3.5.6. Доочистка сточных вод на активированных углях

Под термином «доочистка» подразумеваются ме­тоды и процессы, дополняющие традиционные тех­нологические схемы очистки сточных вод данного состава. Вследствие широкого распространения био­химической очистки (БХО) общих потоков сточных вод обычно первичной очисткой считается механиче­ская, вторичной  биологическая, а третичной  доочистка. При этом в процессе доочистки возможна любая необходимая и достижимая степень удаления или деструкции загрязнений. Применение сорбции на активных углях (АУ) позволяет дополнительно после БХО извлечь из воды более 80 % оставшихся загрязняющих веществ.

Доочистка биохимически очищенных сточных вод на АУ, т.е. сочетание стадий БХО и сорбции, по­лучила значительно большее распространение, чем очистка сырых (исходных) стоков на АУ. Обусловле­но это следующими факторами:

• на большинстве объектов, где необходимо уве­личение глубины очистки сточных вод, уже сущест­вует БХО;

• перед сорбцией как заключительной операци­ей необходимо освободить сточную воду от макси­мального количества загрязнений с тем, чтобы сни­зить нагрузку на АУ, а БХО  один из самых деше­вых методов очистки воды;

• многие гидрофильные органические соедине­ния, эффективно окисляемые биохимическим путем, плохо сорбируются на АУ, наличие их в воде требует увеличения размеров адсорберов;

• состав биохимически очищенных сточных вод достаточно унифицирован, поэтому полученные ре­зультаты имеют универсальное значение в выборе способа доочистки биохимически очищенных сточ­ных вод.

При доочистке сточных вод менее вероятен про­скок несорбируемого загрязнения. Даже в хорошо очищенных с использованием БХО сточных водах остаются органические загрязнения, остаточная концентрация С которых не менее 50  120 мг/дм³ [по химическому потреблению кислорода (ХПК)], при этом устойчивая работа систем замкнутого во­доснабжения возможна, если в них подается вода с С < 10  12 мг/дм³. Это практически недостижи­мый для БХО уровень, и сорбционная доочистка возвращаемых стоков необходима. Органические вещества, остающиеся в сточной воде после ее дли­тельной биохимической очистки, относятся к кон­сервативным и в значительной степени к биологиче­ски неокисляемым.

Способность к биохимическому окислению, как известно, уменьшается с ростом молекулярной массы органического соединения; нормальные спирты и органические кислоты окисляются быстрее, чем дру­гие соединения с тем же числом атомов углерода. Среди ароматических соединений большая скорость у веществ с функциональными группами СН₃, ОН, СНО, СООН, а наличие групп Сl, CN, NH,, NO₂, SO₃H и С₆Н₅ приводит к снижению ско­рости окисления (наименьшая она у бензола). Абсо­лютно биохимически неокисляемые углеводороды в сточных водах нефтеперерабатывающих заводов сор­бируются на АУ.

Результаты исследований последних лет приво­дят к выводу, что состав сточных вод, прошедших БХО, в значительной мере одинаков для различных объектов. В результате БХО полностью разрушаются низкомолекулярные и хорошо растворимые органиче­ские соединения: алифатические спирты и кетоны, ки­слоты и углеводороды, т.е. именно те компоненты, ко­торые плохо сорбируются на АУ. При этом происхо­дит некоторая унификация состава сточных вод.

Органические примеси в воде после БХО  это в основном продукты жизнедеятельности активного ила (биопленки). После очистки производственных сточных вод в воде остаются продукты неполного окисления консервативных веществ и вообще не-окисляемые примеси, но это специфика промышлен­ных стоков. Городские сточные воды после БХО очень мало различаются.

При сорбционной доочистке сточных вод так же, как и в случае очистки, необходимо тщательное предварительное осветление воды для снижения на­грузки на сорбент. Глубокое осветление воды улуч­шает кинетику сорбции, значительно удлиняет срок службы АУ, облегчает его последующую регенера­цию. Рациональным считается предел снижения кон­центрации грубодисперсных примесей перед сорбци­ей до 10 мг/л. В подавляющем большинстве случаев для осветления биохимически очищенных сточных вод перед сорбцией используют крупнопористые (кварцевые) скорые фильтры. Микрофильтрование и флотация не дают столь надежного осветления во­ды перед сорбцией, хотя они могут быть использова­ны в случаях сорбции с расширенным или кипящим слоем АУ. При проведении сорбционной очистки важное значение имеют выбор сорбента, особенно­сти его производства и использования.

Производство любого сорбента, даже из отхо­дов,  особый технологический процесс, рента­бельность которого резко уменьшается при снижении производительности установок. На локальных очистных сооружениях, где расходуется 1  10 т сорбента в год и регенерация его нецелесообразна, можно использовать природные углеродные сор­бенты: торф, бурый уголь и кокс. Сорбционная ем­кость этих материалов в 3  10 раз ниже, чем у про­мышленных АУ, однако их низкая стоимость, дос­тупность и возможность дальнейшего использова­ния в качестве топлива позволяют широко приме­нять их как для предварительной очистки, так и для собственно очистки сточных вод.

Бурый уголь  ископаемый уголь наиболее низкой степени углефикации  переходная форма от торфа к каменному углю. Плотность органической массы 1,2  1,5 г/см³. Теплота сгорания горючей массы 22,6  31 МДж/кг (5400  7400 ккал/кг). Бурые угли делятся по влажности на технологические группы: Б1 (св. 40%), Б2 (30-40%) и Б3 (до 30%). Энергетическое топливо и химическое сырье. Главные бассейны расположены в Российской Федерации, Германии, Польше, Чехии, Австралии.

Кокс  твердый остаток, получаемый при коксовании природных топлив (главным образом каменного угля), а также некоторых нефтепродуктов, напр. гудрона. Содержит 91  99,5 % углерода. Каменноугольный кокс  топливо и восстановитель железной руды в производстве чугуна, нефтяной кокс  материал для изготовления электродов и коррозионноустойчивой аппаратуры, восстановитель при получении ферросплавов и др.

Торф успешно применяют для удаления из воды синтетических поверхностно-активных веществ (СПАВ), а кокс и бурый уголь  для обесфеноливания стоков коксохимических заводов. Различные сорта бурых и каменных углей служат для обесцве­чивания сточных вод текстильных и красильных предприятий.

Извлечение органических и неорганических за­грязнений при помощи природных углеродных мате­риалов (торфа, угля) во многом обусловлено хемосорбцией  взаимодействием сорбита с функцио­нальными группами, в значительном количестве на­ходящимися на поверхности сорбентов. Например, извлечение катионных флотоагентов происходит вследствие химического взаимодействия аминогрупп вещества с кислотными компонентами торфа.

Физико-химические и механические свойства АУ не всегда удовлетворяют современным технологиче­ским требованиям  они недостаточно прочны, ма­лоэффективны при извлечении полярных и диссо­циирующих молекул, а их регенерация возможна при условии соблюдения жестких требований. Поэтому ведется интенсивная работа по созданию синтетиче­ских сорбентов, лишенных недостатков АУ.

В последнее время для регенерации сорбентов на­чали использовать микроорганизмы, в том числе дрожжи рода Кандида и др. Суть этого метода за­ключается в промывании слоя сорбента водой, содер­жащей микроорганизмы, например дрожжи рода Кан­дида и бактерии рода Псевдомонас. Указанные микро­организмы, взаимодействуя с органическими загрязне­ниями, задержанными на поверхности сорбента, окис­ляют их и тем самым очищают поверхность сорбента.

Бактерии рода Псевдомонас  фитопатогенная грамотрицательная палочковидная бактерия с одним жгутиком. Вызывает бурое слизеточение, обморожения, повреждения плодов и пятнистость листьев. Псевдомонас сиреневый вызывает заболевания у большого числа растений.

Дрожжи рода Кандида  дрожжевые грибки, которые поражают слизистые оболочки пищеварительного тракта, мочеполовых путей, кожи, внутренние органы человека.