CC BY
12
ЗА РУБЕЖОМ
-+-У- =
ОЧИСТКА ФЕНОЛЬНЫХ ВОД НА ШЛАКЕ
Инженер Драбек Борживой Из Водохозяйственного испытательного института Брно (Чехословакия)
В лаборатории Водохозяйственного исследовательского института в Брно (Чехословакия) в течение последних лет было выполнено исследование адсорбции фенолов на шлаке. Мы выясняли, адсорбируются ли фенолы сточных вод шлаком, определяли кинетику адсорбции, количество задержанных фенолов и выявляли конечный результат адсорбции шлаком совместно с окислением фенолов кислородом воздуха. Опыты показали, что при контакте фенольной сточной воды со шлаком наблюдается задержание известной части растворенных фенолов. Вплоть до истощения емкости шлака фенолы задерживаются полностью. Адсорбционная активность шлака зависит от качеств шлака и сточной воды. Одним только адсорбированием задерживается больше одновалентных фенолов, чем двухвалентных. При опытах применялся шлак от генераторов, так как надлежало изыскать наиболее простой и дешевый способ, предусматривая использование собственных отходов завода.
Одним из самых важных условий адсорбирования фенолов шлаком является удаление смолы. Известно много способов получения смол при производстве газа. При охлаждении газа они выделяются и осаждаются у дна емкости в виде капель, причем часть смолы в виде паров остается взвешенной в газе в виде тумана. При производстве генераторного газа заводится «смоляное хозяйство», т. е. устройство, предназначенное для отделения смол от фенольных вод. Конденсаты можно разделять, пользуясь различием их удельных весов, а так как большинство буроугольных смол при температурах 10—30° тяжелее воды, то выделять их можно осаждением. На осаждение смол требуется 2—4 часа, причем оседает до 75% смол. Конструктивным решением удаления смол и масел занимается в Чехословакии Институт проектирования предприятий легкой промышленности, который, пользуясь советской документацией, спроектировал устройство для обработки конденсатов из генераторного газа. Водохозяйственный испытательный институт (УПУ) тоже решает проблему удаления смол из сточных вод от коксования углей.
В качестве загрузочного материала фильтров можно применять также железные стружки, кокс, шамотный и стекольный бой. Применяя песочные фильтры, необходимо соблюдать правильную укладку слоев в верхней части фильтра, забиваемой взвесями. Самые высокие показатели адсорбционной мощности шлаков были нами установлены у шлдка от генераторов для газификации бурого угля — в среднем 0,8—0,9% (максимум до 2,5%). На адсорбционную мощность влияет несколько факторов: сточная вода, шлак, рН, температура и концентрация фенолов. Таким образом, шлак может адсорбировать разное количество фенолов.
При произведенных нами опытах было установлено, что шлак после «отдыха» способен удалять из сточной воды дополнительное количество фенолов. Итак, дело не в химической регенерации шлака. Нам кажется, что можно найти только одно объяснение восстановлению способности шлака к удалению фенолов. По достижении адсорбционного равновесия
концентрация фенолов на поверхности шлака с течением времени изменяется. При вылеживании шлака часть фенолов проникает внутрь материала, часть химически связывается с веществами, содержащимися в шлаке, и, наконец, известное количество фенолов окисляется прямо на поверхности шлака. Окисленные кислородом воздуха фенолы преобразуются вплоть до перехода в гуминовые вещества.
Было установлено, что окисление пирокатехина протекает лучше, чем окисление фенола, и что задерживанию шлаком одновалентных фенолов в большой степени способствует присутствие двухвалентных фенолов. Окисление происходит при участии воздуха, захватываемого разбрызгиваемой сточной водой, и воздуха, который проникает через отверстия на нижней поверхности штабеля и стремится заполнить в слое шлака крупные пустоты, из которых он был до того вытеснен жидкостью. Возникает самопроизвольное аэрирование в условиях тяги воздуха через шлаковый фильтр. Окислительный эффект может быть еще каталитически повышен некоторыми составными частями шлака (трехвалентное железо).
При удалении из сточных вод фенолов при посредстве шлака сначала наступает адсорбционное равновесие, за которым во вторую очередь , следуют химические и физические превращения. Содержание гуминовых соединений в шлаке повышается пропорционально количеству поступивших фенолов (анализ шлака при производственном эксперименте).
При обезвреживании стоков от газогенераторов представляются вероятными, во-первых, существенное влияние соотношения одновалентных и двухвалентных фенолов и, во-вторых, способность гуминовых веществ к адсорбированию фенолов.
Наилучшего действия шлакового фильтра можно достигнуть, применяя прерывчатое разбрызгивание воды, при этом для регенерации шлакового фильтра достаточно одного только «отдыха». Можно устроить фильтр так, чтобы воздух мог проникать в пустоты между зернами шлака. Нам, однако, известны случаи, когда мелкие частицы делали приток воздуха в фильтр невозможным и, несмотря на это, происходило значительное обесфеноливание. Мы объясняем это тем, что после адсорбции даже при малом количестве воздуха происходит окисление фенолов и преобразование их в гуминовые вещества, которые в свою очередь способны адсорбировать фенолы. Для регенерации шлакового фильтра при лабораторных испытаниях было достаточно 8—12 часов.
В целях проверки результатов лабораторных опытов в производственных условиях был выбран небольшой стекольный завод с одним генератором в Моравии. Для получения возможности наблюдать за эффективностью очистки фенольных сточных вод методом адсорбции на шлаке на этом заводе в июле 1954 г. был сооружен отвал в форме усеченной пирамиды, с размером нижнего основания 7X2 м и высотой в 3 м (объем 120 м3). Основание отвала было устроено со слегка повышенными краями, причем площадь постели имела уклон около 10% к середине отвала. Основание было сделано водонепроницаемым. Вода распылялась на,мельчайшие капельки тумана, что способствовало прекрасной аэрации и облегчало испарение. Орошение отвала производилось в среднем 5 раз в сутки при постоянном расходе около 400 л сточной воды. Очистное устройство (шлакоотвал) было приведено в действие 26 июля 1954 г. В первом периоде опыта происходило насыщение шлака сточной водой. По насыщении, т. е. по переходе границ влагоемкости шлакоотвала, 6 августа 1954 г. (т. е. через 11 дней) вода начала вытекать. Пробы вытекающей воды систематически, раз в неделю, отбирались и анализировались. Вытекающая вода была бесцветной, совершенно прозрачной, не имела ни вкуса, ни запаха и, по данным колориметрических исследований, вовсе не содержала фенолов.
Первыми пробами исследовалось только присутствие фенолов, и лишь через 2 месяца стали производиться полные анализы, которые опять
по достижении в сточной воде рН = 6,5 сменились исследованиями на одни фенолы.
К 8 июня 1956 г. (т. е. за 700 дней) на шлакоотвал объемом в 120 м3 было подано 1400 м3 сточной воды от генератора. Вода эта содержала 843—951 мг/л одновалентных фенолов и 353—392 мг/л двухвалентных фенолов, так что общее содержание фенолов было 1196—1343 мг/л. Таким образом, на шлакоотвал было подано 1260 кг одновалентных и 522,2 кг двухвалентных фенолов, т. е. в общей сложности 1782,2 кг фенолов. Теоретически шлакоотвал должен был до 8 июня 1956 г. задержать 1782,2 кг, однако 28,5 кг фенолов он пропустил.
Согласно приведенным данным, 1 м3 шлака снял 14,6 кг фенолов (объем шлакоотвала 120 м3, количество задержанных фенолов 1753,7 кг), а поэтому активность шлака к 8 июня 1956 г. была 2,43%. Так как 1 м3 примененного шлака весит около 600 кг, то общий вес шлакоотвала был 72 000 кг. К 8 июня 1956 г. 1 т шлака удалила 24,3 кг фенолов. Эксплуатацией очистного устройства (шлакоотвала) в течение почти 2 лет доказано, что описанным методом можно достигнуть значительного удаления фенолов из сточных вод.
В первое время фенолы адсорбируются полностью и вытекающая вода их не содержит. Перед истощением адсорбционной емкости начинает " вытекать вода, содержащая незначительные концентрации фенолов. Способность извлекать фенолы постепенно понижается. Поэтому следует предусматривать второй отвал, на который перекачивать первично очищенные сточные воды, пока не возобновится сорбционная способность первого шлакоотвала. Доказательством того, что вместе с адсорбированием фенолов шлаком происходит окисление фенолов кислородом воздуха (при участии катализатора — шлака) и превращение их в гуминовые соединения, в свою очередь наделенные адсорбционной способностью, является уменьшение содержания фенолов в воде, вытекающей из шлакоотвала, особенно в последней фазе опыта.
Анализами было установлено, что содержание гуминовых веществ возрастает в соответствии с общим количеством задержанных шлаком фенолов. При адсорбционной активности шлака 1 % содержание гуминовых веществ составляло 0,18% от веса шлака; при 1,5% адсорбционной активности содержание гуминовых веществ было 0,25%, а при адсорбционной активности 2,47% содержание гуминовых веществ было 0,43% от веса шлака. Обесфеноленные воды спускаются прямо в канализационную сеть. Первично очищенные сточные воды, нуждающиеся в дальнейшем адсорбировании и окислении фенолов, могут подвергаться доочистке.
При правильном обслуживании и равномерной нагрузке шлакоотвала можно подавать на него 300—700 г фенолов на 1 т шлака в сутки. Нагрузка эта различна для разных шлаков и генераторных вод, свойства которых необходимо всегда исследовать перед сооружением очистного устройства. При соблюдении этих условий обесфеноливающий эффект, как и при нашем опыте, может достигать 95—98% в продолжение трех и более лет.
ЛИТЕ РАТУРА
В а л ь т р 3. Реферат на феноловом съезду, Быхоры, 1952. Проектова докумен-таце Статниго уставу про проектовани легкего прумыслу. Прага, 1955. — Демидов Л. Т., Шигорин Г. Г. Канализация. М., 1951.—Драбек Б. Чистени одпад-них вод феноловых адсорбци на шкварже. Брно, 1954. — Он же. Вызкум на покусных-чистирнах завод Усобрно. Брно, 1955. —Жуков А. И. Производственные сточные воды. М., 1948. — ЩеголевК. В. Гиг. и сан., 1952, № 7, стр. 51—53.
Поступила 29/V 1967 г.
