ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Активные угли. Методы получения и свойства из "Сорбционная очистка воды" Сорбция из водных растворов. [c.3] Вопросам охраны окружающей среды уделяется постоянное внимание. Огромные средства выделяются на развитие водного хозяйства и очистку сточных вод промышленных предприятий и городов, на разработку новых более эффективных методов очистки воды. Один из наиболее перспективных методов глубокой очистки природных и сточных вод — сорбция на активных углях и других материалах, позволяющая снизить содержание в воде консервативных биологически неокисляемых органических веществ практически до любой концентрации. [c.4] Применение сорбции для глубокой очистки сточных вод химической, нефтехимической и родственных отраслей промышленности приобретает в настоящее время все большее распространение. Во многих случаях без этого метода невозможно выдержать санитарные требования по сохранению чистоты водоемов или технические условия на качество воды при повторном использовании сточных вод в замкнутых системах водного хозяйства промышленности. Очистка воды на высококачественных сорбентах по экономическим соображениям практически неосуществима без регенерации материалов поэтому последняя во многих случаях является неотъемлемой частью технологии. [c.4] Определенный опыт исследований и эксплуатации систем сорбционной очистки воды и регенерации сорбентов, а также все расширяющее применение данного метода вызвали необходимость в систематизации имеющихся данных, чему и посвящена данная книга. В ней обобщен опыт, накопленный во ВНИИ ВОДГЕО и ряде других организаций, а также за рубежом. Наибольшее внимание в книге уделено вопросам очистки и доочистки природных и сточных вод на активных углях от токсичных органических загрязнений наравне с технологией регенерации углей. [c.4] Автор выражает благодарность проф. Н. А. Лукиных и проф. И. Д. Родзилеру за ценные замечания, сделанные при рецензировании книги, а также сотрудникам Лаборатории глубокой очистки промышленных сточных вод Т. Н. Прибыловой и Г. М. Евсюковой, оказавшим большую помощь в подготовке и обработке материалов. [c.4] Увеличивающиеся масштабы производства и повышение требований к качеству воды диктуют поиск все более эффективных способов удаления загрязнений из природных и сточных вод, возврата очищенных стоков для повторного использования. Среди методов, успешно применяющихся для решения этой задачи, сорбционная очистка воды является одним из наиболее эффективных. К преимуществам сорбционного метода относятся возможность удаления загрязнений чрезвычайно широкой природы практически до любой остаточной концентрации независимо от их химической устойчивости, отсутствие вторичных загрязнений и управляемость процессом. [c.5] История применения сорбентов связана с микропористыми углеродными материалами — активными углями. В решении проблемы защиты окружающей среды активным углям (АУ) принадлежит все возрастающая роль. Их применение обычно связано с проведением чередующихся процессов сорбции и регенерации, эффективность которых зависит от свойств АУ, видов загрязнений и технологии их использования. [c.5] Сорбенты — ив первую очередь АУ — весьма дорогие материалы, поэтому использование их для очистки воды без регенерации в большинстве случаев нереально по экономическим соображениям. Отсюда следует, что сорбционная очистка воды должна включать и узел регенерации сорбента. Однако методы регенерации сорбентов либо довольно сложны, либо недостаточно эффективны, чем и обусловлена высокая стоимость сорбционной очистки воды. [c.6] До недавнего времени, когда сорбционную обработку исполь зовали для локальной очистки воды с ограниченным содержанием преимущественно низкокипящих, летучих и химически активных примесей, сорбент регенерировали паром или растворами реагентов. Однако многокомпонентные примеси, находящиеся в общих стоках большинства предприятий и городов и извлекаемые из них АУ, не десорбируются столь простыми методами это вызвало необходимость применения термической регенерации в специальных печах. Последняя, хотя и является практически универсальным методом восстановления активности сорбентов, достаточно сложна. Все это обуславливает широкие поиски более эффективной и простой технологии регенерации углей и ее инженерного оформления. [c.6] Для сорбционной очистки воды используют множество материалов естественного и искусственного происхождения, однако, чаще других применяют АУ. Несмотря на интенсивные поиски заменителей, пока не удалось найти иного материала, который был бы столь эффективен в качестве сорбента, как АУ [1 2, с. 155]. В настоящее время для сорбции из водных растворов используют гранулированные (ГАУ) и порошкообразные (ПАУ) угли, а также углеродные волокна. [c.7] Гранулированные активные угли имеют размер частиц 0,07— 7 мм и могут самопроизвольно отделяться от воды и регенерирующей среды (рис. 1.1). В зависимости от размера пор ГАУ с успехом используют для извлечения из воды загрязнений с различным размером молекул, грубодисперсных примесей и смесей полидисперсного состава (бытовые сточные воды). К порошкообразным активным углям относятся углеродные сорбенты с )азмером частиц менее 0,07—0,12 мм. Основные преимущества ТАУ — относительно низкая стоимость и хорошая кинетика сорбции, а значительная площадь внешней поверхности ПАУ обуславливает эффективную сорбцию макромолекул красителей, белков, жиров и др. [c.7] Активные угли — это пористые твердые тела, пустоты которых соединены между собой так, что структура их напоминает структуру древесины. В зависимости от условий формирования все АУ обладают моно- или полидисперсной структурой. Они состоят из множества беспорядочно расположенных микрокри сталлов графита, образовавшихся в результате сочетания углеродных атомов при нагреве углеродсодержащего сырья. Размеры этих кристаллов составляют 1,8—2,6 нм в диаметре и 0,7—1 нм по высоте. [c.7] В настоящее время производство АУ является крупной отраслью промышленности. Только США выпускают 90 марок углей, площадь поверхности которых колеблется в пределах 450—1800 м /г, а их производством занято 58 фирм. В СССР серийно выпускается более 30 марок АУ. В 1965 г. в США выпущено 70 тыс. т АУ, из них 22 тыс. т — для обработки воды, а в 1977 г. — только для обработки воды 72 тыс. т на сумму 85 млн. долл., при росте производства 5—7% в год [5]. [c.8] В отечественной и зарубежной практике очистки высоко- и малозагрязненных природных и сточных вод наблюдается устойчивая тенденция к преимущественному использованию прочных АУ промышленного изготовления, обладающих высокой сорбционной емкостью при этом организуется выпуск сорбентов специально для очистки воды [яп. пат. 52-111491 6—8]. [c.8] Исходным сырьем для производства АУ может служить практически любой углеродсодержащий материал уголь, древесина, полимеры, отходы пищевой, целлюлозно-бумажной и других отраслей промышленности. Обычно изготовление АУ состоит из двух этапов карбонизация сырья и активация полупродукта. [c.8] Предварительно размолотое и отсортированное сырье обычно карбонизуют в барабанных печах без доступа воздуха. В этом процессе выделяются летучие соединения, материал уплотняется п приобретает прочность одновременно образуется первичная макропористая структура, определяющая реакционные свойства в последующей стадии активации. Во избежание образования непрочного высокопористого продукта сырье, склонное к спеканию, размягчению и вспучиванию, нагревают медленно. Каждый вид сырья требует своих условий карбонизации, но обычно температура карбонизации составляет 700—800 °С. Чем выше эта температура, тем больше уплотняется материал и повышается прочность АУ, но уменьшается объем пор и его реакционная способность. [c.9] Активация — наиболее сложная и ответственная стадия в процессе получения АУ как правило, ей сопутствует большой расход реагентов, топлива, электроэнергии кроме того, приходится иметь дело с дорогостоящим оборудованием. На стадии активации при нагревании происходит выборочное разрыхление и окисление карбонизата или сырца, в результате чего возникает определенная пористая структура АУ. Активирующими агентами могут быть кислород, водяной пар, углекислый и сернистый газы [яп. пат. 52-111491 9, 10], а также такие неорганические соединения, как хлориды цинка и кальция, сульфат, сульфид или карбонат калия, различные фосфаты. По окончании активации неорганические активирующие добавки вымывают из продукта. [c.9] Несмотря на высокую энергетическую эффективность активации углерода кислородом воздуха, на практике этот процесс используют редко. Реакции окисления углерода до СО и СОа, лежащие в основе активации такого рода, — высоко экзотер-мичны (226 и 384 кДж/моль) и с трудом поддаются управлению, что приводит к неравномерному, в основном поверхностному, обгару сырья. Активирование кислородом воздуха дает удовлетворительные результаты при 350—450 С [9] при более высоких температурах получаются лишь малоактивные макропористые сорбенты. [c.9] Основой вещества АУ служит углерод, составляющий в угле СКТ 87%, а в КАД-иодном — 96,3%. Неуглеродную часть материала углей составляют окислы металлов и кремния, а также азот- и серусодержащие группы. Наименьшую зольность имеют угли из древесного сырья БАУ — 3,1%, ОУ-Б — 0,7% это позволяет использовать их для очистки конденсата ТЭЦ. Зола большей части углей примерно наполовину состоит из двуокиси кремния. [c.11] Вернуться к основной статье