А. А. Воробьева

Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет

очисткА стОчнЫх вод ОТ ПАВ С ПОМОЩЬЮ ШЛАКОВОГО СОРБЕНТА

На практике сорбционная очистка сточных вод от органических загрязнений используется при локальной очистке сточных вод определенных технологических операций. Перед адсорбционным поглощением загрязнителей к сточным водам применяются следующие виды очистки: механическая, биологическая, обработка воды коагулянтом, извлечение азотсодержащих соединений, декарбонизация, осаждение и фильтрация. Адсорбционную очистку используют по отношению к органическим соединениям, которые не подвергаются биологической очистке в силу своей токсичности: красителям, ПАВ, пестицидам, хлорорганическим соединениям и др. Большинство мицеллообразующих веществ медленно и неглубоко окисляется при традиционной биологической очистке сточных вод. Поэтому удаление ПАВ возможно только в результате применения физико-химических методов, среди которых наиболее эффективными являются адсорбционные.

Существуют два основных направления двухступенчатых адсорбционных технологий очистки вод от ПАВ. Согласно первому направлению обе ступени представляют собой сорбционную очистку: на первой ступени концентрацию ПАВ в воде снижают до критической концентрации мицелообразования (ККМ), на второй ступени поводят доочистку сточных вод до конечной концентрации ПАВ. Используется противоточно-ступенчатая адсорбционная технологическая схема. Второе направление использования активного угля основано на сочетании пенной сепарации ПАВ (первая ступень) и адсорбции (вторая ступень). Адсорбционные ступени очистки сточных от ПАВ имеют ограничения по концентрации сорбата: она не должна существенно превышать ККМ.

Исходя из данных позиций, является перспективным использование непористого порошкообразного шлакового адсорбента на основе диопсида для очистки сточных вод от ПАВ различной природы. Согласно полученным изотермам адсорбции АПАВ и КПАВ шлаковый адсорбент эффективен при поглощении ассоциатов ПАВ. Таким образом, его можно рекомендовать для первой ступени очистки сточных вод при отношении начальной и конечной концентраций ПАВ =3-5. На втором этапе рекомендуется применение мезопористых активных углей.

Для очистки сточных вод от ПАВ на уровне высоких концентраций предложена рациональная противоточно-ступенчатая адсорбционная схема периодического действия. Передвижение очищаемой воды и встречное движение шлакового адсорбента в каскаде из трех адсорберов с отстойниками приведено на рис. 1. Вода, очищенная от ПАВ до концентрации, соответствующей выходной для определенной ступени каскада, поступает в последующий адсорбер, где смешивается с дозой шлакового адсорбента m. Шлак, отделенный от очищенной воды в определенном адсорбере, шламовым насосом переносится в модуль предшествующей ступени, где смешивается с водой, имеющей более высокую концентрацию ПАВ. Таким образом, в противоточно-ступенчатой технологии очистки доза адсорбента исчерпывает свою емкость, полностью насыщаясь ПАВ. Свежая порция шлака поступает только в конечный адсорбер. В каждом смесителе вода перемешивается с адсорбентом в течение времени, достаточном для установления равновесия.

Рис. 1 – Схема противоточно-ступенчатой адсорбционной очистки сточных вод от ПАВ: (1-3) – адсорберы с отстойниками адсорбционного каскада; С – концентрации ПАВ; а – емкость адсорбента на каждой ступени очистки

Расчет дозы шлакового адсорбента приведен на примере очистки сточных вод от АПАВ – додецилсульфоната натрия, хотя применение данной схемы возможно и при очистке вод от КПАВ. На изотерме адсорбции (рис. 2) указаны концентрации: начальная (С₀), конечная (С_к=ККМ) и промежуточные для ступеней каскада, а также соответствующие этим концентрациям величины адсорбции а сорбента. Согласно уравнениям для расчета входных концентраций сорбата на каждой ступени подобраны концентрации додецилсульфоната натрия (таблица 1), согласно которым масса адсорбента m одинакова для всех ступеней каскада.

Расчет массы шлакового адсорбента для ступеней противоточно-ступенчатой очистки сточных вод:

С₂ = ma₃ + C₃, отсюда г/дм³;

С₁ = ma₂ + C₃, отсюда г/дм³;

С₀ = ma₁ + C₃, отсюда г/дм³.

Рис. 2 – Изотерма адсорбции додецилсульфоната натрия (АПАВ) с указанием рабочих точек, координаты которых используются для проведения противоточно-ступенчатой адсорбционной очистки вод

Таблица 1 – Концентрации додецилсульфоната натрия и масса АПАВ, поглощенного адсорбентом на каждой ступени адсорбционного каскада

№ ступени очистки	САПАВ, г/дм^3	а, мг/г
3 (конечная)	0,1569	0,862
2	0,2103	3,25
1	0,3585	4,73
0 (начальная)	0,45	–

Согласно массе используемого адсорбента (62 кг/м³) рассчитано отношение V_в : V_адс.= 48,4, близкое к экономически целесообразному V_в : V_адс.50. Преимуществами данного способа является использование дешевых сорбентов и возможность очистки сточных вод от ПАВ на уровне высоких начальных концентраций.