Адсорбционная очистка сточных вод

Введение

Объем потребляемой в мире воды достигает 4 трлн. м3 в год, а преобразованию со стороны человека подвергается практически вся гидросфера. Химическая и нефтехимическая отрасли промышленности способствуют проникновению в водную среду веществ, обычно отсутствующих в ней, или превышению естественного уровня их концентрации, ухудшающей качество водной среды.

За время существования человечества в природную среду было введено огромное количество органических веществ. Вредные химические элементы и вещества попадают в водоемы, ухудшая их санитарное состояние и вызывая необходимость специальной глубокой очистки воды перед использованием ее для хозяйственно-питьевых и некоторых промышленных целей. Многие органические примеси не извлекаются из воды механически, не нейтрализуются при биологической очистке, не удаляются такими традиционными методами водоочистки, как отстаивание, коагуляция и флотация. Это обуславливает введение в комплексную технологическую схему водоподготовки стадии адсорбционной доочистки. Как правило, эта стадия является заключительным этапом в технологическом процессе очистки воды. Адсорбционный метод является хорошо управляемым процессом. Он позволяет удалять загрязнения различного характера практически до любой остаточной концентрации независимо от их химической устойчивости. При этом отсутствуют вторичные загрязнения. Отсюда перспективной является тенденция развития фильтрующе-сорбирующих устройств, предназначенных для локальной доочистки питьевой воды, и этот вопрос является весьма актуальным. 

1. Основы процесса адсорбционной очистки сточных вод

Адсорбционные методы широко используются для глубокой очистки сточных вод растворенных органических веществ после биохимической очистки, а также в локальных установках если концентрация этих веществ в воде невелика, и они биологически разлагаются или являются сильно токсичными. Применение локальных установок целесообразно если вещество хорошо  адсорбируется при небольшом удельном расходе адсорбента.

Адсорбцию используют для обезвреживания сточных вод от

фенолов, пестицидов, ароматических нитросоединений, ПАВ, красителей и др. Достоинством метода является высокая эффективность, возможность очистки сточных вод, содержащих несколько веществ, а также рекуперация этих веществ.

Адсорбционная очистка может быть регенеративной, т.е. с извлечением вещества из адсорбента и его утилизацией, деструктивной, при которой извлеченные из сточных вод вещества уничтожаются вместе с адсорбентом. Эффективность адсорбционной очистки достигает 80-95 % и зависит от химической природы адсорбента, величины адсорбционной поверхности и ее доступности, от химического строения вещества и его состояния в растворе.

Адсорбция растворенных веществ - результат перехода молекулы

растворенного вещества из раствора на поверхность твердого адсорбента под действием силового поля поверхности. При этом наблюдаются два вида межмолекулярного взаимодействия: молекул растворенного вещества с молекулами (или атомами) поверхности адсорбента и молекул растворенного вещества с молекулами воды в растворе (гидратация). Разность этих двух сил межмолекулярного взаимодействия и есть та сила, с которой удерживается извлеченное из раствора вещество на поверхности адсорбента. Чем больше энергия гидратации молекул растворенного вещества, тем большее противодействие испытывают эти молекулы при переходе на поверхность адсорбента и тем слабее адсорбируется вещество из раствора [1]. 

1.1. Адсорбенты

В качестве адсорбентов применяют различные искусственные и

природные пористые материалы: силикагели, алюмогели, активные глины, золу, шлаки, опилки, коксовую мелочь, торф и др. Наиболее  эффективными адсорбентами являются активированные угли. Они должны обладать определёнными свойствами:

• должны      слабо          взаимодействовать       с        водой          и   хорошо       с органическими веществами;
• быть относительно крупнопористыми, чтобы их поверхность была доступна для больших и сложных органических молекул;
• при малом времени контакта с водой они должны иметь высокую

адсорбционную ёмкость, высокую селективность и малую удерживающую способность при регенерации. 

При соблюдении  последнего условия затраты на регенерацию угля

будут минимальными. Угли должны быть прочными, быстро смачиваться водой, иметь определенный гранулометрический состав. В процессе очистки используют мелкозернистые адсорбенты с частицами размером 0,25-0,5 мм и высокодисперсные угли с частицами размером менее 40 мкм, а также гранулированные угли с размером d=2-5 мм, h=5-10 мм. 

Важно также чтобы угли обладали малой каталитической активностью по отношению к реакциям окисления, конденсации и др., т.к. некоторые органические вещества, находящиеся в сточных водах способны окисляться.

Сырьем для активных углей может быть практически любой углеродосодержащий материал: уголь, древесина, полимеры, отходы пищевой, целлюлозно-бумажной и других отраслей промышленности.

Адсорбционная способность активных углей является следствием сильно развитой поверхности [2]. 

В табл. 1 приведена характеристика наиболее часто применяемых активных углей.

1.2. Основы процесса адсорбции

Вещества, хорошо адсорбируемые из водных растворов активными углями, имеют выпуклую изотерму адсорбции, а плохо адсорбирующиеся - вогнутую. Изотерму адсорбции вещества находящегося в сточной воде определяют опытным путём.

Если в сточной воде присутствует несколько компонентов, то для определения возможности их совместной адсорбции для каждого вещества находят значения стандартной дифференциальной свободной энергии ΔFº и определяют разность между максимальным и минимальным значением. При условии ΔFºmax - ΔFºmin ≤ 10,5, совместная адсорбция всех компонентов возможна. Если это условие не соблюдается, то очистку проводят последовательно в несколько ступеней.

Скорость процесса адсорбции зависит от концентрации, природы и структуры   растворенных   веществ,   температуры   воды,   вида   и  свойств  адсорбента. В общем случае процесс адсорбции складывается из трёх ступеней:

1. Перенос вещества из сточной воды в поверхность зёрен адсорбента (внешняя диффузия);
2. Перенос вещества внутрь зёрен адсорбента (внутренняя диффузия);
3. Собственно адсорбционный процесс.

Принято считать, что скорость адсорбции велика и не лимитирует общую скорость процесса. Следовательно, лимитирующей стадией может быть внешняя диффузия, либо внутренняя диффузия. В некоторых случаях процесс лимитируется обеими этими стадиями. Во внешнедиффузионной области скорость массопереноса в основном определяется интенсивностью  турбулентности потока, которая, в первую очередь, зависит от скорости жидкости. Во внутридиффузионной области интенсивность массопереноса зависит от вида и размеров пор адсорбента, от форм и размера его зерна, от размера молекул адсорбирующихся веществ, от коэффициента массопередачи.

Учитывая все эти обстоятельства, определяют  условия, при которых адсорбционная очистка сточных вод идёт с оптимальной скоростью. Процесс целесообразно проводить при таких гидродинамических режимах, чтобы он лимитировался во внутридиффузионной области, сопротивление которой можно снизить, изменяя структуру адсорбента, уменьшая размер зерна. Для ориетировочных расчётов рекомендуется принимать следующие значения скорости и диаметра адсорбента ω = 1,8 м/ч, dз = 2,5 мм. При значениях  ω и dз меньше указанных, процесс лимитируется во внешней диффузии, при больших значениях- во  внутренней диффузии.

Процесс адсорбции может осуществляться в статических условиях (рисунок 1, а), при которых частица жидкости не перемещается относительно частицы адсорбента, т.е. движется вместе с последней (аппараты с перемешивающими устройствами), а также в динамических условиях (рисунок 1, б), при которых частица жидкости перемешается относительно адсорбента (фильтры, аппараты с псевдоожиженным слоем). В соответствии с этим различают статическую и динамическую активность адсорбента.

2. Основные расчетные формулы и зависимости

Таблица 2 - Значение коэффициента κ

l/r	1	2	4	∞
κ	0,17	0,31	0,45	0,6

 

Более эффективно (при меньшем расходе адсорбента) процесс протекает при использовании многоступенчатой установки. При этом в первую ступень вводят столько адсорбента, сколько необходимо для снижения концентрации загрязнений от Cн до С1, затем адсорбент отделяют отстаиванием или фильтрованием, а сточную воду направляют на вторую ступень, куда вводят свежий адсорбент. Во второй ступени концентрация снижается с С1 до С2 и т.д. [6].

В противоточной схеме адсорбент вводят однократно в последнюю ступень, и он движется навстречу сточной воде.

3.2. Установки с неподвижным слоем адсорбента

В динамических условиях процесс очистки проводят при фильтровании сточной воды через слой адсорбента. Скорость фильтрования зависит от концентрации растворенных веществ и колеблется от 2 − 4 до 5 − 6 м3/ч через 1 м2 поперечного сечения колонны. Вода в колонне движется снизу вверх, заполняя все ее сечение. Адсорбент применяют в виде частиц размерами 1,5 − 5 мм. При более мелких зернах возрастает сопротивление   слоем угля; очищенную воду отводят из верхней части установки через дырчатую затопленную кольцевую трубу 3 [7].

В двухъярусном противоточном адсорбере (вид б) суспензию активного угля через центральную трубу 7 подают под распределительную решетку второго яруса адсорбера, где смешивают с частично обработанной водой, выходящей из камеры первого яруса 3 через горловину 4. Над решеткой в камере 5 активный уголь образует взвешенный слой. 

Очищенную воду отводят из верхней части адсорбера с помощью кольцевого желоба 6, загрязненная вода поступает на очистку в нижнюю часть адсорбера через эжектор 1, который подсасывает избыток активного угля из камеры второго яруса по переливной трубе 8.

Вода, смешанная в эжекторе с уже частично насыщенным углем, проходит распределительную решетку 2 и образует нижний слой в камере первого яруса 3. Очистку воды в этом слое проводят за счет разности концентраций загрязнений в необработанной и очищенной воде. Избыток взвешенного слоя отработанного в нижнем ярусе угля попадает в выносной углеуплотнитель 11. Процесс усиливается эжектированием обработанной воды из уплотнителя через трубу 9, снабженную регулирующим вентилем 10, в переливную линию. Из углеуплотнителя отработанный сорбент направляют на регенерацию.

Применение адсорберов рассмотренной конструкции положительно зарекомендовало себя в технологии кондиционирования воды для удаления растворенных органических, в том числе дурно пахнущих загрязнений.

3.3. Цилиндрические одноярусные адсорберы. 

Такой аппарат представляет собой колонну высотой около 4 м. Верхняя часть ее соединена с царгой, имеющей диаметр, в 2 − 2,5 раза больше диаметра основной колонны. В зависимости от диаметра колонны коническое днище имеет центральный угол 30° − 60°. Непосредственно под коническим днищем устанавливается распределительная решетка с отверстиями 5 − 10 мм и шагом отверстий около 10 мм, на которую  загружается активированный уголь с размером частиц 0,25 − 1 мм и преимущественным содержанием фракции 0,5 − 0,75 мм.

Высота неподвижного слоя составляет 2,5 − 2,7 м [4]. 

В    нижнюю часть     аппарата      через центральную     трубу, заканчивающуюся диффузором под решеткой, либо через боковой патрубок тройника, подсоединенного к конусному днищу, поступает сточная вода со скоростью, обеспечивающей относительное расширение слоя 1,5 − 1,6.

3.5. Регенерация адсорбента

Важнейшей стадией процесса адсорбционной очистки является регенерация активного угля. Адсорбированные вещества из угля извлекают десорбцией насыщенным или перегретым водяным паром либо нагретым инертным газом. Температура перегретого пара при этом (при избыточном давлении 0,3 − 0,6 МПа) равна 200 − 300 °С, а инертных газов 120 − 140 °С. Расход пара при отгонке легколетучих веществ равен 2,5 − 3 кг на 1 кг отгоняемого вещества, для высококипящих − в 5 − 10 раз больше. После десорбции пары конденсируют, и вещество извлекают из конденсата. Для регенерации углей может быть использована и экстракция (жидкофазная десорбция) органическими низкокипящими и легко перегоняющимися с водяным паром растворителями. При регенерации органическими растворителями (метанолом, бензолом, толуолом, дихлорэтаном и др.) процесс проводят при нагревании или без нагревания. По окончании десорбции остатки растворителей из угля удаляют острым паром или инертным газом. Для десорбции адсорбированных слабых органических электролитов их переводят в диссоциированную форму. При этом ионы переходят в раствор, заключенный в порах угля, откуда их вымывают горячей водой, раствором кислот (для удаления органических оснований)  

4. Расчет аппаратного устройства

4.1. Теоретические основы расчета адсорберов 

Аппаратурное оформление адсорбционной очистки сточных вод активными углями включает комплекс оборудования и его обвязки, обеспечивающий в общем случае следующие технологические операции:

а) подачу сточных вод в адсорбер;

б) контакт сточных вод с адсорбентом в адсорбере;

в) отделение очищенной воды от адсорбента и вывод ее из адсорбционной аппаратуры;

г) вывод отработанного адсорбента из адсорбера с утилизацией или регенерацией его;

е) загрузку в адсорбер чистого адсорбента.

Выбор      конструкции        адсорберов          прежде       всего обусловлен дисперсным         составом    адсорбента,         который     принимается        с          учетом дефицитности, его стоимости н возможности регенерации.

В зависимости от дисперсного состава адсорбента принципиальные конструкции адсорберов можно подразделить на следующие типы;

I - адсорбер с неподвижной или движущейся загрузкой, через которую водный поток фильтруется пили нисходящим потоком со скоростью до 20 м/ч, или восходящим - со скоростью до 12 м/ч, применяется для фракции 0,8-5 мм.

2. - адсорбер с псевдоожиженной загрузкой (рисунок 7), расширение

слоя которого осуществляется не менее чем на 50 % восходящим потоком воды со скоростью 10-40 м/ч, применяется для фракций 0,25-2,5 мм;

3. - адсорберы-смесители применяются для фракции 0,05- 0,5 мм;
4. - патронные адсорберы с фильтрованием воды со скоростью 1-12

м/ч через слой адсорбента толщиной 0,5-2 см, применяются для фракции 0,02-0,1 мм.

Адсорберы I типа могут применяться для очистки любых объемов сточных вод самого широкого спектра концентрации и химического строения извлекаемых примесей.

Если исчерпание емкости адсорбента происходит на коротком слое загрузки (за счет высокой эффективности адсорбции или малой концентрации адсорбата) и процесс можно прервать на период смены загрузки или ее регенерации, то вся высота загрузки, используемая для адсорбции, размещается в одном адсорбере.

Если требуемая высота загрузки больше размеров одного адсорбера или процесс не может прерываться, то используются несколько последовательно работающих адсорберов, или порционный (дискретный или непрерывный) вывод из адсорбера отработанного адсорбента.

В тех случаях, когда расход воды превышает допустимый для одного адсорбера или требуемую степень очистки можно обеспечить за счет смешения потоков, поступающих из адсорберов с разной эффективностью работы, устанавливают параллельно работающие адсорберы.

Адсорберы II типа наиболее целесообразно применять для очистки небольших объемов сточных вод с хорошо сорбируемыми загрязнениями.

небольших объемов высококонцентрированных сточных вод, а адсорберы четвертого типа для очистки небольших объемов низкоконцентрированных сточных вод (5-10 мг/л извлекаемых примесей).

Адсорберы с неподвижной гранулированной загрузкой выполняются в виде металлических колонн или бетонных резервуаров. Промышленное изготовление таких колонных адсорберов в настоящее время ограничено. Возможно применение сорбционных угольных фильтров, предназначенных для глубокой очистки конденсата от нефтепродуктов на ТЭЦ, для обработки любой сточной воды активными углями при условии предварительного  удаления из воды грубодисперсных примесей.

Фильтры сорбционные угольные вертикальные (ФСУ-2, 0-6; ФСУ-2, 6-6; ФСУ-3, 0-6 и ФСУ-3, 4-6) представляют собой однокамерные цилиндрические аппараты из листовой стали с приваренными эллиптическими штампованными днищами. К нижнему днищу приварены три опоры для установки фильтра на фундамент. В центре верхнего и нижнего днища приварены патрубки для подвода и отвода сточной воды. К ним снаружи присоединяются трубопроводы, расположенные по фронту фильтра, а внутри - распределительные устройства, состоящие из вертикальных коллекторов, соединенных с радиально расположенными перфорированными трубами [10].

Корпус угольного фильтра снабжен двумя лазами - верхним эллиптическим размером 420320 мм и нижним круглым диаметром 600 мм. На уровне нижнего распределительного устройства к корпусу фильтра приварен штуцер для гидравлической выгрузки отработанного угля. При общей высоте фильтра 5-5,7 м высота загрузки составляет 2,5 м.

Ввиду дефицитности угольных фильтров в качестве адсорберов может использоваться и промышленное оборудование, изготавливаемое для фильтрования волы через другие загрузки, например фильтры ионообменные.

Все указанные фильтры рассчитаны на подачу воды под напором до 0,6 МПа, но могут работать и в безнапорном режиме. Корпус и трубопроводы фильтров изготовляются из углеродистой стали, их внутренние поверхности подлежат защите коррозионно-стойкими покрытиями, распределительные устройства изготавливаются из нержавеющей стали и полиэтилена.

В комплект поставки входят: корпус фильтра, верхнее и нижнее распределительные устройства, трубопроводы и арматура в пределах фронта фильтра, пробоотборное устройство, манометры с трехкодовыми кранами и сифонными трубками, крепежные и прокладочные материалы.

В тех случаях, когда производительность адсорберов с плотным слоем загрузки превышает 120-200 м3/ч, а также при отсутствии промышленных адсорберов, они изготавливаются в индивидуальном порядке в виде металлических колонн напорного и безнапорного типа или в виде открытых бетонных резервуаров [10].

В резервуарных адсорберах гранулированный адсорбент укладывается или на беспровальную решетку с колпачковыми дренажными устройствами, или на слой гравия и мелкого щебня высотой 0,4-0,5 м. Трубчатая система подачи сточной воды устанавливается в слое гравия и представляет собой набор кольцевых или радиальных трубопроводов с отверстиями, направленными к нижней части адсорбера.

В резервуарных адсорберах сбор очищенной воды осуществляется системой открытых лотков или перфорированных трубопроводов. Выгрузка отработанного угля ведется гидроэлеватором или через придонное отверстие при расширении загрузки восходящим потоком воды. Загрузка свежим активным углем обеспечивается гидроэлеватором.

Подача воды в колонны осуществляется равномерно по сечению адсорбера с помощью распределительной системы, сбор очищенной воды - открытыми лотками или трубчатой системой. Впуски и выпуски воды могут быть оформлены также и в виде решетчатых патрубков, равномерно рассредоточенных по сечению колонны в верхней и нижней ее части. Патрубки выполняются из нержавеющей стали с отверстиями 0,5 мм, поверхность их покрыта сеткой из нержавеющего материала. Количество и размер патрубков следует принимать из расчета площади решеток не менее 0,025 м2/1000м3 в сут расхода воды. Подающие и сборные патрубки устанавливаются таким образом, чтобы площадь адсорбера между патрубками и наружными стенками составляла половину поперечного сечения адсорбера. В напорных колонных адсорберах вверху необходимо предусмотреть устройство для регулирования давления в колонне. В противном случае возможно разрушение адсорбера при его опорожнении и образование воздушных пробок в загрузке адсорбера при его наполнении.

Перегрузка адсорберов может выполняться с помощью воздушного

или водного потоков, но в первом случае наблюдается большая эрозия труб и арматуры, а также срыв вакуума. Поэтому чаще применяется гидротранспорт угля по трубопроводам уклоном 0,02-0,1°, диаметром не менее 50 мм при скорости угольной пульпы 0,8-1 м/с и отношении твердой части к жидкой в пульпе по массе Т : Ж не менее 1 : 8.

Перед загрузкой в адсорбер уголь замачивается горячей водой в течение 5 ч или холодной водой в течение 20-24 ч при постоянном перемешивании.

Адсорберы с движущейся плотной или ожиженной не более чем на 10 % загрузкой выполняются в виде колонных аппаратов, дополнительно оборудованных устройствами для непрерывной подачи сверху замоченного и отмытого от мелкой фракции адсорбента, находящегося в верхней части адсорбера, и для вывода отработанного адсорбента из нижней зоны адсорбера. Сточная вода при этом подается через распределительное устройство под загрузкой и собирается сборным устройством над загрузкой угля. Кроме того, адсорбер оборудуется устройством, обеспечивающим равномерность перемещения толщи угольной загрузки по поперечному сечению аппарата [10].

В отечественном промышленном изготовлении адсорберов с противотоком воды и плотной угольной загрузкой не имеется. ВНИИ ВОДГЕО и Институт гидромеханики АН СССР разработали и проверили на опытной модели конструкцию адсорбера, которая может быть использована для экспериментального проектирования.

Наиболее надежными адсорберами второго типа с псевдоожиженным слоем угольной загрузки являются цилиндрические металлические колонны, разделенные по высоте беспровальными решетками, оборудованными переточными устройствами. Очищаемая сточная вода подается в нижнюю часть аппарата по трубчатой системе большого сопротивления, уложенной в слое гравия, очищенная вода отводится через кольцевое сборное устройство в верхней части адсорбера. Активный уголь в сухом виде непрерывно дозируется с помощью вакуумной системы через шлюзовой питатель в загрузочное устройство, где происходит его замачивание и перемещение в адсорбер.

Выгрузка отработанного угля осуществляется эрлифтом, нижний конец которого установлен вблизи гравийных поддерживающих слоев. Угольная загрузка, заключенная в каждой секции между беспровальными решетками, расширяется восходящим потоком воды в 1,6-1,75 раза по сравнению с высотой того же объема загрузки в неподвижном состоянии. Режим перетока сорбента с верхних решеток на нижние задается на основе расчета необходимой дозы сорбента и расхода сточных вод.

В адсорберах с псевдоожиженным слоем нет необходимости отмывать загружаемый уголь от пылевидной фракции, так как она выносится   из  адсорбера  вместе  с  очищенной водой.  После адсорберов или раствором щелочей (для удаления кислот).

В некоторых случаях перед регенерацией адсорбированное вещество путем химического превращения переводят в другое вещество, которое легче извлекается из адсорбента. В том случае, когда адсорбированные вещества не представляют ценности, проводят деструктивную регенерацию химическими реагентами (окислением хлором, озоном или термическим путем). Термическую регенерацию проводят в печах различной конструкции при температуре 700 − 800 °С в бескислородной среде. Регенерацию ведут смесью продуктов горения газа или жидкого топлива и водяного пара. Она связана с потерей части адсорбента (15 − 20 %). Разрабатываются биологические методы регенерации углей, при которых адсорбированные вещества биохимически окисляются. [2]

В Приложении А приведен способ регенерации древесного активного угля и устройство для его осуществления.

псевдоожиженным слоем обязательно устанавливается фильтр для осветления воды. В настоящее время в химической технологии разработано и применяется большое число мешалочных аппаратов и патронных фильтров, которые могут быть использованы как адсорберы III и IV типов. Для перемешивания сточных вод с активным углем рекомендуется использовать лопастные, турбинные или пропеллерные мешалки в аппаратах, изготавливаемых отечественной промышленностью.

При выборе мешалочных адсорберов следует учитывать, что для угольной суспензии наиболее эффективны следующие параметры лопастных мешалок: диаметр мешалки dм = 0,3-0,8 от диаметра адсорбера (D), ширина лопасти мешалки B = 0,05-0,4 от dм, высота уровня жидкости в сосуде Н = 0,8-1,3 от D, расстояние между дном аппарата и краем лопасти hм = 0,2-0,4 от dм, параметры турбинных мешалок: dм = 0,15-0,6 от D; B = 0,l-0,2 от dм; H = 0,8-1,5 от D; высота мешалки hм = 0,3-0,8 от dм; пропеллерной мешалки - dм = 0,2-0,5 oт D; шаг винта S = 1-3 от D; hм = 0,5-1 от D; H = 0,81,2 от D.

Адсорберы IV типа - патронные фильтры широко используются в

химической технологии, например в ионообменной технологии для очистки низкосолевых водных растворов. Практически все промышленные аппараты этого типа могут быть использованы для адсорбционной очистки, но специфика физических характеристик сорбента требует и специфичных технологических параметров эксплуатации.

В настоящее время в промышленной практике адсорбции загрязнений из малоконцентрированной по органическим загрязнениям воды на мелкодисперсных активных углях КАД и БАУ могут применяться патронные фильтры, площадь фильтрации 248 патронов составляет 80 м2. Патроны выполнены из витой проволоки, для намыва на них угольного порошка фракции 40 - 30 мкм, они предварительно покрываются двойной капроновой сеткой производства Рахмановской шелкопрядильной фабрики. Продолжительность фильтроцикла в зависимости от состава очищаемой воды обусловлена либо потерями напора, либо проскоком недопустимой концентрации растворенных загрязнений [10].

4.2. Основы проектирования адсорберов

Для проектирования адсорберов должны быть известны следующие

параметры: размеры адсорберов, объем и масса загрузки адсорбента, режим смены загрузки, количество и технологическая схема обвязки адсорберов, тип и количество используемой арматуры.

При расчете адсорберов необходимы следующие исходные параметры: 

• расход сточных вод; 
• начальная концентрация загрязнений; 
• концентрация загрязнений в очищенной воде; 
• изотерма адсорбции; 
• скорость фильтрования сточной воды через загрузку или

скорость движения сточной воды через поперечные сечения адсорбера; 

• объем         адсорбента,         единовременно   выгружаемого         из адсорбционной установки; 
• ориентировочная          продолжительность      периода         работы адсорбента       до      проскока    и       соответственно         замены       отработанного адсорбента чистым; 
• требуемая степень отработки; 
• кажущаяся и насыпная плотность адсорбента.

В том случае, когда физико-химический состав загрязнений в

сточной воде неизвестен, например в многокомпонентной сточной воде после биохимической очистки, в расчете концентраций адсорбата может использоваться обобщенный показатель, в частности ХПК, БПК, органический углерод.

Расчет размеров адсорберов начинают с определения общей площади адсорбционной установки, используя формулу (4.7) СНиП 2.04.0385, а затем, выбрав конструкцию и площадь поперечного сечения одного адсорбера, рассчитывают минимально необходимое число параллельно работающих адсорберов.

Наиболее точный расчет высоты загрузки адсорбента в адсорберах и режима ее замены выполняется по результатам работы модели адсорбера выбранной конструкции на данной или аналогичной сточной воде. В  продолжительности контакта и объемной нагрузки сточной воды на адсорбент (скорости фильтрования), определяют продолжительность работы адсорбера до проскока минимально допустимой концентрации и до полного исчерпания емкости адсорбента.

На основе указанных опытных данных для адсорберов с плотным слоем загрузки строят выходную кривую. Выходная кривая представляется в виде графика в системе координат: концентрация адсорбата в жидкой фазе Ci - на оси ординат и время t - на оси абсцисс. Она характеризует изменение концентрации в очищаемой воде в каком-либо сечении адсорбционной колонны в процессе адсорбции. Выходная кривая начинается с момента появления минимальной проскоковой концентрации и заканчивается моментом появления максимальной концентрации адсорбата в воде.

Для расчета массы адсорбента следует пользоваться величиной кажущейся плотности (следует учитывать, что насыпная плотность активных углей характеризует массу образца адсорбента, занимающего определенный объем, включая воздушные прослойки между частицами угля и внутри его пор, и составляет 0,25-0,6 г/см3). В отличие от насыпной, кажущаяся плотность активных углей включает только массу частиц с внутренними порами. При заполнении внутренних пор частиц воздухом эта величина равна 0,4-0,9 г/см3. При заполнении внутренних пор водой кажущаяся плотность равна 1,2-1,5 г/см3, поэтому в плотном слое мокрого гранулированного угля возможно создавать восходящий поток воды со скоростью 8-12 м/ч без всплывания частиц угля. Истинная плотность углеродного скелета активного угля равна 1,9-2 г/см3. Следует учитывать и повышение плотности углей в процессе накопления на их поверхности молекул адсорбата. Изменение плотности адсорбентов должно учитываться при пересчете объема активных углей на их массу, в частности, при перегрузках адсорбционных аппаратов и расчете поддерживающих конструкций.

Потери адсорбента при перегрузке зависят от его прочности, которая для активных углей в зависимости от исходного сырья и технологии активации находится в пределах 60-90 %. В частности, прочность менее     76 % приводит к потерям на истирание более 15 %, поэтому эти угли рекомендуются к одноразовому употреблению.

При отсутствии выходных кривых и других данных работы модели адсорберов в реальных режимах эксплуатации расчет необходимого объема загрузки адсорбента начинают с определения дозы адсорбента, обеспечивающей требуемую характеристику очищенной сточной воды. Снизив эффект очистки, можно, обеспечив непрерывный или дискретный вывод из адсорбера порций отработанного адсорбента и одновременную подачу в него порций чистого адсорбента. Такой процесс может быть осуществлен в адсорберах с движущимся слоем загрузки. Скорость движения загрузки должна быть равна скорости перемещения контролируемого концентрации адсорбата по слою загрузки при условии его неподвижности. В практике очистки сточных вод эта скорость находится в пределах 1-20 см/ч.

Заключение

В данной курсовом проекте был рассмотрен адсорбционный метод очистки сточных вод. Процесс адсорбции это широко используемый процесс для разделения и концентрирования веществ. Адсорбция это универсальный метод, позволяющий практически полностью извлечь примеси из жидкой фазы. 

Преимущества адсорбционной очистки воды следующие: простота реагентного хозяйства, сохранение постоянства состава воды, высокий эффект дезодорации воды, возможность улавливания нежелательных органических примесей и снижение бактериального загрязнения, относительно низкие расходы на строительство очистных сооружений, высокая эффективность очистки от слабо концентрированных загрязнений, небольшая площадь, занимаемая установкой адсорбционной очистки, возможность адсорбции веществ многокомпонентных смесей.

В данном курсовом проекте также были: 

• рассмотрены основы процесса адсорбции; 
• выполнены чертежи различных видов адсорберов;
• проанализированы основные расчетные формулы и зависимости;      · представлен технологический расчет адсорбера с неподвижным слоем активного угля; 
• предложен один из способов процесса регенерации древесного активного угля  и представлена его технологическая схема. 

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. Широкое внедрение метода адсорбции на наших водопроводах требует решения ряда вопросов, главными из которых являются: 

• выбор места ввода адсорбента; 
• способ его дозирования;
• обеспечение условий безопасности труда.

Анализ результатов исследований показал, что разработанные перспективные технологические процессы адсорбционной очистки воды от различных органических соединений должны найти широкое применение при повторном использовании очищенных стоков в производственных процессах и для подготовки воды для хозяйственно - питьевого водопользования.

Список литературы

1. Когановский А.М., Клименко Н.А и др. Очистка и использование сточных вод в промышленном водоснабжении. – М.: Химия, 1983. – 288 с.
2. Смирнов А.Д. Сорбционная очистка воды. Л., Химия, 1982, 168 с.
3. Когановский А.М., Кульский Л.А. и др. Очистка промышленных сточных вод, «Технiка»,1974, 257 стр.
4. Жуков А.И., Монгайт И.Л., Родзиллер И.Д. Методы очистки производственных сточных вод. (Справ. пособие.) 1977, 204с.
5. Очистка производственных сточных вод: Учеб. пособие для вузов/С. В. Яковлев, Я.А. Карелин, Ю. М. Ласков, Ю.В. Воронов; под ред. С.В.Яковлева.-2-е изд., перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1985. - 335 с., ил.
6. Кельцев Н.В. Основы адсорбционной техники. 2-е изд., перераб. и доп. М., Химия, 1984. 592 с.
7. Яковлев С.В .Физико-химическая очистка производственных сточных вод [Электронный ресурс]/ С.В. Яковлев, Я. А Карелин, А. И. Жуков, С. К. Колобанов// Электронная библиотека – 2005. - Режим доступа:
8. Очистка газов в химической промышленности. Процессы и аппараты / О.С. Балабеков, Л.Ш. Балтабаев. М.: Химия, 1991. 256 с.
9. Алесковский В.Б. Химия надмолекулярных соединений: Учеб. пособие. СПб.: Изд. С.-Петербургского ун-та, 1996. 256 с.
10. Проектирование сооружений для очистки сточных вод [Текст]/ Справочное пособие к СНиП 2.04.03-85/  Москва: Стройиздат, 1990. - 142 с.
11. Яруллин Р.С., Габитов Ф.Р., Гумеров Ф.М., Билалов Т.Р. Способ регенерации древесного активного угля и устройство для его осуществления // Патент России № 2299761. 2005.
12. Malygin A.A., Malkov A.A., Dubrovenskii S.D. // Adsorption on New and Modified Inorganic Sorbents. 1996. V. 99. Р. 213–236 / Eds. A. Dabrowski and V.A. Tertykh. Amsterdam: Elsevier, 1996.
13. Химия привитых поверхностных соединений / Под ред. Г.В. Лисичкина. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2003. 592 с.