книги из ГПНТБ / Очистка промышленных сточных вод

сверху. Для того чтобы на фильтрующейсй ткани не образовывался быстро растущий плотный слой угля, пре­ пятствующий фильтрации, пропеллер мешалки гонит турбулентные струи суспензии так, чтобы они смывали налипающий на раму фильтра осадок. После того, как концентрация загрязнений в сточной воде превысит до­ пустимую, аппарат опорожняют и уголь выводят в отвал или направляют на регенерацию. Адсорбционные уста­ новки такого типа нашли применение в США.

МЕТОДЫ РЕГЕНЕРАЦИИ АКТИВИРОВАННЫХ УГЛЕЙ ПРИ АДСОРБЦИОННОЙ ОЧИСТКЕ ПРОМЫШЛЕННЫХ СТОЧНЫХ во д

Адсорбционная очистка сточных вод может быть ре­ генеративной, т. е. с извлечением вещества из угля и его утилизацией, и деструктивной, при которой извлеченные из сточных вод загрязнения уничтожаются как не пред­ ставляющие технической ценности. В зависимости от этого и применяются различные методы регенерации

активированных углей.

Поглощенные вещества могут быть извлечены из активированного угля экстракцией органическим раство­ рителем, изменением степени диссоциации слабого элек­ тролита в равновесном растворе, отгонкой адсорбиро­ ванного вещества с водяным паром и испарением адсор­ бированного вещества током инертного газообразного теплоносителя. В отдельных случаях приходится осуще­ ствлять химические превращения поглощенных веществ непосредственно в адсорбированном состоянии с тем, чтобы затем произвести десорбцию образовавшегося продукта реакции одним из перечисленных методов.

При выборе растворителя для экстракции адсорбиро­ ванных веществ из угля необходимо руководствоваться следующими общими требованиями:

. 120

1. Растворимость извлекаемого из угля вещества в экстрагенте должна быть выше, чем в воде, а коэффи­ циент распределения этого вещества при экстракции его растворителем из водного раствора — возможно больше единицы.

2. Растворитель должен хорошо смачивать поверх­ ность угля, обладать низкой вязкостью, иметь низкую темпер атуріу кипения или легко перегоняться с водяным паром, чтобы отделение экстрагента от извлеченного ве­ щества и отгонка его из пор угля после регенерации не требовали больших затрат тепла. При этом следует стремиться к тому, чтобы экстрагент был негорючим, либо, по крайней мере, обладал высокой температурой вспышки паров и не образовывал в условиях, близких

кусловиям десорбции, взрывчатых смесей с воздухом.

Впроизводственных условиях, а также при изучении работы различных опытных адсорбционных установок для очистки сточных вод применяли в качестве экстра­ гентов адсорбированных веществ из углей хлористый ме­ тил в виде насыщенных паров в смеси с жидким конден­ сатом, хлорэтан, метанол, этанол, ацетон, бензол, хлор­ бензол, бутилацетат и др. В большинстве случаев эти экстрагенты относятся к легковоспламеняющимся веще­ ствам, что препятствует их широкому применению.

Авторы этой книги считают перспективным примене­ ние в качестве экстрагентов адсорбированных углем аро­ матических и ряда алифатических соединений таких де­ шевых растворителей, как технический хлороформ,

внимания при разработке конкретных технологических схем регенеративной очистки промышленных вод, содер­ жащих ценные компоненты.

Наиболее простым методом десорбции поглощенных углем органических слабых электролитов является пере­ вод их молекул в диссоциированную форму. Для органи­

121

ческих оснований показатель pH должен быть снижен до величины не менее рКп — 3, а для органических кислот и фенолов — повышен до величины, равной или большей р/(н + 3. Ионы органических соединений при этом перехо­ дят в раствор, заключенный в порах угля, откуда могут быть вымыты при помощи рециркуляции горячей воды или водных растворов кислот (при десорбции основа­ ний *) либо щелочей (при десорбции кислот и фенолов). Соблюдение этих требований обеспечивает подавление гидролиза солей органических веществ, снижающего пол­ ноту десорбции.

При адсорбции неэлектролитов, легко подвергаю­ щихся гидролизу в щелочной среде, таких, как хлораль, динитрохлорбензол и другие, щелочная пропитка углей приводит к образованию в их порах ионов продуктов реакции (формиата, динитрофенолята), которые затем могут быть вымыты из угля водой.

При отгонке адсорбированного вещества из угля па­ ром снижение общего давления его понижает проницае­ мость пара в тонкие поры адсорбента. В результате десорбция практически происходит только на внешней поверхности зерен и, естественно, содержание десорби­ рованного вещества в конденсате резко снижается. Отсюда вытекает, что оптимальным условием отгонки адсорбированных веществ из пористых адсорбентов является применение избыточного давления (0,3— 0,6 мн/м?).

Общий расход водяного пара на регенерацию активи­ рованного угля состоит из затрат пара на испарение воды, оставшейся в порах іугля и в пустотах между зер­ нами слоя после спуска сточной воды из колонны (обя­

* Ароматические амины (за исключением нитроанилина) кислотой и растворителями из угля достаточно полно не десорбируются. Даже при извлечении 75— 80% поглощенных аминов емкость угля снижается на 40—50% вследствие накопления продуктов окисле­ ния аминов.

122

зательного перед каждой регенерацией), затрат пара на нагрев слоя адсорбента до температуры десорбции по­ глощенного вещества из пор и на транспортирование его паров из адсорбера в теплообменник.

Расход греющего пара определяется с^учетом того, что первоначально весь пар, поступающий в колонну, конденсируется и при этом используется тепло конден­ сации. После достижения температуры слоя, равной тем­ пературе насыщенного пара при данном давлении, будет использоваться лишь тепло, передаваемое іуглю за счет разности температур слоя и поступающего пара. Ясно, что перегрев пара существенно сокращает непроизво­ дительную часть его расхода. При высокой температуре десорбции рационально пар давлением до 0,3 мн/м2 пе­ регревать при помощи прямого контакта с продуктами горения газа в напорной топке или туннеле газовой го­

около 230—300°С резко сократился удельный расход пара при десорбции хлорбензола и были достигнуты бо­ лее высокие показатели работы адсорбционной установ­ ки по извлечению хлорбензола по сравнению с методом азеотропной перегонки (который при использовании пара без такого перегрева более экономичен, чем адсорб­

ционный).

Затраты пара на транспортирование вещества из ко­ лонны (так называемые затраты динамического пара) должны определяться опытным путем. Для отгонки из угля относительно легко летучих веществ удельный рас­ ход динамического пара составляет 2,5—3 кг на 1 кг отогнанного продукта. При отгонке высококипящих ве­

ществ расход пара возрастает в 5—10 раз.

В табл. 16 приведены данные о расходе пара на отгон­ ку 1 кг вещества из активированного угля марки «КАД йодный» при регенерации адсорбента после очистки сточ­

ных вод.

123

водяным паром определяется соотношением стоимости извлеченных продуктов и затраченного пара. Техни­ ческая рациональность применения метода зависит от соотношения между количеством очищенной воды и коли­ чеством конденсата, образующегося в результате отгонки поглощенных веществ из угля, т. е. степенью концентра­ ции продукта. Как установлено на практике, это отноше­ ние должно быть не ниже 15—20 : І, т. е. объем конден­ сата должен быть не более 7,5—5% от объема очищенных сточных вод.

Существенную роль при отгонке паром адсорбирован­ ных веществ играет также повышение температуры адсорбента и увеличение скорости «испарения» десор­ бирующихся молекул. Чем выше температура кипения адсорбированных соединений, тем должен быть больший перегрев водяного пара. Температура пара должна быть близка к температуре кипения адсорбата. Так, для от-

124

должна быть не ниже 200° С, для нитрохлорбензола — не менее 220° С.

Испарение и унос нейтральным газом носителем «ис­ парившихся» молекул адсорбированных веществ лежит в основе метода десорбции горячим инертным газом. При охлаждении газа, прошедшего сорбционные фильтры, избыток вещества конденсируется в теплообменнике, а газ, насыщенный адсорбатом при низкой температуре, очищается в специальной колонне — адсорбере. Приме­ ром может служить регенерация адсорбционных колонн после очистки сточных вод от уксусной кислоты.

Целесообразность рассмотренных методов регенера­ ции активированных углей определяется тем, что извле­ ченные из адсорбента вещества представляют техниче­ скую ценность и могут быть использованы вновь в произ­ водстве, явиться вторичным сырьем либо дополнитель­ ным товарным продуктом.

При деструктивной адсорбционной (так называемой «централизованной») очистке промышленных сточных вод химических предприятий адсорбентами извлекается сложная смесь веществ, среди которых значительную долю составляют продукты побочных или вторичных реакций, не представляющие технической ценности. Из­ влечение этих веществ из адсорбента не имеет смысла. Регенерация адсорбента в таких случаях должна сопро­ вождаться уничтожением веществ в процессе их десорб­ ции. Достаточно надежно это достигается при термиче­ ской регенерации адсорбентов, в первую очередь при термической регенерации активированных углей. Такая регенерация производится смесью продуктов горения газа (или карбюрированного жидкого топлива) с водяным Паром при температуре 700—800° С при отсутствии кислорода воздуха. Наиболее высокая эффективность термической регенерации при проведении процесса в

125

псевдоожиженном слое. В этих условиях длительность термической регенерации не превышает 20—30 мин.

Регенерация активированного угля является резуль­ татом осуществления ряда процессов между адсорбиро­ ванными веществами и нагретым до температуры 700° С водяным паром. Часть летучих соединений отгоняется из угля паром и, если при температуре 600—700° С они не разлагаются, то уносятся с отходящими газами и долж­ ны быть дополнительно разрушены в паровой фазе (окислены избытком воздуха над катализатором). Часть отогнанных продуктов окисляется при температуре 700— 750° С паром более или менее глубоко (до СО, С 02, NH3 и т. п.). Наконец, адсорбированные ароматические сое­ динения с конденсированными кольцами при термиче­ ской регенерации углей разлагаются с образованием на поверхности угля тонкой углеродистой пленки. При тем­ пературе 700° С пар активирует эту пленку и воссоздает активную структуру поверхности адсорбента.

В большинстве случаев термическую регенерацию активированного угля рационально совместить на одной установке с активацией угля-сырца для пополнения по­ терь адсорбента в производственном цикле. Такие потери не превышают, как правило, 10% от количества адсор­ бента, находящегося в аппаратах адсорбционной станции.

Совмещенные установки для регенерации и активации угля в псевдоожиженном слое представляют собой трехъ­ ярусные шахтные печи, у которых ярусы разделены дыр­ чатыми беспровальными сводами из жаропрочного бето­ на или шамотного кирпича (рис. 30). Нижний ярус печи представляет собой топочное пространство. В туннеле горелки и в этом пространстве смешиваются продукты сжигания газа, не содержащие кислорода, с водяным паром. Концентрация пара в активирующей парогазовой

смеси должна быть около 50—60%• При температуре 1000°С реакционная парогазовая

смесь проходит через отверстия свода топки и поступает

126

в камеру активации 6, куда периодически загружается крупка антрацита с зольностью не выше 8—9% (фракция

около 800° С из камеры активации через дырчатый свод поступает в камеру верхнего яруса, куда подается отра­ ботанный активированный уголь, выгруженный из адсор­ беров и отфильтрованный от избытка воды на ленточном

127

вакуум-фильтре. Попадая через загрузочное устройство в камеру регенерации 2, этот уголь подсушивается горя­ чими газами и переходит в псевдоожиженное состояние. Регенерация достигается при контакте псевдоожиженно­ го слоя отработанного угля с активирующей парогазо­ вой смесью в течение 20—30 мин при температуре 700— 800° С.

Как свежий активированный, так и регенерированный уголь направляется в сборники, откуда после охлажде­ ния вновь направляется в дозирующие бункеры адсор­ беров.

Методы адсорбционной деструктивной очистки сточ­ ных вод нашли применение в анилинокрасочной про­ мышленности и на предприятиях тонкого органического, синтеза. Это обусловлено тем, что предприятия анилине красочной промышленности в большинстве случаэ.ш состоят из комплекса относительно небольших и чаедо разнородных, но многочисленных производств, характер, ризующихся переменным ассортиментом продукции.

Если очистке подвергается смесь сточных вод, содер­ жащих вещества, способные к реакциям между собой, в результате которых образуются нерастворимые про­ дукты либо продукты резко изменяющие растворимость при изменении pH раствора, то возможно подобрать та­ кие условия, когда из сточных вод в осадок выпадает максимальное количество органических и неорганических загрязнений. Отделение такого осадка перед подачей сточных вод в адсорберы с псевдоожиженным слоем гид­ роокиси алюминия и железа или в адсорберы с псевдо­ ожиженным слоем активированного угля приводит к сни­ жению нагрузки на адсорбент, увеличению срока его работы до регенерации или к уменьшению количества адсорбента, приходящегося на единицу объема очищае­ мой воды.

Эксплуатационные затраты на станции, очищающей адсорбционном деструктивным методом 10 000 м3/сут

128

сточных вод, распределяются примерно следующим об­ разом, %:

Следует отметить, что с уменьшением мощности стан­ ции очистки сточных вод резко возрастает доля расходов на содержание персонала цеха (до 50% от суммы всех

расходов).

Общая стоимость адсорбционной очистки 1 м3 сточ­ ных вод составляет 60—70 коп., в том числе затраты на активированный антрацит равны 20—25 коп.

Стоимость 1 т активированного антрацита при совме- 'нии процессов регенерации и активации составляет оло 15 руб., т. е. в 20—30 раз меньше стоимости акти­ вированного угля при раздельной регенерации и акти­ вации или при получении активированного угля от спе­

циализированного предприятия.

Глава VI

ИОНООБМЕННАЯ ОЧИСТКА ПРОМЫШЛЕННЫХ СТОЧНЫХ ВОД

ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ИОНООБМЕННЫХ ПРОЦЕССОВ для очистки сточны х ВОД

ОТ СОЛЕЙ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ

Промышленные сточные воды многих химических, текстильных, машиностроительных, электротехнических заводов, предприятий цветной металлургии и других от­ раслей промышленности в большей или меньшей степени загрязнены солями цветных и тяжелых металлов. Наи­ более часто они загрязнены солями цинка, меди, хрома,