19.1. Общие сведения
Сорбционная очистка представляет собой процесс поглощения загрязняющих веществ из сточных вод твердыми веществами — сорбентами. Процессы сорбции избирательны и обычно обратимы. Благодаря их обратимости становится возможным выделение поглощенных веществ (десорбция).
Сорбенты способны извлекать из воды многие органические вещества, в том числе и биологически жесткие, не удаляемые из нее другими методами. При использовании высокоактивных сорбентов воду можно очистить от загрязнений до практически нулевых остаточных концентраций. Сорбцию применяют и при небольших концентрациях загрязнений, когда другие методы очистки оказываются неэффективными и требуется глубокая степень очистки. В тех случаях, когда концентрация сорбируемых веществ в исходных сточных водах велика, обычно выгоднее использовать другие методы очистки.
В качестве сорбентов практически могут служить все мелкодисперсные твердые ве- щества, имеющие развитую поверхность,— активный уголь, зола, торф, опилки, разные глины, доменные шлаки и др.
Поверхностное натяжение между сорбентом и водой должно быть выше поверх: ностного натяжения между сорбентом и сорбируемым веществом. Сорбент должен обладать значительной механической прочностью и определенным гранулометрическим составом, а также легкой, регенерируемостью.
Наиболее эффективными сорбентами являются активные угли (АУ) различных марок. Активные угли являются пористыми материалами, поры которых по своему размеру могут быть подразделены на четыре вида: макропоры размером 1000—20 000 А, переходные поры — 40—1000 А, супермикропоры—16—40 А и микропоры — не более 16 А. Эффективность АУ обусловливается наличием в них микропор, а также в определенной степени супермикропор. Растворенные органические о вещества имеют размер частиц менее 16-А. Они заполняют объем микропор сорбента, полная удельная вместимость, см3/г, которых соответствует поглощающей способности сорбента, поэтому объем микропор является одной из важнейших характеристик и приводится для сответствующих марок активных углей (см. табл. 31.6).
Сорбция может проходить в статических либо динамических условиях. Сорбция в статических условиях осуществляется интенсивным перемешиванием обрабатываемой воды с сорбентом в течение определенного времени и последующего отделения сорбента от воды в результате отстаивания или фильтрования и т. п.
Процесс проводится в одну, но чаще в несколько ступеней. Одноступенчатую очистку применяют при небольших исходных концентрациях загрязнений, когда требуется мало сорбента, либо в тех случаях, когда сорбент дешев и легко доступен. При многоступенчатой сорбции за счет введения новых порций сорбента постоянно поддерживается определенная, разность концентраций извлекаемого вещества в воде и сорбенте, что увеличивает скорость сорбции и требует меньшего расхода сорбента, чем при очистке в одну ступень.
Рис. 19.1. Трехступенчатая сорбционная установка с последовательным введением сорбента
1 — подача сточной воды; 2 — ввод сорбента; 3 — мешалки; 4 — отстойники; 5 — отвод отработанного сорбента; 6 — отвод воды после первой обработки сорбента; 7 — то же после второй обработки; 8 — то же, после третьей обработки (очищенная вода)
Ряс. 19.2. Трехступенчатая сорбционная установка с противоточным введением сорбента
1 — подача сточной воды; 2 — мешалки; 3 — подача сорбента из третьей ступени на вторую; 4 — отвод воды после первой обработки сорбентом; 5 — отстойники; 6 — отвод отработанного сорбента; 7 — отвод воды после второй обработки; 8 — подача сорбента из третьей ступени на вторую; 9 — ввод сорбента; 10 — отвод воды после третьей обработки (очищенная вода); 11 — приемники отработанного сорбента; 12 — насосы для перекачки сорбента
Многоступенчатая сорбция осуществляется с последовательным (рис. 19.1) или противоточным (рис. 19.2) введением сорбента. В первом случае сорбент вводится отдельными порциями на каждой ступени обработки, во втором чистый сорбент вводится только раз на последней ступени и затем перекачивается из каждой последующей ступени на предыдущую.
Сорбция в динамических условиях осуществляется фильтрованием сточных вод через загрузку сорбента. Такой способ имеет большие технологические, эксплуатационные и экономические преимущества по сравнению с сорбцией в статических условиях. Сорбция в динамических условиях позволяет более полно использовать емкость сорбента. По мере прохождения очищаемой сточной воды через загрузку концентрация вещества в ней снижается. Так же постепенно, начиная от входного сечения, увеличивается насыщенность сорбента. Через некоторое время сначала первый слой, а затем и последующие слои загрузки будут полностью насыщены и перестанут извлекать из воды загрязняющие вещества. Таким образом, возникает фронт отработки угля, который постепенно смещается вглубь загрузки.
Обычно сорбционная установка включает несколько (3—5) последовательно расположенных фильтров, что позволяет выключать на регенерацию головной фильтр лишь после того, как его загрузка достигнет предельного насыщения, и он перестанет извлекать из воды загрязняющее вещество. Это обстоятельство имеет большое экономическое значение, поскольку можно реже регенерировать сорбент. После загрузки фильтра свежим сорбентом он переключается в конец установки.