1608132 - Способ очистки сточных вод от органических веществ

Способ очистки сточных вод от органических веществ

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к обработке природных и сточных вод, в частности к очистке от органических загрязнений адсорбентами. Целью изобретения является увеличение объема очищенных вод при сохранении высокой степени очистки за счет увеличения динамической адсорбционной емкости сорбента и упрощения процесса регенерации адсорбента при повышении степени его регенерации. Для осуществления способа фильтрование воды ведут последовательно через слой керамзита, модифицированного 9-12 мас.% оксида переходного металла, и слой активного угля, модифицированного 4-7 мас.% оксида переходного металла, а регенерацию отработанного сорбента ведут в две стадии, на первой - через слой активного угля пропускают газ-теплоноситель, не содержащий кислород, а на второй - газ-теплоноситель, содержащий 4-6% об.кислорода. Газы, выходящие из слоя активного угля на каждой стадии регенерации, смешивают с воздухом в объемном соотношении 1:2-1:3 и полученную смесь подают на регенерацию керамзита. Способ позволяет 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 сокращения продуктов неполного окисления адсорбированных летучих веществ и предотвращения избыточного, пожароопасного разогрева активного угля при достижении высокой степени регенерации / @ 100%/. 7 табл.

12 А1

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (g1)g С 02 F 1/28

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АBTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (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.M.Êîràíoâñêèé, Л.Н.Луговая, М,Н.Тимошенко, P.Ë.Êàíèíñêàÿ, В.И.Кофанов и Ю.С.Ермаков (53) 663.632.8(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 806103, кл. С 02 F 1/28, 1980, (54) СПОСОБ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ

ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ (57) Изобретение относится к обработке природных и сточных вод, в частности к очистке от органических загрязнений адсорбентами, Целью изобретения является увеличение объема очищенных вод при сохранении высокой степени очистки за счет увеличения динамической адсорбционной емкости сорбента и упрощения процесса регенерации адсорбента при повышении степени его регенерации. Для осуществления способа фильтрование воды ведут последовательно через слой керамзита, Изобретение относится к обработке природных и сточных вод, в частности к очистке от органических загрязнений с помощью гранулированных или дробленых адсорбентов, и может быть использовано для очистки промышленных сточных и природных вод.

Цель изобретения вЂ” увеличение объема очищенных вод при сохранении высокой степени очистки за счет увеличе2 модифицированного 9-12 мас.7. оксида переходного металла, и слой активного угля, модифицированного 4-7 мас.Х, оксида переходного металла, а регенерацию отработанного сорбента ведут в две стадии, на первой вЂ” через слой активного угля пропускают газ-теплоноситель, не содержаший кислород, а на второй вЂ” газ-теплоноситель, содержащий 4-6 об.X кислорода. Газы, выходящие из слоя активного угля на каждой стадии регенерации; смешивают с воздухом в объемном соотношении

1:2-1:3 и полученную смесь подают на регенерацию керамзита. Способ позволяет 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 сокращения продуктов неполного окисления адсорбированных летучих веществ и предотвращения избыточного, пожароопасного разогрева активного угля при достижении высокой степени регенерации (1007). 7 табл. ния динамической емкости адсорбента и упрощения процесса регенерации при помощи степени регенерации сорбента.

Для осуществления способа процесс фильтрования очищаемых вод ведут пос- 1. ледовательно через слой керамзита, модифицированного 9-12 мас.7. оксида переходного металла, и затем через слой активного угля, модифицированного

4-7 мас.7. оксида переходного металла.

> 1608132

"1 fE отражено распределение BHсоко-- и низкомолекулярных загрязнений, ядсорбированных модифиц 1рова.Иными к. .-рамзитовой (0,.3 м) и ггольной (0,3 м) фракциями ацсорбента.

Кяк с.ледует из данных табл: 1 и

2, предлагаемый способ обеспе--1ивяет увеличение коли«ес.вя очищенной воцы двухкомпонентным сорсб>с>> том по срав-нению с суммярчым количеством Очище "

НОЙ ВОДЫ ОТДЕЛЬНО ЯКТ!1ННЬН1 УГЛЕМ И модифицированным кера11зитом, Тяic,. при очистке природных вод се1оем модифицированного керамзита длиной

0,5 м по ХПК проскока 20 мг/л г<олучено 3 л воды, слоем модифицирога>п1ого активного угпя ЛГ--3 вЂ” 11.5 л очищенной воды. При предлагаемом порядке фильтрования получено 25 .IT очи>це11ной водь. с ХПК 20 мг,/л (табл„1) .

В качестве оксида переходного металла используют оксиды 1 е, Сс1, Сг и Со.

Фильтрование проводят до появления в фильтрате после угольного слоя прос- „

5 коковой концентрации загрязнений. ПосJIc этОГО вОду из фильтра сливают и осущес являют регенерацию в две стадии в том же аппарате. Для этого ня первой стадии в слой активного угля поI U дают газ-теплоноситель, например продукты сжигания газообразного топлива, не содержащие свсбодного кислорода с температурой 300-350 С, которь1е на выходе из слоя угля смешивают с воз-! духом при объемных соотношениях 1:2"

1:3, нагретым до той же температуры

300-350 С, и пол> че1111ую кислородсОцер о жащу1о смесь подают в слой керамзита.

Процесс ведут до тех пор, пока темпе-- 20 ратура всего слоя угля «е достигнет температуры регенерации 300-.350 С.

Температуру в слое угля и керамзитя контролируют термопарами. Ня второй стадии в слой активного угля подают 25 газ-теплоноситель при 300-350 С„ содержащий 4-5 o5.% кислорода, который на выходе из угля также смешивают с горячим воздухом. Процесс ведут до тех пор, пока содержание кислорода в газе на вь>ходе из слоя керамзита не будет равным его количеству на входе в слой керамзита,:

Эксперимент по очистке проводят на примере природных вод с исходным

„ значением ХПК 40 мг/л и сточных вод трикотажной фабрики с исходным значением ХПК 500 мг/л, результаты которого представлены в табл, 1. В табл.2

Обеспечивается преимущественная адсорбцHH высокомолекулярных веществ ня керямзитовой фракции адсорбента (типа водного гумуса, красителей и цр. веществ, нелетучих с водяным паром}, вследствие чего на угольную фракцию попадают в основном низкомолекулярные вещества, хорошо поглощаемые микропористой структурой активного угля, и летучие с водяным паром при температурах ниже температуры регенерации. Так, при очистке модельной воды, содержащей 940 мг/л фенола и 105 мг/л красителя прямого алого, до концентрации проскока по фенолу 9,4 мг/л краситель и фенол

plIcITpegeJIsIIcтся слс дующим Образом. керяь,=.HI nil адсорбировано 86,3% всего поглощенного красителя, активным угвЂ” лем ядсорбировано 13,7% количества красителя и . 9,9% фенола (табл. 2) .

Достигаемое распределение высокомолекулярных и низкомолекулярных веществ при предлагаемом порядке фильтроьания позволяет уменьшить ня 60-87% нагрузку по высокомолекулярным веществам на активный уголь, что неОбходимо цля уменьшения тепловыделе11ия Ilpli GKHoëolièH адсорбированных веществ в процессе регенерации.

Режим регенерации обеспечивает ва первой стадии высушивание активного угля и нагрев его до температуры регенерации ы процессе сушки. Поскольку Газ-теплоноситель„ подаваемый на этой с-:ядии,, пе содержит кислорода, создаются условия для удаления из активного угля соединений, летучих лри тсгмперятуре ниже температуры

peIeFIepBпии, и соединений, летучих

Bog sIH1 tv Г::.яром, О бр аз уlрщимся lip H сушке FIJIÿ. Причем этот процесс не сопровож тяется вь1целением тепла, тяк кяк в газе-теплоносителе отсутсттвует кислород, а процесс испарения воды вЂ” э .:,дотермичсскт й. Поэтому активный уго.-п, нагревается до температуры

1 -зя- " .1лонссителя. аз--теллоноситсл, загрязненный летучими органическими веществами после ыы-:с>дя из слоя угля, смешиваясь с воздухом, обога1цается кислородом, благодаря чему создаются условия для полного каталитического окисJTåíHÿ летучих орган> ческих веществ слое моци1 >ипиро>1янного керямзита.

Отсутств. газе., выхоцящем из слоя кегямзитB,, оргя11ических веществ под1608132 тверждается данными хроматографических измерений, приведенных в табл. 3.

Благодаря разделению процесса регенерации на стадии к началу второй стадии на активном угле остается лишь незначительное количество летучих

,низкомолекулярных веществ, окисление

,которых на этой стадии достигается при подаче кислородсодержащей газовой смеси, а незначительное тепловыделение при этом не приводит к перегревам угля. Продукты неполного окисления, которые могут образоваться на второй стадии регенерации после смешения газа-теплоносителя с воздухом окисляются в слое керамзита.

Осуществление процесса регенерации

I в две стадии по сравнению с односта/ дийным процессом позволяет снизить температуру в слое адсорбента с 750 д

400 С, что предотвращает возгорание активного угля. Влияние количества переходного металла для формирования адсорбционной емкости керамзитового и угольного слоев, а также для процесса регенерации обоих компонентов адсорбента показано в табл. 4, Нижний предел содержания оксида железа s активном угле 5 мас. ограничен необходимостью обеспечения полной регенерации. зк, при содержании оксида железа 3 мас,Х .òåïåíü регенерации активного угля после адсорбции красителя прямого алого уменьшается до 967 в первом цикле. Уменьшение динамической адсорбцио 1ой емкости угля продолжается и в последующих циклах. Верхнее значение количества оксида железа в угле 7 мас. определяется воэможностью его осаждения в порах активного угля. (Значение содержания оксида железа на керамзите 12 мас.% определяется возможностью осаждения на поверхности. Нижний предел содержания оксида железа на керамзите 9 мас. ограничен необходимой величиной адсорбционной емкости керамзитовой фракции адсорбента. Адсорбционная емкость ке.рамзитовой фракции пропорциональна содержанию оксида железа (керамзит; не содержащий оксида железа не является адсорбентом) .

При содержании кис.-орода в газетеплоносителе 4-6 об.% и температурах о

300-350 С достигает;.л полное восстановление адсорбционной емкости актив- ного угля. Зто годтверждают данные табл. 5, в которой на примере адспрбции фенола и красителя прямого алого-показано, что при содержании кислорода в газе-теплоносителе 3 об.7 (ниже предлагаемого предела) в диапазоне температур 300-400 С степень регенерации составляет 83-927. для фенола и

48-567 для красителя. Это происходит вследствие того,что значительная часть подаваемого кислорода расходуется на окисление угля. При содержании кислорода в количестве 7 об.7. резко возрастают потери угля уже при 300 С, о

15 что и ограничивает содержание кислорода в газовой смеси 6 об.7.

Нижний предел температуры проведе ния регенерации 300 С связан с начао лом проявления каталитического дей20 ствия оксидов переходных металлов в реакциях полного окисления органических веществ. При температуре ниже

300 С не достигается полного восстао новления адсорбционной емкости актив25 ного угля. Например, при содержании кислорода 6 об.7. проведение процесса регенерации при 280 С обеспечивает степень регенерации активного угля после адсорбции красителя 557.. Верх30 ний предел температуры регенерации о

350 С ограничен тем, что при нем достигается полное восстановление адсорбционной емкости адсорбента.

Увелиение температуры приводит к непро35 изводительным потерям угля до 107..

Предлагаемое соотношение газ-теплоноситель:воздух 1:1-1:3 в смеси, поступающей на керамзит на обеих стадиях регенерации, обеспечивает

40 необходимую концентрацию кислорода

14-16 об.7. для полного окисления адсорбированных веществ. При соотноношении газ-теплоноситель:воздух ниже предлагаемого предела (1:1), т.е.

45 .при получении смеси с содержанием кислорода 107., не достигается полное окисление органических веществ и поэтому не предотвращается загрязнение продуктами их неполного окисления отходящих газов. Достижение соотношения газ-теплоноситель:воздух выше предлагаемого (1:4), т.е. получение,. газовой смеси с содержанием кислорода

17-207 неэкономично, так как требуется дополнительная тепловая энергия для нагрева большего количества воздуха.

В качестве модификаторов керамзита могут быть использованы оксиды

1Ь08132 хрома, меди и кобальта. В табл. 6 приведены величины динамических адсорбционных емкостей керамзита, модифицированного этими оксидами и оксидом железа при очистке сточной воды от красителя прямого алого фильтрованием через слой ссрбента длиной 0,4 м.

B табл. 7 приведены характеристики каталитической активности оксидов железа, хрома, меди и кобальта в реакции полного окисления гексана при 300-400 С, а также при запредельных значениях. 15

Пример . Для проведения процесса очистки природных и сточных вод готовят адсорбент, состоящий из

25 г активного угля 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.

Для приготовления модифицированных керамзита и активного угля, каж- 25 ,цый из них заливают 500 мл раствора сульфата железа закисного с концентрацией 200 г/л. После выдерживания в течение 0,5 ч керамзита в растворе раствор выпаривают, затем прибавляют

200 мл 12%-ного водного раствора аммиака, После вшдерживания в течение

1 ч раствор сливают и прогревают в тоо ке воздуха в течение 2 ч при 350 С.

Скорость подачи воздуха составляет

53 м /м . ч.

После выдерживания активного угля в растворе сульфата железа в течение

1Р ч раствор сливают. После добавле-.

12%-ного раствора аммиака, выдерживания в нем угля в течение

1 ч раствор сливают, а уголь высушивают и прогревают в токе азото-киспородной смЕси с содержанием кислорода

5 об,%. Время прогрева угля составля- „ ет 3 ч, температура прогрева 350 С, расход азото-кислородной смеси

53 м /м iч. Полученный адсорбент загружают в колонку, через которую фильтруют очищаемую воду.

Пример 2. Через адсорбционную колонку, загруженную 20 г модифицированного керамзита и 25 г модифицированного активного угля 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 составляет 40 мг/л. Двухкомпонентным адсорбентом 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 угля подают газовую смесь следующего соСтава, об.%: N 80, Н 10, СО 10. За это время температура слоя угля достигает 350 С. Перед поступлением в слой керамзита газовая смесь обогащается кислородом за счет смешения с воздухом в соотношении 1:3. На второй стадии регенерации в слой угля подают смесь состава, об.%: N 75; О 6;

Н О 5; СО 15, в течение 5 ч, Перед поступлением в слой керамзита она также смешивается с воздухом в соотношении 1:2. Отходящие газы регенерации на обеих стадиях попадают в ловушку, о где при температуре -70 С вымораживают возможные органические вещества.

ХПК конденсата отходящих газов составляет 0 мг/л, Потери угля от обгара при регенерации составляет 0,5% от массы исходного активного угля. Степень регенерации при этом составляет 100%.

Пример 3. Через адсорбционную колонну, загруженную 20 r керамзита, модифицированного оксидом меди (10 мас.%) и 25 г активного угля 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 сорбентом поглощено 750 мг загрязнений, из них керамзитом 90 мг. Затем сорбент регенерируют по примеру 2. ХПК конденсата отходящих газов составляет 0 мг/л. Потери угля при регенерации 0,5%. Степень регенерации 100%.

Преимуществами предлагаемого способа по сравнению с известным являются повышение эффективности процесса адсорбции за счет увеличения динамической адсорбционной емкости в

1,3-1,7 раза, что достигается применением двухкомпонентного адсорбента, состоящего из керамзита и активного угля, модифицированных оксидами переходных металлов, повышение эффективности процесса регенерации адсор- . бентов за счет исключения попадания в абгазы продуктов неполного окисления адсорбированных веществ, что обеспечивается проведением процесса регенерации в две стадии в предлагаемых условиях, а также повышение

1608132!

О ют через керамзит.

Таблица 1

Количество очищенной воды до

ХПК проскока, л

Адсорбе нт

Сточные воды трикотажной фабрики (XIE рр. кер,.; ьит =

200 мг/л;

КПК яр,акт, ч го hb

40 мг/л) Вода водохранилища (ПК„, =

20 мг/л) 0,3

3,0

1,2

11,5

25 таблица 2

Профильт рован воды, Л

Адсорбировано керамаитом

Адсорбировано активным углем онцентрация осле слоя ерамзита, мг/л онцентраци осле слоя активного гля, мг/л кра фенолом г Х красителя раси- фенол еля раси- фена- мг ля ла

055 8 940 57 3 992 0 0 0 0 045 08 517 100

0,80 80,5 940 72,5 86,3 0 0 0 9,4 11,5 13,7 75! 99,8 пожаробезопасности процесса регенерации за счет исключения локальных перегревов активного угля, что повышает стабильность процесса. Надеж5 ность и стабильность процессов адсорбции и регенерации позволяют эффективно использовать предлагаемый способ при очистке природных и сточных вод многокомпонентного состава.

Формула и з обретения

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

Модифицированный керамзит (длина слоя 0,5 м)

Модифицированный активный уголь

АГ-3 (длина слоя 1 м)

Модифицированный керамзит + модифицированный активный уголь АГ-3 (длина слоя

1,5 м) степени очистки за счет увеличения динамической адсорбционной емкости сорбента и упрощения процесса регенерации при повышении степени регенерации сорбента, сточные воды фильтруют сначала через керамзит, модифипированный 9-12 мас.X оксида переходного металла, затем через активный уголь, модифицированный 4-7 мас.7 оксида переходного металла, а регенерацию отработанного сорбента ведут сначала пропусканием через активный уголь газа-теплоносителя с температурой 300-350 С и не содержащего кислорода, а затем газа-теплоносителя с той же температурой и содержащего

4-6 об.l кислорода, причем отходящие газы после смешения с воздухом в объемном соотношении 1:2-3 пропуска12

1608132

Таблица 3

Двухстадийная регенерация*

Одностадийная регенерация

Адсорбат

Адсор бировано активным углем, мг ХПК/г

Вторая стадия

Первая стадия

Десорбировано в абгазы иэ

Лу, мг ХПК/г

Повышение температуры в слое

Ау над темпе ратурой теплоносителя,, С

Десорбировано в абгаэы иэ Лу, мг ХПК/г

ХПК абга"

Повышение

Повышение темДесорбировано в абгаэы из Ау, мг ХПК/г температуры в слое Ау над темпе ратурой теплоноси теля, С эов после керамзита, мг/л пер атуры в слое

Ау над температурой теппоноснтеля, ОС

0 0,4 50

0 0,03 60

400 340

100 18

Фе кол 370

ОП-10 46,3

О,!4 о

* Температура газа-теплоносителя при регенерации составляет 350 С, Та блица 4

Показатели свойств при

Свойства

4 содержании оксида железа в керамзите, мас.X содержании оксида железа в активном угле, мас.7

Г Г

500 440 420 370

46„3 46,3 46,3 46,3 прямого алого

Динамическая адсорбционная емкость по фенолу, мг ХПК/г

Динамическая адсорбционная емкость по

ОП-10 ХПК/г

Динамическая адсорбционная емкость по красителю прямому алому, мг ХПК/г 0

Динамическая адсорбционная емкость по водному гумусу, мг ХПК/г 0

Степень регенерации адсорбента в первом цикле после адсорбции, Е: фенола

ОП-10

1LI

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 90,0 97,1 99,9 100

100 100 100 82,-,1 96,4 99,9 100

100 100 100 73,,2 96,0 99,9 100

1608132

Та блица 5!

Содержание кисТемпература регенерации, С

Потери активОстаток

Степень регенерации после адсорбции кислорода после лорода, об.Е ного фенола, 7. угля, мас.7 окисления угля, 7 прямого алого, 7

Исчерпан весь кислород в газе-теплоносителе.

Таблица б

Модификатор ке- Динамическая адрамзита сорбционная емкость> мг/г

1,1

4,6

3,9

4,3

Со Оз

СиО е ОЗ

Cr203

Нем одифициров анный керамзит

Таблица 7

Количество полностью окисленного

0 гексана, Е, при температуре, С

Модификатор керамзита (10 мас.7) 250 300, 350 400

99,8 100

99,9 100

100 100

98,4

98,7

100

Со О, СиО

Ре Оз

Cr. ОЭ

375*

0,15

0,17

0,20

0,17

0,21

0,70

1,44

3,09

0,18

0,20

0,70

1,45

3,11

0,19

0,95

3,10

10,0

2,10

1,95

0,00

3,68

3,07

2,67

2,21

0,38

5,88

5,85

5 33

4,43

2,59

6,08

6,86

6,20

100

99,9

100

Способ очистки сточных вод от органических веществ

Патент 1608132