Очистка методом адсорбции

В зависимости от характера сорбционного взаимодействия адсорбата и адсорбента различают физическую, активированную и химическую адсорбцию.

Физическая адсорбция – обусловлена силами межмолекулярного взаимодействия Ван-Дер-Ваальса, протекает с высокой скоростью и имеет низкую теплоту адсорбции. Адсорбция протекает мономолекулярно. Физическая адсорбция характерна для веществ, адсорбируемых из парогазовой фазы, а при адсорбции в растворе осложнена физико-химическим взаимодействием адсорбата, адсорбтива и адсорбента.

Активированная адсорбция – обусловлена взаимодействием адсорбата и адсорбента с образованием поверхностного соединения. Активированная адсорбция избирательная, необратимая реакция, с повышением температуры скорость адсорбции увеличивается, характеризуется высокой теплотой адсорбции.

Хемосорбция – химическая реакция, которая протекает на поверхности адсорбента.

Одним из основных критериев оценки адсорбционных свойств адсорбента является изотерма адсорбции – зависимость активности адсорбента от концентрации адсорбата в условиях равновесия. Для описания изотермы адсорбции наибольшее применение получили уравнения Ленгмюра (66) и Фрейндлиха (67):

(53)

где А – максимальная адсорбция;

В – константа равновесия, зависящая от температуры;

С_равн – равновесная концентрация адсорбата, мг/л;

(54)

где и – эмпирические константы, зависящие от температуры.

Скорость процесса адсорбции определяется внешней (перенос вещества из газового ядра к поверхности адсорбента) и внутренней диффузией в порах адсорбента. Наиболее активным и широко применяемым адсорбентом для очистки является активированный уголь. Он очищает загрязнённые воды преимущественно от органических соединений. Регенерация активированного угля – это один из основных вопросов, который возникает при адсорбционной очистке сточных вод.

Для удаления органических веществ с поверхности активированного угля используют динамическую десорбцию, смещение равновесного состояния системы осуществляется с изменением концентрации адсорбата и температуры. При деструктивной регенерации применяют процессы окисления хлором, озоном, кислородом и термическую.

Схема адсорбционной очистки представлена на рисунке 4.

ОА ОА ОА

А – адсорбент; ОА – отработанный адсорбент; ЗВ и ОВ – загрязнённая и очищенная вода; 1 – аппарат с мешалкой; 2 – отстойник

Рисунок 4 – Технологическая схема адсорбционной очистки

Эфективным является использование активированного угля в «кипящем» слое (рис. 5).

ЗВ

ОА

Рисунок 5 – Аппараты с «кипящим» слоем активированного угля с одной (слева) и с несколькими перегородками (справа)

4.2. Очистка морской воды от нефтепродуктов [2, 3, 6]

Способы очистки нефтесодержащих вод (НВ).

Технология очистки НВ от углеводородов (УВ) определяется требованиями, предъявляемыми к глубине очистки.

Способы очистки НВ:

а) отстаивание;

б) флотация:

- пневматическая;

- напорная;

в) электрохимическая очистка;

г) адсорбция;

д) озонирование;

е) биохимическая очистка;

ж) жидкофазное окисление – заключается в окислении органических примесей кислородом воздуха при температуре не выше 350°С.

Известны такие способы очистки НВ, как обработка в электрическом, магнитном, ультразвуковом полях [2, 3, 6].

Биологические способы очистки НВ.

Путидойл – препарат очистки морской воды от НВ. Путидоил способен очищать воду с загрязнением УВ до 25 мг/л и грунт до 10 кг/м², имеет широкий спектр окислительной активности (перерабатывает до 20 компонентов сырой нефти, включая асфальтосмолистые фракции). «Путидойл» снижает содержание канцерогена типа бенз(a)пирена в остаточных продуктах распада нефти в 10 раз. Стойкий к химическому загрязнению воды. «Путидойл» работает в аэробной среде и гибнет в анаэробных условиях.

Система приема и обработки НВ.

Прием НВ осуществляется с помощью вакуум-баллона, расположенного в трюме. С помощью вакуум-баллона НВ поступают в цистерну нефтесодержащих вод, каскадный отстойник. Предусмотрен забор НВ из вакуум-баллона насосом АНС-60, а также выдача НВ из цистерны-отстойника этим же насосом на берег или на специальное судно.

Цистерна НВ (каскадный отстойник), расположенная в корпусе, разделена на четыре секции, соединенные между собой с помощью трубопроводов с каскадными отстойниками нефтепродуктов при последовательном пропускании через них НВ.

Процесс очистки включает следующие стадии (рис. 6):

- отстаивание – всплывшие нефтепродукты через воронки, установленные в верхней части каждой секции, отводятся в цистерну нефтеотходов;

- флотация – отстоявшаяся нефтесодержащая вода из цистерны-отстойника поступает во флотатор при давлении 0,3-0,6 кгс/см². Во флотаторе образуется пена – слой нефтепродуктов, которые периодически удаляются. Сброс нефтепродуктов производится при работе установки в автоматическом режиме. Выделенные нефтепродукты и пена отправляются на сжигание в инсениратор;

- окисление озоном эмульгированых нефтепродуктов – озон получают в озонаторном агрегате, охлаждение производится забортной морской водой;

- фильтрование – в процессе работы установки происходит загрязнение фильтра. Промывка фильтра осуществляется подачей горячей воды от системы водоснабжения. Сброс промывной воды после фильтра осуществляется в секцию каскадного отстойника;

Нефтеотход

Добавка к ДТ

Нефтеотход

Воздух

Озонаторная установка

Воздух

Фильтр грубой очистки

Фильтр тонкой очистки

Рисунок 6 – Принципиальная схема очистки НВ ССКПО

- жидкофазное окисление – нефтепродукты окисляются кислородом воздуха при температуре 350°С, концентрация в очищенной сточной воде нефтепродуктов 0,05 мг/л, что позволяет непосредственный сброс в море.

Биологическая очистка сточных вод

Метод биологической очистки основан на способности микроорганизмов использовать как питательную среду многие органические и некоторые неорганические соединения, которые содержатся в морской воде. При биологической очистке часть веществ, которые окисляются микроорганизмами, используется в процессах биосинтеза.

Экономический ущерб от загрязнения гидросферы НВ.

Экономический ущерб, У_в, грн./год, от загрязнения морской среды рассчитывается по формуле [3, 5, 6]:

(55)

где g – численное значение – 144 грн./усл.т, оценка ущерба от годового сброса в водоем с корректировкой на назначение водоема;

– степень использования хозяйственных водоемов, величина задается в отраслевом плане – (0,1-0,2) и (2,6-3,79);

М – приведенная общая масса годового сброса НВ в море, усл.т/год.

(56)

где А_i – показатель относительной опасности сброса i-того вещества в водоем, усл.т/т УВ, равен величине обратной ПДК по i-му загрязнителю;

m_i – масса годового сброса i-той примеси, т/год.

m_i = G_i = c_i V_мс * Ф_год, т/год. (57)

Если в водоем сбрасывается несколько видов отходов однонаправленного действия, то величина ущерба определяется аддитивно.

Для устранения отмеченных недостатков предлагается ресурсосберегающая технология очистки НВ, которая включает в себя следующие стадии:

- отстаивание нефтепродуктов;

- напорная флотация;

- коагуляция нефтепродуктов;

- адсорбция нефтепродуктов на эффективном сорбенте. По данным исследования сорбент снижает концентрацию нефтепродуктов от 15-20 мг/л до 0,03 мг/л [2, 3, 6], что позволяет сброс в морскую среду..

Выводы

Приобретены практические навыки выполнения расчётов с определением уровня экологической опасности морской среды.

Проведены санитарно-гигиенические оценки, разработаны технические, организационные и экономические мероприятия по снижению уровня экологической опасности морской среды.

Освоена методика расчетов определения уровня экологической опасности морской среды.

Рассчитана концентрация соединений тяжёлых металлов (мышьяка, ртути, свинца) в морской среде (привести конкретные значения).

Рассчитана концентрация нефтепродуктов (углеводородов, бензола, толуола) в морской среде (привести конкретные значения).

Выполнены санитарно-гигиенические оценки морской среды по биологической опасности совокупного воздействия загрязнителей (привести конкретные значения).

Разработаны технические предложения по снижению уровня экологической опасности морской среды от соединений тяжёлых металлов и нефтепродуктов.