Адсорбенты и ионные обменники в процессах очистки природных и сточных вод.
до очень малых величин, при которых запах и
привкус уже не ощущаются.
Концентрации различных веществ, при которых ощущается их запахи или
привкус в воде, неодинаковы. Сероводород ощущается при концентрации его в
воде более 0.2-0.3 мг/л, хлор - при концентрации более 0.3 мг/л, хлорфенол
- при концентрации более 0.02 мг/л, продукты жизнедеятельности
актиномицетов, придающие воде землистый запах, ощущаются при концентрации
более 1(10-8 мг/л.
Естественно, что при столь низких остаточных концентрациях удаляемого
вещества степень использования сорбционной емкости активного угля в
статических условиях при ввдении в воду угля в виде порошка будет мала. Так
во время контакта порошкообразного угля (ПАУ) с очищаемой водой невелико,
сорбируемое вещество обычно не успевает проникнуть в глубь частички угля,
поэтому сорбционная способность ПАУ возрастает с увеличением степени его
измельчения.
Косвенно сорбционная способность ПАУ характеризуется его фенольным
числом - числом милиграммов активного порошкообразного угля, требуемого для
снижения концентрации фенола в 1 л воды с 0.1 до 0.01 мг при перемешивании
воды с активным углем в течение 1 ч. Чем выше фенольное число угля, тем
меньше его сорбционная способность в отношении фенола, тем хуже, как
правило, этот уголь будет сорбировать из воды вещества, обуславливающие
привкусы и запахи воды. ПАУ, применяемые на фильтровальных станциях для
удаления из воды привкусов и запахов, должны иметь фенольное число не более
30; хорошие образцы активных углей имеют фенольное число менее 15.
Практика обработки воды ПАУ на Тюменском водопроводе показала, что из
числа порошкообразных углей наиболее эффективен уголь марки А-щелочной. В
каждом конкретном случае марка ПАУ должна подбираться пробной обработкой
воды в лабораторных условиях, при этом должны ставится опыты как с
предварительным хлорированием воды, так и без него.
ПАУ, применяемый для удаления из воды веществ, которые придают ей
привкусы и запахи, может вводится как перед отстойниками так и после них,
непосредственно перед фильтрами. Однако введение в воду пред фильтрами
возможно только в тех случаях, когда его доза не превосходит 5-7 мг/л при
длительном применении угля и 10-12 мг/л при кратковременном, эпизодическом.
При поступлении на фильтры большого количества активного угля потеря
напора в них обычно быстро растет и резко возрастает расход промывной воды.
Двухслойные фильтры лучше обычных приспособлены к осветлению воды,
содержащей ПАУ. При малых дозах активный уголь целесообразно вводить в воду
после отстойников; в этом случае сорбционная способность угля используется
более полно, чем при введении его в воду перед отстойниками, в которых
уголь быстро оседает, не успев сорбировать содержащиеся в воде органические
вещества.
Реализация процесса углевания на требует значительных капитальных
затрат, необходимо лишь строительство блока приготовления и дозирования ПАУ
и склада ПАУ.
Вследствие сильного пыления и взрывоопасности ПАУ в сухом виде в воду
вводят редко. Обычно предварительно готовят суспензию 2-10% ПАУ в воде,
которую и направляют в основной поток обрабатываемой воды. Дозу ПАУ
выбирают с учетом загрязненности воды и сорбционных свойств угля. В нашей
стране (1982 г) как правило, Dу=1-5 мг/дм3, в Финляндии 5-15 мг/дм3, в ФРГ
(водозаборы на Рейне) 25-40мг/дм3, во Франции 5-40 мг/дм3, в Англии и США 5-
30 мг/дм3.Большие дозы ПАУ свидетельствуют о сильной загрязненности
источников зарубежом.
Постоянное использование ПАУ для водоподготовки обычно не выгодно из-
за нерентабельности и невозможности его регенерации и потерь при
дозировании.
Для постоянной сорбционной обработки воды используют гранулированные
активные угли (ГАУ), которые можно регенерировать, что снижает стоимость
очистки воды, хотя ГАУ и дороже, а их применение требует больших
капитальных затрат. Фильтрование через ГАУ дает воду лучшего и более
постоянного качества по сравнению с углеванием (срок службы ГАУ при очистке
природных вод - от 2 до 30 мес)
Одно из традиционных направлений использования активных углей в
водоподготовке - дехлорирование питьевой воды, реализуемое на угольных
фильтрах. Высоту фильтра назначают в зависимости от скорости фильтрования,
начальной и конечной концентрации свободного хлора.
Дехлорирующие фильтры регенерируют один раз в месяц горячим раствором
соды или едкого натра. До регенерации 1 кг ГАУ дехлорирует 50-100 м3 воды.
Механизм дехлорирования воды на ГАУ состоит из сорбции и последующего
разложения хлорноватистой кислоты. Ион OCl- менее реакционноспособен и хуже
сорбируется чем HOCl, поэтому сдвиг рН, приводящий к увеличению степени
диссоциации HOCl(H++OCl-, снижает дехлорирующий эффект.
НЕУГЛЕРОДНЫЕ СОРБЕНТЫ В ПРОЦЕССАХ ВОДООЧИСТКИ
Для очистки воды все большее применение находят неуглеродные сорбенты
естественного и искусственного происхождения (глинистые породы, цеолиты и
некоторые другие материалы).
Использование таких сорбентов обусловлено достаточно высокой емкостью
их, избирательностью, катионообменными свойствами некоторых из них,
сравнительно низкой стоимостью и доступностью (иногда как местного
материала).
Глинистые породы - наиболее распространенные неорганические сорбенты
для очистки воды. Они обладают развитой структурой с микропорами, имеющими
различные размеры в зависимости от вида минерала. Большая часть из них
обладает слоистой жесткой или расширяющейся структурой.
Механизм сорбции загрязнений на глинистых материалах достаточно сложен
и включает Ван-дер-ваальсовые взаимодействия углеводородных цепочек с
развитой поверхностью микрокристаллов силикатов и кулоновское
взаимодействие заряженных и поляризованных молекул сорбата с положительно
заряженными участками поверхности сорбента, содержащими ионы Н+ и Al3+.
Наибольшее распространение глинистые материалы получили для
обесцвечивания воды, удаления неорганических примесей и особо токсичных
хлорорганических соединений и гербицидов, различных ПАВ.
Природные сорбенты добывают в непосредственной близости от места
потребления, что постоянно расширяет масштаб их применения для очистки
воды.
Цеолиты - разновидности алюмосиликатных каркасных материалов. Эти
материалы имеют отрицательный трехмерный алюмосиликатный каркас со строго
регулярной тетраэдрической структурой. В промежутках каркаса находятся
гидратированные положительные ионы щелочных и щелочно-земельных металлов,
компенсирующих заряд каркаса, и молекулы воды. В адсорбционные полости
цеолитов сорбируется лишь молекулы веществ, критический размер которых
меньше эффективного размера входного окна, от этого и их второе название -
молекулярные сита.
Известно более 30 видов природных цеолитов, но лишь часть из них
образует крупные месторождения (80% концентратов) удобные для промышленной
переработки. Наиболее распространенные природные цеолиты:
шабазит (Na2Ca)O(Al2O3(4SiO2(6H2O с размером окон 0.37-
0.50 нм;
морденит (Na2K2Ca)O(Al2O3(10SiO2(6.7H2O с размером окон
0.67-0.70 нм;
клинопптиломит (Na2K2Ca)O(Al2O3(10SiO2(8H2O
Для получения прочных и водостойких фильтрующих материалов из
природных цеолитов их, так же, как и глины, нагревают в печах с хлоридом
карбонатом натрия при 10000С.
Обработка поверхности цеолитов кремнийорганическими соединениями
делает ее гидрофобной, что улучшает сорбцию нефти из воды.
Природные цеолиты используются в виде порошков и фильтрующих
материалов для очистки воды от ПАВ, ароматических и канцерогенных
органических соединений, красителей, пестицидов, коллоидных и бактериальных
загрязнений.
Кроме цеолитов и природных глин перспективными являются неорганические
иониты. Среди них можно выделить следующие:
1. Гранулированные методом замораживания труднорастворимые фосфаты
металлов (циркония, титана, хрома, железа, тория, сурьмы и др.),
прежде всего, цирконилфосфат (ZrO)m(H2PO4)n с различным отношением
m:n, отличающийся высокой емкостью обмена, термической и
радиационной устойчивостью и высокой селективностью к ионам цезия,
рубидия, калия и аммония, а также таллия. Цирконилфосфат устойчив в
концентрированных кислотных и солевых растворах, сохраняя в них
высокую ионообменную емкость и избирательность к вышеуказанным
катионам.
Цирконилфосфат может быть использован для извлечения из сильнокислых и
сильноминерализованных радиоактивных растворов долгоживущего изотопа 137Cs;
для разделения продуктов радиоактивного распада урана в атомных реакторах:
89Sr-137Cs, 89Sr-144Cs, 90Sr-90U; для отделения 95Nb и 95Zr от 106Ru; для
извлечения ионов таллия из растворов в производстве и при использовании
солей таллия.
2. Синтетические титано- и цирканосиликаты, обладающие
молекулярноситовыми свойствами цеолитового уровня, высокой обменной
емкостью и селективностью к ряду катионов.
3. Труднорастворимый кристаллический оксалат циркония, селективный по
отношению к катионам свинца и калия.
4. Труднорастворимые соли поли- и гетерополикислот: фосфомолибдаты,
фосфорвольфраматы, вольфраматы, фосфорарсенаты, производные
фосфорносурьмяной кислоты, кремнесурьмяной кислот и другие
обладающие селективностью к редким щелочным, щелочноземельным и
тяжелым мета
| |  скачать работу |
Адсорбенты и ионные обменники в процессах очистки природных и сточных вод. |
