Сорбция на активированном угле

Метод

Для дезодорации воды сорбцией используют гранулированный и порошкообразный активный уголь, активированный антрацит, углеродные волокнистые материалы и неуглеродные адсорбенты (клиноптилолит, цеолиты). Сорбционный метод дезодорации является значительно более надежным, по сравнению с окислительным, так как он основан не на трансформации органических веществ, а на их извлечении из воды.

Из известных сорбентов наиболее эффективны — активные угли. Они хорошо сорбируют фенолы, полициклические ароматические углеводороды, в том числе канцерогенные, большинство нефтепродуктов, хлор- и фосфорорганические пестициды, и многие другие органические загрязнения. Однако и сорбцию на активных углях нельзя рассматривать в качестве универсального средства очистки воды от органических соединений. Так, имеются вещества, которые ими не задерживаются (например, органические амины) или задерживаются плохо (например, синтетические поверхностно-активные вещества).

Принцип работы

Фильтрация

Сорбционный метод очистки сточных вод предполагает удаление загрязнений из жидкости путем их поглощения поверхностью либо объемом твердого тела. Для этого в фильтрующий элемент (напорный либо без напорный) помещают специальные материалы с высоким коэффициентом поглощения. В работе фильтра используется принцип диффузии загрязняющих веществ через пленку, которая образуется на частицах адсорбирующего вещества. После этого поглощение загрязнителей продолжается с интенсивностью, которая зависит от используемого вещества, то есть размера его молекул.

Установка сорбционной очистки эффективно поглощает загрязнители в случае, когда концентрация загрязняющих веществ невелика. Поэтому фильтры используют только на предприятиях, где мало загрязнителей либо в комплексе с другими системами, которые понижают их концентрацию.

Во время процесса фильтрации вода проходит через корпус фильтра с загруженным внутрь фильтрующим материалом в направлении сверху вниз, затем отфильтрованная вода выходит через нижнюю распределительную систему либо поднимается по водоподъёмной трубе и выходит через клапан автоматической промывки, установленный в верхней части корпуса фильтра.

Высота фильтрующего слоя влияет на периодичность промывки станции обезжелезивания воды и обычно занимает 70% объёма корпуса фильтра. При движении воды, содержащей взвешенные частицы, через загрузку засыпного фильтра последние задерживаются, и вода осветляется. Одновременно в толщине загрузки накапливаются загрязнения, вследствие чего уменьшается свободный объём пор, увеличивается гидравлическое сопротивление загрузки. Возрастание гидравлического сопротивления приводит к росту потери напора в загрузке, который составляет порядка 0,2 — 1,0 бар.

Удаление примесей из воды и их задержание на частицах фильтрующей загрузки происходит под действием сил адгезии. Осадок, накапливающийся в слое загрузки из задержанных примесей, имеет весьма непрочную структуру. Под влиянием гидродинамических сил потока эта структура разрушается, и некоторая часть ранее прилипших частиц отрывается от частиц загрузки в виде мелких хлопьев и переносится в последующие слои загрузки (суффозия), где вновь задерживается в поровых каналах фильтрующего материала. Тем самым, осветление воды в фильтрующей загрузке следует рассматривать как суммарный результат двух противоположных процессов: процесса адгезии и процесса суффозии. Осветление воды в каждом слое загрузки происходит до тех пор, пока интенсивность прилипания частиц превышает интенсивность их отрыва. По мере накопления осадка интенсивность отрыва частиц увеличивается, и явление отрыва ранее прилипших частиц проявляется более заметно. Значимость слоев загрузки, расположенных первыми к потоку исходной воды, в осветлении уменьшается, и нагрузка переходит на нижние слои. После продолжительной работы фильтра насыщение этих слоев осадком становится предельным, и они перестают осветлять воду, поэтому происходит необходимость промывки фильтра. Усреднённая грязеемкость фильтрующего материала составляет 1 грамм / 1 литр.

Режим регенерации фильтрующей загрузки

Недостатком применения угольных фильтров является необходимость замены или регенерации активированного угля, которая может производиться следующими методами: химическим, термическим. Химический метод предусматривает предварительную обработку угля острым паром, а затем щелочью. Метод сложный, трудоемкий и недостаточно эффективный, так как не восстанавливает сорбционную способность материала полностью. Термический метод заключается в выжигании адсорбированных органических соединений в специальных печах при температуре 800 — 900 °С.

При фильтрации через активированный уголь более 1-3 недель (в зависимости от типа, фракции, давления и пр.), появляются «гидравлические каналы» с крайне низкой плотностью зернистой загрузки, что приводит к значительно большей скорости фильтрации через данный гидравлический канал, и, следовательно, большему расходу. Зачастую гидравлические каналы образуются у стенки корпуса напорного фильтра. При фильтрации исходной воды через образовавшиеся гидравлические каналы скорость фильтрации, значительно превышает рекомендуемую — 12 м/ч, что не позволяет задержать, находящиеся в воде загрязнения.

Для предотвращения образований «гидравлических каналов» периодически проводиться регенерация зернистой загрузки.
Регенерация осуществляется путем переключения клапана управления, или системы клапанов так, что направление потоков воды меняется и открывается выход промывной воды в дренажную линию.

Первым этапом промывки засыпного фильтра является обратная промывка, при которой вода двигается со скоростью порядка 20,0 м/ч снизу вверх, поднимая и взвешивая фильтрующую загрузку в свободную от загрузки часть корпуса фильтра. Частицы расширившейся фильтрующей загрузки, хаотично двигаясь, соударяются друг с другом, при этом налипшие на них загрязнения оттираются, попадая в промывную воду, и удаляются вместе с ней в дренаж.

После основной обратной промывки идёт второй этап, прямой промывки, которая необходима для укладывания фильтрующего материала, и подготовка фильтра к подаче очищенной воды. В режиме прямой промывки вода поступает, как и в режиме фильтрации сверху вниз, но промывная вода также сбрасывается в дренаж. Время обратной промывки одного фильтра составляет порядка 10 — 20 минут, прямой не более 10 минут.