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 12,5-30 кг. 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) или раствором щелочей (для удаления кислот). При этом за счет ионизации молекулы сорбата получают заряд и за счет этого десорбируются. 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 углеродного сорбента (15-20%). Разрабатываются биологические методы регенерации углей, при которых адсорбированные вещества биохимически окисляются. Этот способ регенерации значительно удлиняет срок использования сорбента, но длителен и трудоемок. Примеры адсорбционной очистки. Адсорбционная очистка сточных вол от нитропродуктов, содержание которых в воде находится в пределах 1400 мг/л, производят углями КАД до остаточного их содержания не более-20 мг/л. Уголь регенерируют растворителями (бензолом, метанолом, этанолом, метиленхлоридом). Растворитель и нитропродукты разделяют перегонкой. Остатки растворителя из угля удаляют острым паром. Для извлечения фенолов из сточных вод используют активные угли различных марок. Высокой поглотительной способностью обладают селективные сильнокарбонизированные малозольные угли с высокой пористой структурой, а также угли марок ИГП-90, КАД (йодный), БАУ, ОУ (сухой), АГ-3, АП-3. Степень извлечения фенолов этими углями изменяется от 50 до 99%. Сорбционная емкость уменьшается с повышением рН среды и при рН=9 составляет 10-15%. При концентрации фенолов до 0,5 г/л величина адсорбции соответствует экспонентной зависимостью. Регенерацию углей проводят термическим способом в многоподовых печах или печах с кипящим слоем при температуре 870-930 °С. При этом теряется 10-15% адсорбента. При регенерации углей растворителями (этиловым эфиром, бензолом, щелочью) регенерация достигает соответственно 85, 70 и 37%. Возможно удаление фенолов из углей и аммиачной водой. В некоторых случаях очистку сточных вод от фенолов возможно проводить с применением таких сорбентов, как диатомиты, трепел, шлаки, кокс, торф, силикагель, кварцевый песок, керамзит, керамикулит и др. Однако адсорбционная емкость их мала. Для силикагеля она составляет 30%, а для полукокса всего 6%. Практически полной дефенолизации сточных вод добиваются, используя в качестве сорбента сульфат железа, модифицированный полиакриламидом и карбоксиметилцеллюлозой. Лигнин, пропитанный хлорным железом, способен сорбировать до 92% -фенола при концентрации последнего 3-9 мг/л. Активные угли в виде порошков применимы для удаления из воды хлорорганических пестицидов до их остаточной концентрации 10^-б мг/л. Наибольшую емкость имеют угли ОУ-А, КАД, БАУ, СКТ. Адсорбционная очистка сточных вод производства инсектицидных препаратов «Прима-7» и «Дихлофос» от токсичных компонентов до предельно допустимых концентраций достигается при удельном расходе угля АГ-3 -0,06 г/л и скорости фильтрования 2 м/ч. Для удаления небольших количеств ПАВ из сточных вод (не более 100—200 мг/л) используют адсорбционную очистку активными углями АГ-5 и БАУ, адсорбционная емкость которых по ОП-10 15%. Кроме того, можно применять активный антрацит (емкость - 2%) и природные сорбенты (торф, глины, бурые угли и др.), а также шлак и золу, сорбционная емкость которых зависит от рН среды. Например, анионные ПАВ сорбируются шлаком лучше всего в нейтральной среде. Наиболее эффективно процесс протекает в случае, если ПАВ находится в растворе в виде мицелл. Процесс очистки проводят в фильтрационных колонках с неподвижным слоем угля, пропуская воду снизу вверх со скоростью 2-6 м/с. Предварительно из воды должны быть удалены взвешенные вещества. Регенерацию углей проводят горячей водой, водными растворами кислот (для удаления катионообменных ПАВ) или щелочей (для удаления анионоактивных ПАВ), а также органическими жидкостями, растворяющими ПАВ. Для адсорбции ПАВ могут быть использованы осадки гидроксидов алюминия и железа, сульфиды меди и фосфаты кальция, которые образуются при добавлении в сточную воду коагулянтов. Свежевыделенные гидроксиды имеют крупнопористую структуру. Удельная поверхность их пор составляет 100-400 м²/г. При изучении процесса адсорбции ОП-7 гидроксидом алюминия установлено, что изотермы имеют сложную кривую, состоящую из трех участков. При увеличении рН сточной воды сорбция ОП-7 этим адсорбентом уменьшается. На адсорбцию также влияет содержание в сточной воде электролитов и масса сорбента. Введение в сточную воду полиакриламяда интенсифицирует процесс выпадения хлопьев гидроксидов и увеличивает их адсорбионную емкость. Преимущество углеродных сорбентов – сравнительно низкая стоимость. Недостаток их состоит в склонности к механическому разрушению, окисляемость. Угли плохо сорбируют полярные вещества. Гранулированные углеродные сорбенты имеют высокую стоимость. Низкая плотность и гидрофобность сильно осложняет укладку сорбента в слой, вследствие чего колонки с ними имеют низкое количество теоретических тарелок. В последние годы появились сорбенты, в которых сочетаются высокие сорбционные свойства, низкую стоимость, высокую плотность и способность сорбировать полярные вещества. В частности к ним относится сорбент ОДМ, выпускаемый ООО «ОКПУР». Сорбент ОДМ - гранулированный фильтрующий материал терракотового цвета (светло-оранжевого) изготовленный из природного сырья, с содержанием основных компонентов: SiО2 до 84%; Fe₂О₃ не более 3.2%; Al₂О₃, MgО, СаО - 8%. Токсичность водной вытяжки удовлетворяет санитарным требованиям.

9. Ионный обмен.

— удаление из сточных вод токсичных неорганич. и органич. примесей посредством гетерогенной хим. реакции двойного обмена между ионами на твердом зерне ионообменного материала и раствора.

Ионный обмен — универсальный процесс, обеспечивающий удаление ионизированных токсичных примесей до любой заданной концентрации. Он осуществляется с помощью синтетич. ионообменных смол, представляющих собой практически нерастворимые в воде и растворах электролитов полимерные в-ва, имеющие подвижный ион (катион или анион), способный вступать в реакцию обмена с ионами того же заряда, находящегося в растворе. При положит, заряде подвижных ионов, фик-сиров. на матрице, ионит обменивает катионы. Такие иоииты наз. катионитами. При отрицат. заряде фиксиров. на матрице ионов иониты обменивают анионы и наз. анионитами. Иониты выпускают в виде гранул размером 0,2—2 мм.

По степени ионизации групп иониты делят на: сильнокислотные катиониты, содержащие, напр., сульфогруппы, остатки фосфорной или фосфориновой к-т (сульфокатиониты КУ-2, КУ-2-20, КУ-23); слабокислотные катиониты, содержащие карбоксильные, сульфогидрильные, оксифенильные группы (КБ-2, КБ-4); сильнооснбвные анио-ниты (АВ-16, АВ-17, АВ-29), имеющие группы аммониевых или сульфониевых оснований; слабоосновные аниониты (АН-2ФН, АН-18, АН-22, АА-31, АА-251), содержащие аминогруппы разл. степени замещения; аниониты промежуточной основности (ЭДЭ-10П). Одной из осн. хар-к ионитов является обменная емкость. Различают полную обменную емкость — емкость ионита до полного насыщения, статич. (или равновесную) обменную емкость, динамич. обменную емкость и рабочую обменную емкость — емкость ионита в динамич. условиях при определ. степени регенерации до проскока в фильтрат извлекаемых ионов в заданных концентрациях. Обменная емкость ионитов выражается в единицах массы сорбируемых в-в, отнес, к массовой или объемной единице ионита (г/кг, кг/м, мг-экв/г, г-экв/м), либо в процентах извлекаемого в-ва от массы воздушно-сухого ионита.

Наиболее часто рабочая обменная емкость ионитов в технологич. расчетах ионообм. установок выражается в эквивалентах (г-экв/м*). Обменная емкость сильнокислотных анионитон и сильноосновных ани-онитов по отношению к разл. ионам остается пост, в широком диапазоне значений рН. Емкость слабокислотных катеонитов и слабоосновных анионитов в сильной степени зависит от величины рН обрабатываемого раствора, максимальна для слабокислотных катионитов в щелочных средах (рН > 7), а для слабоосновных анионитов — в кислых средах (рН < 7).

Иониты смет, типа в обменных реакциях проявляют свойства сильной и слабой к-т (катионит КУ-1) или сильного и слабого основания (анионит ЭДЭ-10П). При контакте с водой и растворами электролитов происходит набухание ионитов и увеличение их объема (обычно в 1,5—2 раза). Большинство ионитов выпускается и хранится во влажном состоянии или под слоем воды, в связи с чем в зимнее время они должны находиться в отапливаемых помещениях. Высохший ионитдля приведения в рабочее состояние рекомендуется выдерживать в течение 20—25 ч и 20%-м растворе хлорида натрия. Изменение объема большинства ионитов происходит и при переходе из рабочего (для катионитов в Н+- или Ма+-, для анионитов в ОН-фор-ме) состояния в солевое, Кт-рое составляет для ионитов гелевой структуры 10—15, а макропористой 7—10%. Характерной особенностью ионитов, важной для их практич. применения в технологии очистки и обессоливания сточных вод, является способность к обратным реакциям, что дает возможность регенерации отработ. (на-сыщ.) ионитов, десорбции из них сорби-ров. ионов.

При проектировании ионообменных установок предусматривают след. процессы — перед поступлением на ионообменную установку сточной коды удаление из нее взвеш. в-в, нефтепродуктов и др. орга-нич. примесей, сильных окислителей (напр., хроматов); ионирование сточной воды — извлечение из нее катионов и анионов при контакте с катионитом и аниони-том; взрыхление отработ. ионита перед регенерацией; регенерацию ионитов — десорбцию задерж. катионов и анионов, восстановление рабочего состояния ионита; послерегенерац. отмывку ионитов от компонентов регенерац. растворов; дополнит. обработку очищ. или обессол. воды в соответствии с требованиями потребителя; обезвреживание, переработку, ликвидацию элюатов, образующихся при регенерации ионитов.

Очистка или обессоливание сточных вод (ионирование) производится на ионо-обмен. установках последоват. контактированием с гранулиров. катионитом в натриевой или водородной форме и аниони-том в солевой (сульфатной или хлорид-ной) или гидроксильной форме.

Для извлечения анионов, обладающих сильными окислит, свойствами (напр., хромат-бихромат-ионы), должны использоваться слабо- или сильноосновные аниониты,стойкие к окислит, действию этих анионов (АН-8.АН-251, АВ-17). Содержание взвеш. в-в в воде, подаваемой на иониты, не должно превышать 8 мг/л, органич. примесей (по ХПК) — не более 8 мг/л. При превышении этих величин вода, поступающая на ионирование, должна подвергаться предочистке на механич. и сорбц. (активные угли) фильтрах. В процессе ионирования воды в фильтрах с плотным слоем после проскока извлекаемых ионов в фильтрат иониты подвергаются регенерации. При сорбции ионов в рабочем цикле иониты уплотняются. Поэтому перед регенерацией они должны подвергаться взрыхлению подачей техн. воды снизу вверх с интенсивностью 3— 5 л / (с-м). В зависимости от состава исходной воды и требований потребителя ккачеству очищ. или обессол. воды применяются разл. схемы ионообм. установок,

Для неполного обессоливания при отсутствии в сточных водах анионов слабых к-т или воды, содержащей указ. анионы, рекомендуются схемы одноступенчатого Н-катионирования и одноступенчатого ОН-анионирования с использованием сильнокислотного катионита и слабоосновного анионита. Для более глубокой очистки или обессоливания сточной воды схема установки должна включать одно-двухступенчатое Н-катионирование и двухступенчатое ОН-анионирование с использованием как на I, так и на II ступенях катионирования сильнокислотного катионита, на I ступени анионирования — слабоосновного и на II ступени — сильноосновного анионитов. При наличии в сточных водах большого кол-ва углекислоты и ее солей для предотвращения быстрого истощения емкости сильноосновного анионита после Н-катионирования вода подвергается дегазации в спец. дегазаторах. Удаление углек-ты из Н-катиониров. воды производится в дегазаторах с загрузкой из колец Рашига, с дерев, хордовой насадкой или в др. аппаратах. В состав установки по ионообменной очистке сточных вод, как правило, включаются сооружения предочистки от механич. примесей на кварцевых фильтрах и от органич. загрязнений на сорбц. фильтрах, загружаемых активными углями. В ряде случаев для стабилизации величины рН и извлечения анионов слабых к-т в ионообменных установках вместо анионитовых фильтров II ступени используются фильтры смеш. действия, загружаемые сильнокислотным катионитом (КУ-2) и сильноосновным анионитом (АВ-17-8).

Расчет ионообм. установок производ. на основании данных по расходу сточной воды, подвергаемой очистке, ее солесодер-жанию, рабочей обменной емкости иони-тов и частоты регенераций ионитовых фильтров. При расчете ионообм. установок для очистки или обследования многокомпонентных сточных вод обменную емкость ионита принимают по наименее сорбируемому иону, аза его концентрацию — суммарное содержание всех извлекаемых ионов (катионов или анионов).

Дата добавления: 2015-07-15