосом (центробежным НФ или песковым). Постепенное увеличение площади сечения расширяющегося кверху аппарата приводит к падению скорости восходящего потока и обеспечивает четкую границу псевдоожиженного слоя полидисперсных частиц адсорбента. Избыток псевдоожиженного слоя пе­ ретекает через борт пирамидального устройства и осе­ дает в пространстве между его стенками и стенками внешнего бака, поскольку скорость в сечении внешнего бака ниже критической. Осевший уголь выводится из донной части внешнего бака, выполнявшего роль угле­

уплотнителя, на регенерацию.

Трехъярусный адсорбер (рис. 29, г) выполнен в виде колонны, аналогичной цилиндрическому одноярусному аппарату, но имеет большую высоту. Участок адсорбера, в котором находится псевдоожиженный слой адсорбента, разделен беспровальными решетками (типа колпачко­ вых решеток ректификационных колонн) на три яруса. Ярусы соединены между собой коническими суживаю­ щимися книзу трубками, широкая часть которых раз­ мещается на уровне зеркала псевдоожиженного слоя в верхнем ярусе, а узкая погружена в псевдоожиженный слой нижнего яруса и заканчивается на высоте около

0,25# слоя.

115

В верхний ярус адсорбера при помощи насоса или эрлифта подается 15—20%-ная угольная суспензия (по объему). Для предотвращения закупорки при остановке аппарата и оседании угля труба, по которой подается угольная суспензия, размещена на максимальном рас­ стоянии от переливной трубки и заканчивается на глуби­ не около 0,3—0,5# ниже зеркала верхнего псевдоожи­ женного слоя. Сточная вода подается в колонну снизу через коническое днище при помощи центробежного на­ соса НФ. Ярусы колонны загружаются через люки или патрубки в верхней части каждого из них. По мере на-, копления угля на верхнем ярусе избыток его переме­ щается по конической трубке на ярус, находящийся ниже. В результате уровень псевдоожиженного слоя на этом ярусе повышается в такой же мере, как это имело место на верхнем ярусе, и избыток угля по переливной трубке переходит на нижний ярус, откуда выводится в углеуплотнитель таким же образом, как и в одноярус­

ных аппаратах.

Перемещение угля из яруса на ярус по коническим трубкам возможно вследствие того, что скорость потока в широком участке трубки в три-четыре раза меньше, чем в рабочем сеченші адсорбера и оказывается ниже критической скорости псевдоожижения.

•Расчет переливных устройств применительно к мно­ гоярусным адсорберам для адсорбции паров псевдоожи­ женным слоем угля был предложен И. Ф. Земсковым *.

Нижний диаметр d трубки выбирается не менее 5— 6 диаметров наиболее крупных частиц do, которые могут находиться в слое, чтобы предотвратить заклинивание адсорбента на выходе из трубки. Верхний диаметр D вычисляется по уравнению:

(31)

«Химическая промышленность». 1960, № 2, стр. 4—7.

Ив

где w — скорость потока в рабочем сечении колонны; Wq_ дополнительная скорость потока в конической трубке, вызванная меньшим сопротивлением пустой трубки по сравнению с сопротивлением слоя угля на ре­

допускаемая максимальная загрузка трубки по сорбенту

без «захлебывания», л/см2.

Для адсорберов, поглощающих пары веществ из га­ зового потока, величина N составляет 20—25 л/см2• ч. Данных для адсорбции растворенных веществ из раство­ ров, по-видимому, нет, и они должны быть получены в

процессе испытаний адсорберов.

Порошкообразные адсорбенты с диаметром частиц менее 0,1 мм, например, обесцвечивающие угли марки СУ, пылевидный унос газогенераторов и другие материа­ лы для очистки сточных вод, мопут применяться в аппа­ ратах периодического действия с лопастными мешал­ ками. После перемешивания суспензии в течение вре­ мени, достаточного для практического ^ достижения адсорбционного равновесия, отработанный адсорбент отделяют отстаиванием или фильтрованием. Метод наиболее удобен в тех случаях, когда порошкообраз­ ный адсорбент не может быть применен в качестве загрузки колонн из-за высокого сопротивления фильтра­ ции и низких скоростей потока при псевдоожижении. Следует указать, что использование емкости адсорбен­ та в таких статических условиях (т. е. не в потоке) всегда очень небольшое. Низким равновесным, т. е. остаточным

117

концентрациям загрязнения в сточных водах, обеспечи­ вающим необходимую степень их обезвреживания, соот­ ветствует очень незначительное количество вещества, адсорбированного единицей массы сорбента. Поэтому статическая одноступенчатая адсорбция нашла приме­ нение для очистки сточных вод в тех случаях, когда ад­ сорбент очень дешев и является отходом производства.

Использование емкости адсорбента может быть зна­ чительно повышено при двухили трехступенчатом оформлении технологического процесса. При этом в пер­ вый смеситель адсорбент вводится в количестве, необхо­ димом для снижения концентрации загрязнений в сточ­ ной воде от начальной концентрации Со до концентра­ ции С]. Отделенная от адсорбента фильтрацией или отстаиванием сточная вода из первого смесителя посту­ пает во второй, куда вводится новая порция адсорбента, достаточная для снижения концентрации загрязнений от С1 до концентрации, допустимой в очищенной воде (при двухступенчатом процессе) или до величины Сг. В по­ следнем случае в третьем смесителе новой порцией адсорбента удаляют из сточной воды остатки загряз­ нений.

Общий расход адсорбента при этом резко снижается. Эффективность многоступенчатой статической адсорб­ ции в аппаратах периодического действия с мешалками может быть проиллюстрирована на примере очистки сточных вод от фенола активированным порошкообраз­ ным антрацитом.

Если концентрация растворов выражена в мг/л, а удельная адсорбция Г — в мг/г, то для сорбции фенола

118

Следовательно, доза адсорбента, необходимая для сни­ жения концентрации раствора от Со до С 0Ст.

в смесителе с мешалкой тем больше, чем выше концен­ трация суспензии адсорбента. В связи с этим представ­ ляет интерес технологическая схема, при которой в бак со скоростной пропеллерной мешалкой в коническом днище загружается большая доза порошкообразного угля (до 20% от объема жидкости в аппарате), а затем

вэтот аппарат в течение некоторого времени непрерывно подается сточная вода с такой скоростью, чтобы обеспе­ чить время контакта угля с водой в течение 15—60 мин

взависимости от концентрации загрязнений. Эквива­

лентное количество сточной воды отфильтровывается при помощи вакуум-фильтра, рама которого вмонтиро­ вана в стенку корпуса бака или погружена в аппарат

119