Таблица 2

Характеристика активных углей

9. Использование дешевых сорбентов и отходов

Идея о применении дешевых углеродных, органических и минеральных сорбентов, а также различного типа отходов для очистки воды всегда актуальна из-за низкой рентабельности систем очистки сточных вод.

Небольшие количества углеродных сорбентов изготавливают из бытовых и промышленных отходов. Метод их получения, в общем, аналогичен производству крупносерийных сорбентов и включает карбонизацию и активацию сырья, хотя технология значительно упрощена. Чрезвычайно дешевое сырье (старые шины, сельскохозяйственные отходы, глина) позволяет получать сорбенты для однократного применения. Резину карбонизуют, измельчают, смешивают с гипсом, растворимым стеклом и водой, гранулируют и сушат, а карбонизованные кочерыжки измельчают и добавляют при флотационной очистке стоков от СПАВ.

Своеобразное решение проблемы сорбционной предочистки высоко концентрированных сточных вод — использование АУ уже отработанных в основном производстве. В фармацевтической промышленности отработанный уголь ОУ-А (0,2 – 1 т/сут) способен извлекать 60 – 82% органических загрязнении из стоков.

Эффективными углеродными сорбентами являются кокс и отходы его производства (пыль, полукокс, некондиционный продукт, шлаки). Емкость таких сорбентов сравнительно невелика (0,1 – 10 мг/г), но низкая стоимость делает рентабельным использование их для очистки воды.

Некоторые виды буроугольного кокса (БК) крупностью 2 – 7 мм, являются высокоэффективными сорбентами для извлечения органических загрязнений из воды. Так, при очистке сточных вод обогатительной фабрики от катионного деэмульгатора (и мг/дм3) сорбционная способность БК угля АГ-3 совпадает. На БК также можно обесцвечивать сточные воды текстильных предприятий. В динамически условиях обесцвечивание воды дает в 3 – 6 раз больший эффект, чем в статических.

БК может очищать и обесцвечивать иловую воду, образующуюся при тепловой обработке осадков, ХПК которых 20 г/дм3, а темно-бурая окраска требует 1500 – 3000-кратного разбавления перед сбросом. Возврат этих вод на биологическую очистку увеличивает объем аэротенков на 15%. Сравнение адсорбционных характеристик БК и угля АГ-3 при очистке иловой воды показало, что с учетом низкой стоимости БК его применение целесообразно на небольших установках, где отработанный сорбент выгодно не регенерировать, а сжигать, так как емкость его в 3 – 5 раз ниже, чем АГ-3, но стоимость ниже в 10 – 15 раз.

Топливные шлаки без какой-либо дополнительной обработки можно применять в качестве сорбентов. Фильтрование сточных вод через загрузку из шлаков позволяет снижать ХПК промышленных стоков после БХО от 90 – 100 до 18 – 20 мг/дм3.

В доочистке сточных вод можно непосредственно использовать ископаемые угли без какой-либо обработки. Сорбционная способность ископаемых углеродсодержащих материалов падает с увеличением степени их метаморфизма. Поэтому обычно сорбционная способность уменьшается в последовательности: торф – бурый уголь – каменный уголь – антрацит. В районах добычи торфа его можно с успехом использовать для удаления красителей и СПАВ из сточных вод предприятий текстильной промышленности. Сорбционная емкость его по СПАВ типа НП-1 и ОП-10 достигает 70 – 150 мг/г.

С развитием нефтяной и нефтеперерабатывающей промышленности возникла проблема защиты рек, озер и морей от загрязнения нефтепродуктами. В результате аварий и мойки танкеров, а также при перегрузке и очистке их в моря и океаны попадает примерно 2 млн. т нефти в год. Поэтому задача очистки природных и сточных вод от нефтепродуктов приобрела большое значение и выделилась в особую проблему. Только отработанный моющий раствор на танкере после его предварительной очистки содержит 20 – 100 мг/л нефтепродуктов, а при нарушении технологического режима – значительно больше. При аварийных загрязнениях нефтью больших акваторий Мирового океана ликвидация их невозможна без применения дешевых сорбентов.

Сорбционные методы очистки воды от нефтепродуктов в данном случае развиваются в трех направлениях:

- распределение тонкодисперсных материалов на большой поверхности воды (моря) с последующим их сбором;

- обработка загрязненных поверхностей воды фиксированными сорбционными материалами вне судна или установки;

- очистка в специальных установках (судах) поверхностных трюмных и сточных вод.

Тонкодисперсный плавающий сорбент равномерно распределяют по поверхности воды с судов и самолетов. По истечении времени, необходимо для насыщения сорбента нефтепродуктами (0,1 – 0,3 г/г), его собирают специально приспособленными судами. Повторно использовать сорбент, как правило, не удается, поэтому применяют только дешевые материалы: цементный порошок с объемной массой ~1 г/см3 и пористостью 30 – 90%, сорбирующий нефть от 100 до 300 мг/г; предварительно вспененные порошкообразные перлит и вермикулит, пропитанные при 90ºС катионными СПАВ (с галогенными и фосфатными группами; тонкоразмолотые древесные опилки, пропитанные парафинами; кусочки гидрофобных пористых синтетических полимеров; тонкодисперсные отходы горнодобывающей промышленности и переработки минерального сырья, связанные глиной или жидким стеклом в частицы с пористостью до 70%.

При очистке от нефтепродуктов ограниченной водной поверхности изготавливают крупные блоки или маты, содержащие сорбент, и специально крепят их вне судна. Обычно в качестве сорбента используют волокнистые материалы с развитой поверхностью, способные вызвать коалесценцию мелких капель нефти. Маты из сухой травы и соломы, пряжи, тканей, пропитанных для придания механической прочности и гидрофобности расплавом синтетических смол или эмульсиями латекса, пригодны для однократной очистки поверхности воды.

Природные материалы (глины, цеолиты) также используют для очистки сточных вод от СПАВ, красителей, ядохимикатов и других органических примесей. Кинетика сорбции СПАВ на природных цеолитах и глинах требует длительного (до 30 мин) контакта их с водой.

Наибольшее распространение природные неуглеродные сорбенты получили для обесцвечивания воды. Катионные красители, широко применяемые для окраски текстиля, как правило, биохимически неокисляемы и присутствуют в стоках в концентрации до 30 – 50 мг/дм3.

Природные материалы и взвешенные в воде вещества (торф, глины, гумус, бентониты, почва) часто независимо от состава представляют собой хорошие сорбенты для труднорастворимых хлорорганических ядохимикатов. В частности, почва с размером частиц 50 – 80 мм сорбирует до 70% пестицидов любого состава. Гранулированные суглинки, используемые для доочистки сточных вод (Э = 90 – 99%), способны восстанавливать свою сорбционную способность при длительном (~ 120 сут) отстаивании. [6]

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Органические вещества, образующиеся в водоемах или попадающие в них из окружающей следы, ухудшают ее органолептические показатели – цветность, запах, вкус. Поэтому проблема полной очистки воды от растворенных в ней органических веществ является одной из наиболее важных и одновременно трудно решаемых. Несмотря на огромное число отечественных и зарубежных разработок, данную проблему нельзя считать решенной. Причин этому несколько. Во-первых, многообразие систем по химическому составу и условиям образования и существования требует проведения индивидуальных исследований для каждого конкретного случая, что не всегда возможно. Во-вторых, технология достаточно полной очистки воды, как правило, диктует соблюдение особых условий, которые трудно выполнимы на практике. В-третьих, многие эффективные способы глубокой очистки сопряжены с большими экономическими и ресурсными затратами, использованием дефицитных реагентов с последующей их регенерацией, утилизацией или захоронением отходов. Для очистки больших объемов воды эффективнее используется адсорбционный метод.