Файл: Очистка промышленных сточных вод..pdf

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

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