Орешин В.Е.

Иркутский государственный технический университет

Кафедра обогащения полезных ископаемых и инженерной экологии

Адсорбционно-каталитический способ подготовки оборотной воды

За последние годы на многих промышленных предприятиях проделана большая работа по сокращению водопотребления и улучшению качества очистки сбрасываемых сточных вод, использование воды в системе оборотного водоснабжения достигло почти 90% . Опыт эксплуатации ОСВ показал, что такой подход является наиболее экологически целесообразным и экономически оправданным. В этом случае необходима комплексная схема очистки и включения в водооборот вод со всех установок предприятия, позволяющая создать сбалансированную технологическую схему очистки и повторно использовать воды без сброса их в открытые водоемы и резко сократить потребление исходной воды. Эксплуатация ОСВ сопряжена с рядом трудностей. В зависимости от свойств оборотной воды в системе наблюдается более или менее интенсивная коррозия. Кроме того, могут происходить отложение солей и взвешенных веществ, биологическое обрастание на внутренних поверхностях подводящих трубопроводов и холодильников. Отложения всех видов приводят к нарушению теплового режима, усилению коррозии и в итоге — к разрушению оборотной системы. Для борьбы с этими нежелательными явлениями применяют осветление, стабилизационную обработку воды, включая очистку и обработку ингибиторами, дезинфектантами. Как правило, в системе оборотного водоснабжения промышленных предприятий содержится от 20 до 100–400 мг/л взвешенных веществ различной степени дисперсности — от коллоидных до грубодисперсных примесей. Основные источники взвешенных веществ в оборотных системах — атмосферная пыль, которая попадает в воду в момент ее охлаждения в градирнях, коррозия оборудования системы и теплообменной аппаратуры, а также продукты биологических процессов. Если же вода соприкасается с продуктами производства, то в ней накапливаются и эти продукты. Для предотвращения накопления взвешенных веществ в воде оборотной системы предусмотрена очистка на механических осветительных вертикальных фильтрах. Однако эффективность очистки с использованием традиционных фильтрующих материалов (керамзита, кварцевого песка и др.) составляет только 40–50%. Поэтому остро стоит задача включения в существующую схему очистки принципиально новых технологий, позволяющих резко повысить ее эффективность, производительность используемого оборудования, а за счет этого увеличить использование воды в ОСВ до 95–97%, сократить расход свежей речной воды на ее подпитку, а также резко уменьшить расход высокотоксичного агента хлора, используемого для обработки системы от биообрастания. Известно, что хлорирование оборотных вод для биоцидной обработки приводит к образованию хлорорганических соединений, обладающих мутагенными канцерогенными свойствами. При сбросе оборотных вод на очистные сооружения эти соединения не разлагаются биологическим методом, а попадают в дальнейшем в открытые водоемы. Кроме того, остаточный хлор токсичен для фауны водоемов, приводит к практически полному прекращению процессов самоочищения. Металлокомплексные керамические адсорбенты-катализаторы серии АК обеспечивают эффективное задержание взвешенных веществ, минеральных примесей, способны к окислительным, в т.ч. обеззараживающим, эффектам на их поверхности. В результате, в объеме жидкости идут глубокие окислительно-восстановительные превращения субстратов, т.к. эти процессы обуславливаются высокой скоростью каталитических реакций, протеканию их по радикальному механизму и полифункциональностью адсорбента-катализатора. Интенсификация процесса окисления, как исходных соединений, так и продуктов их разложения, повышает степень очистки воды от широкого спектра органических загрязнений по интегральным показателям. При синтезе адсорбентов-катализаторов используется несколько комбинаций оксидов переходных металлов, образующих при синтезе катализаторов шпинели, активные в каталитических процессах окисления, сорбции и обеззараживания. Применение адсорбентов-катализаторов шпинельного типа оправдано не только из-за их высокой каталитической активности, но и химической и гидролитической стойкости, что полностью исключает возможность вторичного загрязнения очищаемых вод. Основными факторами, определяющими каталитическую активность шпинельных систем, являются дефектность структуры и природа катиона на поверхности.

Исследования по оценке адсорбционной способности, каталитической и обеззараживающей активности адсорбента-катализатора осуществлялись на лабораторной установке, моделирующей работу фильтра. На ней изучалась кинетика процесса окисления и обеззараживания на различных образцах адсорбентов-катализаторов и проводились исследования по оптимизации технологических параметров процесса водоподготовки оборотной воды. Наибольшую окислительную показал образец АК-М3, который признан оптимальным. В результате, использование адсорбента-катализатора серии АК позволяет предприятиям решить проблему с повышением качества очищаемой оборотной воды по вышеуказанным ингредиентам. В промышленных условиях внедрение адсорбционно-каталитической технологии осуществлено в схеме оборотного водоснабжения Ачинского НПЗ. Финансирование этой работы проводилось по проекту РОЛЛ (распространения опыта и результатов) на средства гранта Агенства США по Международному развитию. На Ачинском НПЗ процесс реализован в типовых скорых фильтрах марки ФОВ 3К-3,4. Адсорбционно-каталитическая загрузка в количестве 20 т расположена посекционно. Очистка оборотной воды осуществляется путем фильтрации одновременно через все секции. Фильтрат после очистки через адсорбент-катализатор направляется в производственный цикл. Необходимым условием стабильной работы фильтров является восстановление окислительной, задерживающей и обеззараживающей способности адсорбента-катализатора за счет его регенерации водо-воздушной смесью. Восстановление задерживающей способности каталитической загрузки при промывке происходит в результате трения движущихся в псевдоожиженном слое зерен загрузки и удаления при этом с их поверхности загрязнений. Неполная регенерация загрузки в результате промывки приводит к прогрессирующему, от фильтроцикла к фильтроциклу, накоплению в загрузке остаточных загрязнений, следствием чего является сокращение времени работы фильтра между промывками. Для улучшения регенерации адсорбента-катализатора необходимо расширение зернистого слоя до 25–30% с целью повышения скорости движения зерен в псевдоожиженном слое и, соответственно, интенсивности столкновений между ними. Восстановление окислительной и обеззараживающей способности при водо-воздушной промывке загрузки заключается в активации поверхности адсорбента-катализатора воздухом в водной среде. При этом происходит адсорбция кислорода воздуха на поверхности адсорбента-катализатора с образованием активных форм кислорода, как результат взаимных переходов электронов между катализатором и молекулярным кислородом, характеризующихся высоким эффектом окислительной деструкции содержащихся в воде субстратов. После удаления активного кислорода с поверхности активность катализатора обеспечивается подводом кислорода из объема фильтруемой воды. С этой целью при проведении реконструкции оборудования фильтровальной станции БОВ-1 необходимо было оборудовать фильтры ФОВ 3К-3,4 системой подачи воздуха для регенерации адсорбента-катализатора. Воздух под давлением подается из сети заводского воздухопровода до распределительной гребенки фильтра. Затем через коллектор отвода фильтрованной воды направляется в каждую секцию скорого фильтра через дренажно-распределительные устройства, расположенные под слоем адсорбента-катализатора. Проходя через катализатор в течение 5 минут он взрыхляет адсорбент-катализатор и создает псевдоожиженный слой. Регенерация завершается 10-минутной водной промывкой. Для удаления воздуха из трубопровода, подающего воду на промывку фильтра, и коллектора фильтрованной воды предусмотрены стояки-воздушники с установкой на них запорной арматуры для выпуска воздуха. Таким образом, за счет внедрения адсорбционно-каталитической технологии обеспечено повышение качества очистки оборотной воды, что соответствует целям и задачам выполненного проекта — достичь экономии забора свежей воды, снизить токсичность и общий объем сточных вод АНПЗ.

Применение технологии адсорбционно-каталитической очистки оборотной воды позволяет: повысить качество очистки оборотной воды; сократить расход свежей речной воды на подпитку оборотной системы; уменьшить расход высокотоксичного агента хлора, используемого для обработки системы от биообрастания; использовать существующее типовое оборудование.