Сорбенти для очищення води: види, методи очищення, регенерація

Вплив антропогенного чинника на якість води

Людська діяльність погіршує якість води в природі, яку людина вживає. Розглянемо небезпечні для людського організму характеристики води.

Спершу слід відзначити зниження pH рівня прісної води. Сірчана й азотна кислоти збільшують кількість сульфатів і нітратів.

У підземних джерелах і ріках зростає концентрація іонів кремнію, кальцію і магнію. Це пов’язано з підкисленою дощами, краще розчиняють багато порід, включаючи карбонатні.

Сьогодні фіксують підвищену концентрацію амонійного азоту, фосфатів, нітритів і нітратів у природних джерелах води.

На людський організм негативно впливає ряд важких металів (ртуть, свинець, цинк, миш’як), які потрапляють разом з водою і не виводяться.

Вміст солі у водних джерелах щороку збільшується на 30-50 мг / л. Її джерела: повітря, стічні води і тверді відходи. За статистикою з 1 тис. Тонн міського сміття в землю змивається до 8 тонн солей.

Природна вода так само забруднена стійкими біологічними сполуками: токсини, синтетичні ПАР, мутагенні і канцерогенні речовини, пестициди і їх продукти розпаду.

Евтофікація водойм і мінералізація органіки потребують кисню. Він береться з води. Багато гідрофобні речовини ведуть до зниження концентрації корисного газу в водоймах. У його відсутності починають відбуватися відновні реакції. Прикладом може служити відновлення сірководню з сульфатів.

Над прісними джерелами висить загроза радіоактивного забруднення небезпечними ізотопами.

Методи сорбційної очистки води

Схема сорбційної очистки води
Зазначені вище показує: стічні води стали гетерогенної сумішшю з розчиненими і зваженими речовинами різного походження, які можуть окислюватися.

Як показує практика водоочищення, використання сорбіту ефективно після механічного очищення. На цьому етапі вода не містить Грубодисперсні, колоїдні і розчинені домішки.

Найчастіше використовують наступну послідовність:

  1. коагуляція;
  2. відстоювання;
  3. фільтрування;
  4. сорбція.

Комбінування методів водоочищення, спільно з коагуляцією і висвітленням води, допоможуть заощадити сорбирующие матеріал. Технічні та економічна складності постачання багатьох районів прісною водою будуть вирішені.

Активоване вугілля для очищення води

Видалити органіку природного і неприродного походження в воді можна за допомогою популярного сорбенту для очищення води – активованого вугілля. Вода може проходити через шар активованого вугілля або в неї вводять подрібнене вугілля.

Кількість органіки природного походження в воді нормується побічно: запах, присмак і кольоровість. Остання поліпшується коагулированием і хлоруванням, які значно дешевше активованого вугілля. Сорбент використовують для вилучення домішок, які надають незвичайний запахи і смак воді, а так само неприродні органічні речовини: пестициди, нафтопродукти, детергенти і т.д. Якщо повне видалення неможливо, то знижують до мінімуму вміст цих речовин.

Активоване вугілля
Кожна речовина має свою допустиме значення. Наприклад сірководень і хлор до 0,3 мг / л, а хлорфенол -0,02 мг / л.

Ефект від використання порошкоподібного активованого вугілля (ПАВ) при незначному вмісті шкідливих домішок в статичних умовах невеликий. Пояснюється це коротким проміжком часу контактування ПАУ з домішками. Сорбіруємості речовини потрібно значно більше часу, щоб потрапити в пори зерна вугілля. Звідси випливає, що на здатність сорбувати впливає розмір зерен ПАУ.

Її можна охарактеризувати фенольним числом. Воно показує, скільки міліграмів ПАУ потрібно для зменшення фенолу з 0,1 до 0,01 мг в одному літрі води при збовтуванні протягом години. Чим вище показник, тим нижче сорбційна здатність ПАУ. У виробництві допускається значення фенольного числа до 30. Відмінними зразками ПАУ будуть з фенольним числом до 15.

Марка активованого вугілля підпирається індивідуально в лабораторіях. У дослідах повинна використовуватися хлорована і не хлорована вода.

Використовувати ПАУ можна перед відстійником і після нього. У першому випадку концентрація не повинна перевищувати 7 мг / л при довгому контакті і 12 мг / л при короткочасному використанні. Якщо на фільтр потрапить надлишки ПАУ, буде потрібно багато промивної води і різко знизитися натиск. Для кращого освітлення води з ПАУ, фахівці рекомендують використовувати двошаровий фільтр. Невеликі дози ПАУ краще використовувати після відстійника. В іншому випадку сорбирующие здатності вугілля не будуть використані в повному обсязі, так як він швидко осяде на дно.

Застосування активованого вугілля не тягне великих витрат. В наявності повинні бути приміщення для складування ПАУ і блок виготовлення ПАУ, який буде дозувати вугілля.

Особливості застосування активованого вугілля:

  • ПАУ в сухому вигляді вибухонебезпечне і запилене речовина (використовують 2-10% суспензію);
  • неможливо регенерувати – постійне використання не доцільно (існує гранульований регенерує вугілля, але його вартість висока);

Найчастіше активоване вугілля застосовується для видалення вільного хлору у воді.

Безвуглецевої сорбенти для очищення води

Безвуглецевої сорбенти самі поширені в технологіях водоочищення. Вони бувають природного і штучного виробництва: цеоліти, глинисті породи і т.д

Переваги неуглеродних сорбентів:

  • підвищена ємність;
  • здатність обмінюватися катіонами;
  • невисока ціна і поширеність.

глинисті породи

Вони широко використовуються в процесі очищення води. Їх структура хороша розвинена, має безліч мікропор різного розміру, шарувату жорсткість і здатна розширюватися.

Процес сорбції із застосуванням глинистих порід складний. У нього входять Ван-дер-ваальсово реакції. Вони добре обесцвечивают воду, прибирають зважені частинки і токсичні органічні сполуки хлору і гербіцидів, ПАР.

Природні сорбенти беруть в місцевості їх використання, що збільшує їх споживання в технології водоочищення.

Цеоліт

Цеоліт
Являє собою алюмосилікатний каркасний матеріал. Характеризуються тривимірним алюмосилікатна каркасом з правильною тетраедричних структурою і негативним зарядом. Гідратованих іони лужних і лужноземельних металів розташовані в порожнинах каркасу і мають позитивний заряд, що компенсує заряд каркаса. Цеоліт можна використовувати тільки для речовин, у яких розміри молекул менше вхідного отвору. Їх ще називають ситом для молекул.

Існує більше 30 видів. Самі застосовуються: шабазіт, морденіт, клінопптіломіт. Їх легко добувати і переробляти.

Після видобутку їх прожарюють в печах при 1 тис. Градусів з хлоридом карбонатом натрію. Застосування кремнійорганічних сполук на поверхні цеолітів надають їм гідрофобні властивості.

Використовуються в порошкоподібної формі. Цеоліт затримують:

  • ПАР;
  • барвники;
  • пестициди;
  • колоїдні і бактеріальні забруднення;
  • органічні сполуки.

неорганічні іоніти

Вони вважаються перспективним напрямок в технології водоочищення. Найбільш розповсюджені:

  • цірконілфасфат;
  • тітаносілікати і цірканосілікати;
  • оксалат цирконію;
  • солі гетеро- і полікислот;
  • ферроціанти важких і лужних металів;
  • гідроксиди заліза і сульфіди заліза, нерозчинні у воді;

Більшість з них не може мати водневу форму, при якій їх структура зруйнуватися. Зручною для них стала сольова форма. Але вона виключає можливість знесолювальних воду без рідкісних анионитов неорганічних мінералів. Для цього використовують органічні катіоніти і аніоніти на основі синтетичної органіки.

органічні іоніти

органічні іоніти
Безліч органічних іонітів характеризуються гелевою структурою. Реальних пір немає, але при попаданні в розчини води вони набухають і можуть обмінюватися іонами.

Існують макропористі іоніти, що працюють за принципом активованого вугілля. Вони стійкі до механічного навантаження, осмотически стабільні, мають покращений обмін і ситової ефект, але менш ємні в порівнянні з гелевими.

Сучасна наука дозволяє синтезувати органічні іоніти з будь-якими цінними властивостями, які не мають природних аналогів.

регенерація сорбентів

Види методів відновлення:

  • хімічний;
  • термічний при низьких температурах;
  • термічний.

Хімічний метод відновлення

Сорбент обробляють органічним або неорганічним реагентом рідкої або газоподібної форми. Температура обробки не перевищує 100 градусів.

Регенерації схильні вуглецеві і безвуглецевої сорбенти. Процес відбувається в адсорбаціонном апараті. Кожен тип сорбата має свій хімічний спосіб.

Доступним методом регенерації є нагрівання сорбенту в воді. Зростає ступінь дисоціації і здатність розчинятися сорбата. Відбувається десорбція частини сорбата. Наприклад, активоване вугілля регенерують нагрітою водою. Ефект відновлення досягає 40%.

Так само активоване вугілля відновлювати гидроокисью і карбонатом натрію. Сорбційна ємність зменшується на 50%.

Відомі способи з гамма-випромінюваннями, але на практиці їх не застосовують.

Термічна регенерація при низьких температурах

Сорбенти піддаються парової або газової обробці. Температура досягає 400 градусів. Процес простий, безпечний і легко відтворений на багатьох виробництвах. З обладнання будуть потрібні парогенератор і охолоджувач для конденсату. В наслідок його спалюють або використовують для отримання цінного сорбата.

термічна регенерація

Перші два методи не дозволяють повністю відновити адсорбційні вугілля. Термічне відновлення складається з декількох стадій і стосується як сорбата, так і сорбенту. Вона схожа з технологією отримання активного вугілля. Її вартість буде дорівнює половині вартості нового матеріалу. Розкладання домішок відбувається при 350 градусах, а при 400 градусах половина адсорбенту зруйнуватися.

Сьогодні слід приділяти час на розробку нових ефективних методів відновлення сорбентів. Це повинно знизити вартість очищення води.

Ссылка на основную публикацию