Автоматизация производства
Популярное

  •  
    Сорбционная технология очистки производственных и поверхностно-ливневых стоков

    В настоящее время для очистки промышленных сточных вод используются различные

    технологии. Наиболее распространенной является реагентная, при которой ионы тяжелых

    металлов (Cr3+, Ni2+, Cu2+, Zn2+,

    Cd2+, Fe3+ и др.) С помощью щелочного реагента переводятся

    в практически нерастворимые гид­роксиды этих металлов и выделяются из водной среды

    отстаиванием и фильтрованием. В качестве щелочных реагентов, вво­димых в очищаемый

    сток, ис­пользуются сода (кальцинированная или каустическая) или гашеная известь

    Са(ОН)2 (известковое молоко).

    Реагентная технология имеет ряд недостатков. Во-первых, концентрация ионов тяжелых

    металлов и водородный показатель (рН) в сточных водах постоянно изменяются. Технология

    корректировки рН весьма инерционна и не может обеспечить своевременное изменение

    требуемой дозы щелочного реагента. Это обстоятельство приводит к неполному переводу

    ионов тяжелых металлов в их гидроксиды и проскоку этих ионов за пределы очистных

    сооружений в составе очищенных сточных вод. Причем концентрации тяжелых металлов

    при их проскоках в виде ионов могут в десятки раз превышать ПДК. Во-вторых, при

    применении реагентов возрастает и без того высокое солесодержание очищенных сточных

    вод, что может служить дополнительным препятствием при повторном их использовании

    в технологических операциях.

    Перевод ионов тяжелых металлов в их гидроксиды сам по себе хороший технологический

    способ, но реализация его посредством добавления щелочного реагента с последующим

    отстаиванием и фильтрованием через обычные песчаные фильтры значительно снижает

    эффективность и надежность очистки. Как правило, очищенные сточные воды повторно

    использоваться не могут из-за низкого их качества.

    Проблема обеспечения высококачественной очистки загрязненных сточных вод должна

    решаться путем упрощения технологической схемы, конструктивного оформления и эксплуатации

    водоочистных сооружений при одновременном повышении степени очистки, универсальности,

    надежности, а также экологической безопасности технологического процесса, возможности

    максимальной и даже полной автоматизации его.

    В свете изложенных требований среди известных методов очистки сточных вод до заданных

    нормативов (ионообменный, мембранный, сорбционный) наи­более перспективным представляется

    сорбционный при условии, что применяемый в технологическом процессе очистки адсорбент

    способен длительное время (месяцами и даже годами) выполнять свои функции водоочистителя,

    т. е. очищать фильтруемую через него воду от всего комплекса находящихся в ней

    вредных примесей при восстановлении сорбционной активности адсорбента посредством

    регенерации, осуществляемой непосредственно в фильтровальном сооружении.

    Сорбционный метод очистки природных и сточных вод с использованием активированных

    углей и цеолитов известен давно. Однако широкого распространения он не нашел вследствие

    того, что данные адсорбенты являются фильтрующими материалами разового использования.

    Регенерация активированных углей и цеолитов дорогостоящая и трудоемкая операция

    и в условиях действующих водоочистных сооружений практически не осуществима, потому

    что требуются выгрузка материала из фильтра, активация его за пределами водоочистной

    станции на специальной установке, доставка отрегенерированного материала обратно

    на водоочистную станцию и загрузка его в фильтровальное сооружение. Если пойти

    по пути разового использования адсорбентов, то кроме колоссальных затрат на замену

    материала возникает вероятность экологической опасности, так как для надежного

    захоронения отработанного загрязненного адсорбента в огромном количестве требуются

    большие экономические затраты.

    Эксплуатационные и экономические недостатки сорбционного метода очистки природных

    и сточных вод традиционными адсорбентами устраняются при использовании в технологическом

    процессе водоочистки адсорбента, обладающего высокой поверхностной активностью

    зерен, позволяющего восстанавливать сорбционную способность посредством технологически

    не­сложной, непродолжительной по времени регенерации, проводимой непосредственно

    в фильтровальном сооружении. Наиболее эффективной основой для получения адсорбентов

    с целенаправленно ре­гулированными свойствами могут служить алюмосиликатные минералы,

    так как в их структуру можно вводить практически любые добавки органического и

    минерального происхождения, которые будут придавать поверхности зерен требуемые

    свойства.

    Отличительным и положительным свойством этих минералов является "дефектность"

    их кристаллической решетки и способность к катионному замещению. Слоистая тетраэдооктаэдрическая

    структура алюмосиликатов позволяет принимать катионы не только в свою кристаллическую

    решетку, но и в межслоевые и межплоскостные пространства, а также на базальные

    плоскости частиц минерала. В качестве таких обменных ка­тионов могут служить магний

    и кальций, которые имеют слабые связи с поверхностью частиц ми­нерала и в водной

    среде достаточно легко переходят в раствор.

    Катионы магния и кальция, как показали многолетние иссле­дования на кафедре "Водоснабжение

    и водоотведение" Пе­тербургского государственного университета путей сообщения,

    выполняют основную роль в ходе процесса сорбционного извлечения загрязнений сточных

    вод, участвуя вначале (посредством химического воздействия) в образовании новых

    соединений, а затем в создании коллоидных структур этих соединений на по­верхности

    зерен адсорбента и в межзерновом поровом пространстве. Поэтому при изготовлении

    алюмосиликатного адсорбента в сырье в качестве активирующей добавки вводят соединения

    магния и кальция.

    Важными технологическими особенностями активированного алюмосиликатного адсорбента

    являются:

    способность к ионному обмену щелочноземельных и щелочных металлов (Mg2+,

    Ca2+, Na+) благодаря "дефектности" кристаллической решетки

    катионита, из которого изготавливается адсорбент;

    увеличение водородного показателя до 9 в профильтрованной через адсорбент воде;

    возникновение положительного -потенциала на границе раздела "зерно

    адсорбента - жидкость" при фильтровании воды через слой адсорбента;

    восстановление сорбционной активности активированного алюмосиликатного адсорбента

    по отношению к ионам тяжелых металлов путем регенерации, проводимой непосредственно

    в фильтровальном сооружении.

    При изготовлении активированного алюмосиликатного адсорбента благодаря природной

    ионообменной способности алю­мосиликатной основы происходит замещение части трехвалентного

    алюминия катионами магния и кальция, входящими в состав активатора, а также заполнение

    "вакансий" в узлах кристаллической решетки и в межслоевом пространстве выше­указанными

    катионами. В результате такого целенаправленного модифицирования и активирования

    алюмосиликатного сырья получается гранулированный материал, который при фильтровании

    воды через зернистый слой образует слабощелочную среду и положительный электрокинетический

    потенциал. Предпосылкой для создания щелочной среды являются оксиды магния и кальция,

    образующиеся в структуре адсорбента в процессе его изготовления. Оксиды магния

    и кальция образуют в воде гидроксиды, повышая таким образом рН за счет избытка

    анионов ОН-. Катионы тяжелых металлов, попадая в щелочную среду, вступают

    в реакцию и образуют труднорастворимые гидроксиды по схеме:

    Ме2+ + 2ОН-® Ме(ОН)2

    Ме3+ + 3ОН- ® Ме(ОН)3.

    Произведение растворимости гидроксидов тяжелых металлов значительно меньше (в

    десятки и в сотни раз) произведения растворимости гидроксидов магния и кальция,

    поэтому равновесие химического взаимодействия смещается в сторону образования

    труднорастворимых гидроксидов тяжелых металлов. Кроме того из адсорбента

    в воду диффундируют обменные катионы Mg2+ и Ca2+, также

    способствующие повышению рН среды за счет избыточных анионов ОН-, связываемых

    в дальнейшем в гидроксиды тяжелых металлов. Диффузия катионов Mg2+

    и Ca2+ возможна благодаря непрочности связей с кристаллической решеткой

    катионита. Таким образом, формируются мицеллы гидроксидов тяжелых металлов с дальнейшим

    укрупнением их в агрегаты, образованием и ростом коллоидной структуры за счет

    сил электростатического взаимодействия между положительно заряженной поверхностью

    зерен адсорбента и отрицательно заряженными мицеллами гидроксидов тяжелых металлов.

    В процессе фильтрационного извлечения из воды ионов тяжелых металлов активная

    часть адсорбента, состоящая из катионов магния и кальция, продуцируя в водную

    среду, постепенно уносится вместе с фильтратом. Наступает момент, когда очистительные

    (защитные) функции адсорбента становятся недостаточными, и концентрация выносимых

    с фильтратом ионов тяжелых металлов превышает установленные ПДК. Требуется активация

    адсорбента, т. е. восполнение ушедших вместе с водой обменных катионов. При выборе

    активатора для восстановления сорбционных свойств адсорбента учитывались три наиболее

    важных фактора: во-первых, активатор должен растворяться в воде, чтобы активацию

    проводить раствором непосредственно в фильтровальном сооружении; во-вторых, ионообменный

    катион в ряду активности катионов должен быть расположен выше, чем кальций и магний;

    в-третьих, этот катион должен обладать щелочными свойствами и быть легко доступным

    для практического использования. Всем этим условиям в наибольшей степени отвечает

    катион натрия Na+ в составе кальцинированной соды.

    Показатель

    Концентрация загрязнений, мг/дм3

    в исходной воде

    После очистки адсорбентом "Глинт"

    Никель

    94

    00035

    Свинец

    585

    0007

    Кадмий

    811

    0004

    Железо

    100

    0,05

    Марганец

    81

    00047

    Цинк

    663

    00024

    Медь

    601

    0002

    Хром+3

    180

    0006

    Примечание. Метод исследования основывался

    на ПНДФ 14.1:2:4.140-98.

    Как показала практика эксплуатации, обработка активированного алюмосиликатного

    адсорбента 34-процентным раствором кальцинированной соды в циркуляционном

    режиме в течение 30-35 мин восстанавливает защитные свойства адсорбента независимо

    от количества проведенных циклов регенерации, т. е. в течение длительного срока

    эксплуатации. Восстановление сорбционной активности фильтрующей загрузки осуществляется обработкой 34-процент­ным раствором

    кальцинированной соды в режиме циркуляции с интенсивностью 3 л с/м2.

    Регенерационный раствор используется многократно. Перед восстановлением необходимо

    промыть фильтрующую загрузку водой с интенсивностью 14 л

     
     
    процессов | системы | выключатели | линии | оборудование