SU1608132A1 - Способ очистки сточных вод от органических веществ - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к обработке природных и сточных вод, в частности к очистке от органических загр знений адсорбентами. Целью изобретени   вл етс  увеличение объема очищенных вод при сохранении высокой степени очистки за счет увеличени  динамической адсорбционной емкости сорбента и упрощени  процесса регенерации адсорбента при повышении степени его регенерации. Дл  осуществлени  способа фильтрование воды ведут последовательно через слой керамзита, модифицированного 9-12 мас.% оксида переходного металла, и слой активного угл , модифицированного 4-7 мас.% оксида переходного металла, а регенерацию отработанного сорбента ведут в две стадии, на первой - через слой активного угл  пропускают газ-теплоноситель, не содержащий кислород, а на второй - газ-теплоноситель, содержащий 4-6% об.кислорода. Газы, выход щие из сло  активного угл  на каждой стадии регенерации, смешивают с воздухом в объемном соотношении 1:2-1:3 и полученную смесь подают на регенерацию керамзита. Способ позвол ет повысить динамическую адсорбционную емкость в 1,3-1,7 раза, что приводит к увеличению объема очищенной воды, а также повышает эффективность регенерации адсорбента за счет сокращени  продуктов неполного окислени  адсорбированных летучих веществ и предотвращени  избыточного, пожароопасного разогрева активного угл  при достижении высокой степени регенерации / @ 100%/. 7 табл.

Description

1

(21)4492288/23-26

(22)25.07.88

(46) 23.11.90, Бюл. № 43

(71)Институт коллоидной химии и химии воды им. А.В.Думанского

(72)А.М.Когановский, Л.Н.Лугова , М.Н.Тимошенко, Р.Л.Канинска , В.И.Кофанов и Ю.С.Ермаков

(53)663.632.8(088.8)

(56)Авторское свидетельство СССР № 806103, кл. С 02 F 1/28, 1980.

(54)СПОСОБ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ

(57)Изобретение относитс  к обработке природных и сточных вод, в частности к очистке от органических загр знений адсорбентами. Целью изобретени   вл етс  увеличение объема очищенных вод при сохранении высокой степени очистки за счет увеличени  динамической адсорбционной емкости сорбента и упрощени  процесса регенерации адсорбента при повьшении степени его регенерации. Дл  осуществлени  способа фильтрование воды ведут последовательно через слой керамзита.

модифицированного 9-12 мас.%. оксида переходного металла, и слой активного угл , модифицированного 4-7 мас.%, оксида переходного металла, а регенерацию отработанного сорбента ведут в две стадии, на первой - через слой активного угл  пропускают газ-теплоноситель , не содержащий кислород, а на второй - газ-,теплоноситель, содержащий 4-6 об. кислорода. Газы, выход щие из сло  активного угл  на каждой стадии регенерации,- смешивают с воздухом в объемном соотношении 1:2-1:3 и полученную смесь подают на регенерацию керамзита. Способ позвол ет повысить динамическую адсорбционную емкость в 1,3-1,7 раза, что приводит к увеличению объема очищенной воды, а также повышает эффективность регенерации адсорбента за счет сокращени  продуктов неполного окислени  адсорбированных летучих веществ и предотвращени  избыточного, пожароопасного разогрева активного угл  при достижении высокой степени регенерации ( л/100%). 7 табл.

о

(О

сл

о:

о

00

Изобретение относитс  к обработке природных и сточных вод, в частности к очистке от органических загр знений с помощью гранулированных или дробленых адсорбентов, и может быть использовано дл  очистки промышленных сточных и природных вод.

Цель изобретени  - увеличение объема очищенных вод при сохранении высо- кой степени очистки за счет увеличеНИН динамической емкости адсорбента и упрощени  процесса регенерации при помощи степени регенерации сорбента.

Дл  осуществлени  способа процесс фильтровани  очищаемых вод ведут последовательно через слой керамзита, модифицированного 9-12 мас.% оксида переходного металла, и затем через слой активного угл , модифицированного 4-7 мас.% оксида переходного металла.

В качестве оксида переходного металл используют оксиды 1ч;, Си, Сг и Со,

Фильтрование провод т до по влени в фильтрате после угольного сло  про КОКОВОЙ концентрации загр знений. По ле этого воду из фильтра сливают и осуществл ют регенерацию в две стади в том же аппарате. Дл  этого па первой стадии в слой активного угл  по- дают газ-теплоноситель, например продукты сжигани  газообразного топлива , не содержащие свободного кислоро с температурой 300-350 С, которые на выходе из сло  угл  смешивают с воздухом при объемных соотношени х 1:2- 1:3, нагретым до той же температуры 300-350°С, и полученную кислородсоде жащую смесь подают в слой керамзита,, Процесс ведут до пор, пока темпе

ратура всего сло  угл  не достигнет температуры регенерации 300-350°С. Температуру в слое угл  и керамзита контролируют термопарами. На второй стадии В слой активного угл  подают газ-теплоноситель при 300-350°С, содержащий 4-5 об.% кислорода, который на выходе из угл  также смешивают с гор чим воздухом. Процесс ведут до тех пор, пока содержание кислорода в газе на выходе из сло  керамзита не будет равным его количеству на входе в слой керамзита,,

Эксперимент по очистке провод т на примере природных ззод с исходным значением ХПК 40 мг/л и сточных вод трикотажной фабрики с исходным значением ХПК 500 мг/л, результаты которого представлены .з табл. 1. В табл,2 отражено распределение высоко- и низкомолекул рных загр знений, адсорбированных модифицированными ке- , рамзитовой ( м) и угольной ( м) фракци ми адсорбента.

Как следует из данных табл, 1 и 2, предлагаемый cnocoi: обеспечивает увеличение количества очищенной :еоды двухкомпонентным сорбентом по срав- ненют с суммарным количеством очищенной воды отдельно активным углем и модифицированным керамзитом. Так. при очистке природных зод слоем мо- дифицкрованного керамзита длиной 0,5 м по ХПК проскока 20 мг/л получено 3 л воды, слоем модифицированного активного угл  ЛГ-3 - IK5 л очищенной воды. При предлагаемом пор дке фильтровани  получено 25 л очищенной воды с ХПК 20 мг/л (табл. 1).

Q

15

20

5

5

5

Обеспечигзаетс  преимущественна  ад- сорбци  высокомолекул рных веществ на керамзитовой фракции адсорбента (типа водного гумуса, красителей и др. веществ, нелетучих с вод ным паром), вследствие чего на угольную фракцию попадают в основном низкомолекул рные вещества, хорошо поглощаемые микропористой структурой активного угл , и летучие с вод ным паром при температурах ниже температуры регенерации. Так, цри очистке модельной воды, содержащей 940 мг/л фенола и 105 мг/л красител  пр мого алого, до концентрации проскока по фенолу 9,4 мг/л краситель и фенол распредел ютс  следующим образом: KepaMSHTOM адсорбировано 86,3% всего поглощенного красител , активным углем адсорбировано 13,7% количества красител  и 99,9% фенола (табл. 2).

Достигаемое распределение высокомолекул рных и низкомолекул рных веществ при предлагаемом пор дке фильтровани  позвол ет уменьшить на 60-87% нагрузку по высокомолекул рным веществам на активный уголь, что необходимо  л  уменьшени  тепловыделени  при окислении адсорбированных веществ в процессе регенерации.

Режим регенерации обеспечивает на первой стадии высушивание активного угл  и нагрев его до температуры регенератдии в процессе сущки. Поскольку газ-теплоноситель, подаваемый на этой стадии,, не содержит кислорода, создаютс  услови  дл  удалени  из активного угл  соединений летучих при температуре них«; температуры регенерации,., и соединений, летучих с вод ным паром5 образуюи(имс  при сушке угл . Причем этот процесс не сопровождаетс  выделением тепла, так как в газе-теплоносителе отсутст- твует кислород, а процесс испарени  воды - эндотермический. Поэтому активный уголь нагреваетс  до температуры I -: 3 а - т с; п ,п о н с с и т е ,п   ,

Газ-теплоноситель, загр зненный органическими веществами после выхода из сло  угл , смешива сь с воздухом, обогащаетс  кислоро- дом, благодар  чему создаютс  услови  дл  полного каталитического окислени  летучих органических веществ Б слое модисрицированного керамзита. Отсутствие л газе., выход щем из сло  керамзита,, орга,чических веществ под

51

тверждаетс  данными хроматографичес- ких измерений, приведенных в табл. 3

Благодар  разделению процесса регенерации на стадии к началу второй стадии на активном угле остаетс  лиш незначительное количество летучих {низкомолекул рных веществ, окисление Которых на этой стадии достигаетс  при подаче кислородсодержащей газовой смеси, а незначительное тепловыделение при этом не приводит к перегревам угл . Продукты неполного окислени , которые могут образоватьс  на второй стадии регенерации после смешени  газа-теплоносител  с воздухом окисл ютс  в слое керамзита.

Осуществление процесса регенераци в две стадии по сравнению с одностадийным процессом позвол ет снизить температуру в слое адсорбента с 750 400°С, что предотвращает возгорание активного угл . Вли ние количества переходного металла дл  формировани  адсорбционной емкости керамзитового и угольного слоев, а также дл  процесса регенерации обоих компонентов адсорбента показано в табл. 4.

Нижний предел содержанки оксида железа в активном угле 5 мас.% ограничен необходимостью обеспечени  полной регенерации. Т9к, при содержании оксида железа 3 мас.% степень регенерации активного угл  после адсорбции красител  пр мого алого уменьшаетс  до 96% в первом цикле. Уменьшение динамической адсорбцио; : 1ой емкости угл  продолжаетс  и в последующих циклах. Верхнее значение количества оксида железа в угле 7 мас.% определ етс  возможностью его осаждени 

в порах активного угл . I

Значение содержани  оксида-железа на керамзите 12 мас.% определ етс  возможностью осаждени  на поверхнос- ти. Нижний предел содерж ани  оксида железа на керамзите 9 мас.% ограничен необходимой величиной адсорбционной емкости керамзитовой фракции адсорбента . Адсорбционна  емкость ке- рамзитовой фракции пропорциональна содержанию оксида железа (керамзиту не содержащий оксида х елеза не  вл етс  адсорбентом).. .

При содержании кислорода в газе- теплоносителе 4-6 об.% и температурах 300-350 С достигаетс  полное восстановление адсорбционной емкости актив-- ного угл . Это подтверждают данные

0

5

1

о 5

5

j 0

0

0

326

табл. 5, в которой на примере адсорбции фенола и красител  пр мого алого -- показано, что при содержании кислорода в газе-теплоносителе 3 об.% (ниже предлагаемого предела) в диапазоне температур 300-400°С степень регенерации составл ет 83-92% дл  фенола и 48-56% дл  красител . Это происходит вследствие того,что значительна  часть подаваемого кислорода расходуетс  на окисление угл . При содержании кислорода в количестве 7 об.% резко возрастают потери угл  уже при , ограничивает содержание кислорода в газовой смеси 6 об.%. ; Нижний предел температуры проведе- ни  регенерации св зан с началом про влени  каталитического действи  оксидов переходных металлов в реакци х полного окислени  органических веществ. При температуре ниже не достигаетс  полного восстановлени  адсорбционной емкости активного угл . Например, при содержании кислорода 6 об.% проведение процесса регенерации при 280°С обеспечивает степень регенерации активного угл  после адсорбции красител  55%. Верхний предел температуры регенерации 350 С ограничен тем, что при нем достигаетс  полное восстановление адсорбционной емкости адсорбента. Увелиение температуры приводит к непро- изводительным потер м угл  до 10%.

Предлагаемое соотношение газ-теплоноситель: воздух 1:1-1:3 в смеси, поступающей на керамзит на обеих стади х регенерации, обеспечивает необходимую концентрацию кислорода 14-16 об.% дл  полного окислени  адсорбированных веществ. При соотно- ношении газ-теплоноситель:возду х ниже предлагаемого предела (1:1), т.е. .при получении смеси с содержанием кислорода 10%, не достигаетс  полное окисление органических веществ и поэтому не предотвращаетс  загр знение продуктами их неполного окислени  отход щих газов. Достижение соотношени  газ-теплоноситель:воздух выше предлагаемого (1:4), т.е. получение., газовой смеси с содержанием кислорода 17-20%, неэкономично, так как требу- . е.тс  дополнительна  теплова  энерги  дл  нагрева большего количества воздуха .

В качестве модификаторов керамзита могут быть использованы оксиды

хрома, меди и кобальта. В табл. 6 приведены величины динамических адсорбционных емкостей керамзита, мо- дифицированЕЮГо этими оксидами и оксидом железа при очистке сточной воды от красител  пр мого алого фильтрованием через слой сорбента длиной 0,4 м.

В табл. 7 приведены характеристи- ки каталитической активности оксидов железа, хрома, меди и кобальта в реакции полного окислени  гексана при 300-400°С, а также при запредель- ных значени х.

Пример 1. Дл  проведени  процесса очистки природных и сточных вод готов т адсорбент, состо щий из 25 г активного угл  АГ-3 с размером зерен 0,5-1 мм, содержащий 7 мас.% оксида железа и 20 г керамзита с размером зерен 0,5-1 мм, содержащий 12 мас.% оксида железа.

Дл  пр1 ;) отовлени  модифицированных керамзита и активного угл , каж- рый из них заливают 500 мл раствора усульфата железа закисного с концентрацией 200 г/л. После выдерживани  в течение 0,5 ч керамзита в растворе раствор выпаривают, затем прибавл ют 200 мл 12%-ного водного раствора аммиака . После вБгдерживани  в течение 1 ч раствор сливают и прогревают в токе воздуха в течение 2 ч при 350°С. Скорость подачи воздуха составл ет 53 мЗ/м2. ч.

После выдерживани  активного угл  в растворе сульфата железа в течение 1 ч рас;гвор сливают. После добавле-. ни  200 мл 12%-ного раствора аммиака, выдерживани  в нем угл  в течение 1 ч раствор сливают, а уголь высушивают и прогревают в токе азото-кислород ной смеси с содержанием кислорода 5 об.%. Врем  прогрева угл  составл - ет 3 ч, температура прогрева З50 с, расход азото-кислородной смеси 53 . Полученный адсорбент загружают в колонку, через которую фильруют очищаемую воду.

Пример 2. Через адсорбционную колонку, загруженную 20 г модифицированного керамзита и 25 г модифи- цированног о активного угл  АГ-3, полученных по примеру 1, профильтровывают сточную воду трикотажной фабрики в ко личестве 2 л с исходным значением ХПК 500 мг/л. ХПК очищенной воды составл ет 40 мг/л. Двухкомпонентны;м ад

Q 5

0

5 о . „ . 35

50

5

сорбентом поглощено 920 мг ХПК, из них керамзитом 800 мг ХПК.

Затем сорбент регенерируют в две стадии. На первой стадии регенерации в течение 0,5 ч в слой активного угл  подают газовую смесь следующего ва, об.%: N 80, 10, СО 10. За это врем  температура сло  угл  достигает 350°С. Перед поступлением в слой керамзита газова  смесь обогащаетс  кислородом за счет смешени  с воздухом в соотношении 1:3. На второй стадии регенерации в слой угл  подают смесь состава, об.%: N 75, 0 6; 5; COg. 15, в течение 5 ч. Перед поступлением в слой керамзита она также смешиваетс  с воздухом в соотношении 1:2, Отход щие газы регенерации на обеих стади х попадают в ловушку, где при температуре -70 С вымораживают возможные органические вещества. ХПК конденсата отход щих газов составл ет О мг/л. Потери угл  от обгара при регенерации составл ет 0,5% от массы исходного активного угл . Степень регенерации при этом составл ет 100%.

Пример 3. Через адсорбционную колонну, загруженную. 20 г керамзита , модифицированного оксидом меди (10 мас.%) и 25 г активного угл  АГ-3, модифицированного оксидом железа (10 мас.%) профильтровывают 25 л природных вод водохранилища с исходным значением ХПК 40 мг/л.. ХПК очищенной воды 20 мг/л. Двухкомпонентным сорбен- том поглощено 750 мг загр знений, из них керамзитом 90 мг. Затем сорбент регенерируют по примеру 2. ХПК конденсата отход щих газов составл ет О мг/л. Потери угл  при регенерации 0,5%. Степень регенерации 100%.

Преимуществами предлагаемого способа по сравнению с известным  вл ютс  повышение эффективности процесса адсорбции за счет увеличени  динамической адсорбционной емкости в 1,3-1,7 раза, что достигаетс  применением двухкомпонентного адсорбента, состо щего из керамзита и активного угл , модифицированных оксидами переходных металлов, повышение эффективности процесса регенерации адсор- - бентов за счет исключени  попадани  в абгазы продуктов неполного окислени  адсорбированных веществ, что ,обеспечиваетс  проведением процесса регенерации в две стадии в предлагаемых услови х, а также повышение

Claims (1)

1. пожаробезопасности процесса регенерации за счет исключени  локальных перегревов активного угл , что повышает стабильность процесса. Надежность и стабильность процессов адсорбции и регенерации позвол ют эффективно использовать предлагаемый способ при очистке природных и сточных вод многокомпонентного состава. Формула изобретени 

   Способ очистки сточных вод от органических веществ, включающий фильтрование через сорбент - активный уголь, модифицированный оксидом металла с последующей регенерацией отработанного сорбента газом-теплоносителем , отличающийс  тем, что, с целью увеличени  объема очищенных вод при сохранении высокой

   Мо дифицир ОБ ан ный керамзит (длина . сло  0,5 м) Модифицированный активный уголь АГ-3 (длина

   сло  1м)

   Модифицированный керамзит + модифицированный активный уголь АГ-3 (длина сло  1,5 м)

   степени очистки за счет увеличени  динамической адсорбционной емкости ; сорбента и упрощени  процесса регенерации при повьпиении степени регенерации сорбента, сточные воды фильтруют сначала через керамзит, модифицированный 9-12 мас.% оксида переходного металла, затем через активный уголь, модифицированный А-7 мас.% оксида переходного металла, а регенерацию отработанного сорбента ведут сначала пропусканием через активный уголь газа-теплоносител  с температурой 300-350°С и не содержащего кислорода , а затем газа-теплоносител  с той же температурой и содержащего 4-6 об.% кислорода, причем отход щие газы после смещени  с воздухом в объемном соотношении 1:2-3 пропускают через керамзит. Таблица 1

   0,3

   1.2

   Таблица 2

   Температура газа-теплоносител  пг И регенерации составл ет 350 С.

   Динамическа  адсорбционна  емкость по фенолу , мг ХПК/г- Динамическа  адсорбционна  емкость по on-10; ХПК/г Динамическа  адсорбционна  емкость по красителю пр мому алому, мг Х11К/г О Динамическа  адсорбционна  емкость по водному гумусу, мг ХПК/г О Степень регенерации адсорбента в первом цикле после адсорбции , %;

   фенолаОП-10

   пр мого алого 500 440 420 370

   46,3 46,3 46,3 46,3

   2,0 3,5 4,6 4,4 4,4 4,4 4,4

   1,1 1,9 2,5 2,3 2,3 2,3 2,3

   100 100 100 100 100 100 100 100 100

   90.097,1 99,9 100

   82.196,4 99,9 100

   73.296,0 99,9 100

   Таблица 3

   Таблица 4

   500 440 420 370

   46,3 46,3 46,3 46,3

   90.097,1 99,9 100

   82.196,4 99,9 100

   73.296,0 99,9 100

   Таблица 5