3. Окисление активным хлором, если в сточной воде содержатся хлорид-ионы. Водный раствор, содержащий хлор и продукты его гидролиза (CL2, HOCL, CL2O, CLO-, CLO3 -) является сильным окислителем [20].
Описанные реакции интенсифицируются с увеличением напряжения и силы тока.
Отработку технологии доочистки сточных вод от примесей методом электросорбции осуществлена на реальных сточных водах ОАО «Ярославская перевалочная нефтебаза». Сточные воды, усреднённый состав которых представлен в Таблице 5.
Первоначально сточные воды проходят предварительную очистку от нефтепродуктов и взвешенных загрязнений при пропускании их через систему, содержащую две нефтеловушки и отстойник. В противном случае загрязнения забивают поры, агломерируют между собой, образуя в порах и на поверхности гранул угля «вторичную перегородку», которая участвует в процессе улавливания механических примесей, увеличивает толщину слоя и препятствует прохождению жидкости.
Более высокая концентрация нефтепродуктов, по сравнению с приведённой выше, приводит к снижению эффективности и срока работы адсорбента вследствие блокирования «активных центров» и забивки пор.
Таблица 5. Состав сточных вод до и после очистки.
| Состав сточной воды | ПДС | Концентрация, МГ/ДМ3 | |
| Исходная сточная вода | Очищенная сточная вода | ||
| РН Сульфаты Хлориды Железо общ Фенолы Нефтепродукты СПАВ Кальций Натрий | 6.5-8.5 29.4 16.8 0.19 0.004 0.264 0,1 41.4 12 | 7.46 – 7 60.3-41.3 452.4-340.1 6.4-3.2 0.23 - 0.0625 6.1-4,0 0,82-0,5 274,05-83,7 370-220 | 6.5 следы 10.2 0.24 0.005 0,064 0,02 19,64 5,5 |
Отработанные в процессе сорбции ионообменные фильтры регенерируют электрохимическим способом. Расход электроэнергии на процессы адсорбции и регенерации определяет экономичность процесса в целом.
В качестве электродов используют нержавеющую сталь марки 17Х18Н9Т. Адсорбентом служит активированный уголь марки БАУ. Адсорбент располагается в межэлектродном пространстве, которое разделяется диэлектрической мембраной.
Напряжение, подаваемое на электроды, согласно исследованиям [23] варьируется от 2 до 30 В, соответственно с ростом напряжения увеличивается сила тока с 43 мА до 0.2 А и температура в межэлектродном пространстве от 15°С до 60°С.
В Таблице 1 приведён состав очищенной сточной воды после второй ступени очистки при напряжении 25 В и силе тока 0.2 А.
Как видно из Таблицы 1, электросорбционная технология обеспечивает обезвреживание сточных вод сложного состава до ПДС. Кроме того, сокращается водопотребление из внешних источников за счёт возврата очищенной воды в технологический цикл.
К достоинствам данного метода очистки можно отнести:
1. Отсутствие реагентов, а следовательно, уменьшение количества отходов. В ходе очистки дополнительной минерализации не происходит.
2. Комплексная очистка по всем видам представленных загрязнений.
3. Невысокие энергетические затраты.
Адсорбционная очистка
Адсорбция является универсальным методом, позволяющим практически полностью извлекать примеси из жидкой фазы. Адсорбционный метод основан на преимущественной адсорбции молекул загрязнений под действием силового поля в порах адсорбента.
Адсорбционная очистка эффективна во всем диапазоне концентраций растворенной примеси, однако ее преимущества проявляются наиболее полно по сравнению с другими методами очистки при низких концентрациях загрязнений.
Наиболее распространенными адсорбентами для очистки воды являются активированные угли. Максимальная очистка достигается при увеличении времени контакта воды и адсорбента до 30…50 мин. Обычная скорость течения воды через адсорбер составляет 10 м3 /ч.
Очистка воды от молекулярно растворенных органических веществ может производиться на отечественных активированных углях марок ОУ, КАД-иодный, БАУ, ДАК, СКТ, АР, АГ и других. Принципы подбора активированных углей для адсорбционной очистки до сих пор не выработаны. Считается, что для удаления из сточной воды низкомолекулярных веществ активированные угли должны обладать развитой микро-макропористой структурой, Для адсорбции из воды крупных молекул рекомендуется использовать активированные угли с развитой мезо-макропористостью [42].
При проведении процесса очистки воды ориентируются на оптимальную регенерацию. Поэтому в отечественной практике очистки применяют активированный уголь КАД-иодный [43,44].
Удельная поверхность активированных углей равняется 500…1000 м 2 /г, Сорбционная емкость – 150…500 мг общего органического углерода на 1 г активированного угля, степень удаления органических веществ – 90…100%.
Способность активных углей сорбировать значительное количество кислорода из воды и их каталитические свойства позволяют добиться значительного увеличения эффективности очистки (в несколько раз) за счет химического окисления токсичных низкомолекулярных соединений. Одним из вариантов применения озонирования является насыщение воды озоном перед сорбционной обработкой. Доза озона составляет 2…3 мг/л при к.п.д. процесса 97…100%.
В качестве другого варианта использования активных углей можно назвать метод окисления сорбированных веществ микроорганизмами, так называемую биосорбцию [45]. В этом процессе высокие скорости очистки достигаются за счет концентрирования компонентов биохимической реакции (субстрата, кислорода, ферментов и микроорганизмов) на поверхности пор сорбента. В сорбционном процессе с предварительным озонированием воды единицей объема активного угля сорбируется и окисляется на 30…50% больше органических соединений, чем при обычной биосорбции.
Биосорбцию реализуют в традиционных сооружениях (аэротенках, биофильтрах, фильтрах) или в специальных установках. Количество загрязнений, изъятых с помощью активного угля в процессе биосорбции, обычно в 2…10 раз превышает максимальную сорбционную емкость активного угля в статических условиях, вне биологического процесса.
БИОСОРБЦИОННЫЙ СПОСОБ ОЧИСТКИ
Биосорбционный метод реализуется с применением различного рода дисперсных материалов, в присутствии которых ведется биологическая трансформация компонентов сточных вод. По отношению к компонентам сточных вод эти материалы могут быть активными (активированные угли и т.п.) или инертными (песок, стеклянные шарики, керамзит и т.д.). Инертные материалы, сорбируя микроорганизмы на поверхности макропор, тем не менее, не обладают значительной сорбционной способностью по отношению к загрязнениям сточной воды. Поэтому понятие биосорбции наиболее полно характеризует совместный процесс биологической и адсорбционной обработки сточных вод [25].
Известно, что вещества, являющиеся хорошо биологически окисляемыми, обычно плохо адсорбируются, и наоборот, хорошо сорбирующиеся вещества часто оказываются устойчивыми к биоокислению. Благодаря удачному дополнению преимуществ и устранению основных недостатков адсорбции и биологического окисления совместный процесс биосорбции прекрасно зарекомендовал себя для очистки сточных вод различного состава.
Активный уголь регенерируют в основном термическими методами: паром в полочных печах и в печах со взвешенным слоем, либо мокрым окислением.
Отказаться от регенерации сорбентов и тем самым избежать затрат, связанных со стадией регенерации, позволяет замена дорогих угольных адсорбентов различными отходами производства. В качестве таких дешевых сорбентов в системах биологической очистки были предложены природные глинистые материалы, зола из газогенераторов Винклера и другие материалы, обладающие адсорбционными свойствами.
Замена активного угля дешевым отходом производства - золой тепло электростанций -позволила избежать необходимости регенерации адсорбента, а однократная его дозировка предотвратила увеличение зольности активного ила и дополнительную нагрузку на систему насосов. Дополнительные дозы ила в количестве 10…50% использовали лишь в случае значительных залповых возмущений в поступающем потоке, а также при пуске очистных сооружений после длительных простоев по технологическим причинам.
Перспективы практического использования биосорбционных технологий связаны с применением новых эффективных и дешевых сорбционных материалов, развитием исследовательских работ по изучению феномена альтернативных способов регенерации традиционных адсорбентов - активных углей.
Заменой активным углям могут служить буроугольный полукокс, бурый уголь , кокс , торф . Однако следует иметь в виду, что емкость этих адсорбентов существенно меньше, чем у активированных углей, и они могут быть использованы только для очистки сточных вод.
В последнее время появились новые высокоэффективные адсорбенты - углеводородные волокнистые материалы (УВМ). УВМ обладают большим объемом микропор (> 1.5 см 2 /г). Для сравнения у активированного угля АГ-3 объем микропор равен 0.2 см 1т. Структура перового пространства УВМ представляет собой совокупность элементарных волокон толщиной от 1 до 5 мкм, в которых на стадии активации вытравливаются поры размером в пределах 0.5…50 нм. Благодаря такой структуре процесс установления адсорбционного равновесия в УВМ протекает на порядок быстрее, чем в обычных активированных углях.
Прочностные свойства перечисленных выше УВМ невысоки, при эксплуатации УВМ марки АНМ наблюдается суффозия, то есть вынос частиц материала. Карбонетканол - более прочный материал, но пока не налажено его серийное производство.