CC BY
48
ВЕСТНИК 8/2011
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ТЕХНОЛОГИИ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ОСАДКА
THEORETICAL ASPECTS OF TECHNOLOGY OF A SEWAGE TREATMENT WITH USE OF A SEDIMENT
E.B. Алексеев
E.V. Alekseev
ФГБОУ ВПО «МГСУ»
Приведено теоретическое обоснование противоточного переноса осадков реагентов в равновесных процессах очистки сточных вод. Показана возможность существенного снижения применяемых доз реагентов при извлечении загрязняющих веществ.
The theoretical substantiation of counterflow carry of a sediment of reagents in equilibrium processes of a sewage treatment is resulted. The opportunity of essential decrease in applied dozes of reagents is shown at extraction ofpollutants.
В большинстве случаев применения минеральных коагулянтов для очистки сточных вод от ПАВ, многих классов красителей, разбавленных эмульсий и других загрязняющих веществ, процесс их извлечения происходит по механизму близкому к адсорбционному [1]. Адсорбционный процесс применительно к очистке сточных вод, обладает рядом особенностей. Важная особенность этого процесса состоит в установлении динамических равновесий на границах раздела фаз. Не менее важная особенность заключается в сути целевой задачи очистки сточных вод - минимизации остаточного содержания в воде. Это обуславливает низкие значения удельной адсорбции, и, как следствие, большой расход реагентов. Следствием этого же является неполное использование сорбционной емкости реагентов, отделяемых в виде осадка.
В качестве основного уравнения для описания механизма извлечения загрязняющих веществ примем уравнение изотермы Лэнгмюра, позволяющее описывать процесс в широком диапазоне концентраций загрязняющих веществ.
Общая структура процесса переноса примесей из воды на поверхность образующейся при коагуляции твердой фазы определяется уравнением материального баланса:
-QwdC = Gda(X), (1)
где Qw - расход сточных вод, м3/с;
G - массовая скорость расхода реагента, кг/с;
C - концентрация загрязнений, кг/м3;
a(x) - удельная адсорбции загрязнений на поверхности осадка при равновесной концентрации, кг/кг.
8/2011 ВЕСТНИК
Для обычного в практике коагулирования однократного введения коагулянта, величина дозы при известных коэффициентах уравнения сорбции может быть найдена путем интегрирования уравнения материального баланса в пределах, определяемых задачами очистки воды (Сеп, Сех)
Сех а(ех)
- | ас = о |ёа(х),
Сеп 0
откуда
- Qw (Сех - Сеп ) = Оа(ех) , (2)
где Сеп , Сех - концентрация загрязнений по лимитирующему показателю в воде, поступающей на очистку и выходящей, соответственно; а<ех) - удельная адсорбция загрязнений, соответствующая равновесной (выходящей) концентрации Сех.
В случае динамической стационарности процесса (потоки Qw и О - постоянны по величине), уравнение (2) приводится к следующему виду:
w (С еп ех ) / а(ех) (3)
Выражение (3) представляет собой уравнение рабочей линии процесса удаления загрязнений, а отношение О^« является удельным расходом реагента, то есть его дозой. Отсюда следует, что для достижения требуемой концентрации загрязнений в очищенной воде по лимитирующему показателю Сех , доза реагента, Др, определяется по выражению:
ДР = (С
еп ех ) / а(ех) (4)
Рабочая линия однократного коагулирования располагается в области низких значений удельной адсорбции, соответствующих равновесной концентрации в конце процесса (Сех). Вследствие этого вся масса загрязнений извлекается при малых величинах удельной адсорбции, обуславливая потребность в больших дозах реагентов. При этом и степень использования поверхности сорбции также остается достаточно небольшой.
Интенсификация процесса коагулирования в части снижения требуемой дозы реагентов или повышения глубины очистки воды при сохранении прежней дозы, принципиально, возможна путем обеспечения многократных контактов сточной воды с образовавшейся поверхностью сорбции при условии постоянного увеличения равновесной концентрации [2].
Практическая реализация этого принципа может быть осуществлена путем последовательного многократного контакта образовавшегося осадка со сточной водой по противоточной схеме.
Для процесса противоточного переноса образовавшегося осадка интегрирование уравнения (1) осуществляется в пределах, выбранных интервалов изменения концентрации АС = Сп-Сп-1.
ВЕСТНИК 8/2011
Сп (п)
- } ас = о |аа(Х)
Сп-1 а(п-1)
При постоянстве потоков и О в интервале , определяемом задачами очистки воды (Сеп, Сех), приходим к следующему выражению:
в/О« = (См - Сп) / (а(п-1) - а(п)), (5)
где а(п) и а(п-1) - удельная адсорбция загрязнений при равновесных концентрациях Сп и Сп-1, соответственно; п - число ступеней разделения; (п-1) - число переносов осадка.
Выражение (5) представляет собой уравнение участка рабочей линии процесса на интервале АС, а отношение О/О« является средней дозой реагента.
Отсюда следует, что при линейных участках изотермы в пределах одной ступени разделения доза реагента, подаваемого в последнюю ступень, может быть определена по формуле:
Др = (Сп-1 - Сп) / (а(п-1) - а(п)), (6)
здесь
Сп = Сех И а(п) = а(ех)
Сравнивая полученное уравнение с уравнением (4), видно, что принцип противо-точной передачи массы образующегося осадка с развитой поверхностью сорбции позволяет снизить необходимую дозу реагентов за счет большей совокупной величины поинтервальной удельной адсорбции.
Действительно, если принять ряд промежуточных значений равновесных концентраций и определить для них величины удельной адсорбции, то при последовательном переносе осадка по принятым ступеням, всякий раз появляется некоторый запас адсорбционной емкости, который не был использован на предыдущей ступени. Рабочая линия противоточного процесса имеет меньший наклон, что адекватно и меньшей требуемой дозе реагентов.
Проблема практического использования уравнений заключается в невозможности единственного аналитического решения уравнения (6) вследствие взаимозависимости Сп и а(п) на каждой ступени переноса. При наличии достоверной эмпирической изотермы сорбции лимитирующих загрязняющих веществ, появляется возможность моделирования не только разных условий дозирования осадкообразующих реагентов, но и условий возврата осадка.
Принцип повторного использования осадка коагулянта может быть применен в схемах с флотатором, с отстойником после флотаторов. В этом случае осадок из отстойника следует направить перед последней ступенью флотации.
Наибольшая эффективность противоточного использования активной части коагулянта достигается при очистке сточных вод от отдельных загрязнений или их комплексов, если ее закономерности описываются адсорбционным механизмом. При этом должна иметься возможность определения коэффициентов соответствующих уравнений с учетом влияния других примесей, не определяемых как лимитирующие. Приме-
Б/2011 М1ВЕСТНИК
нительно к исследуемым видам загрязнений этим условиям удовлетворяют многие классы синтетических красителей, кроме активных, и ряд других органических соединений.
Использование флотационного отделения дисперсии допустимо при малом извлечении других загрязнений по адсорбционно-пузырьковому механизму. Это ограничение обусловлено нежелательностью перераспределения загрязняющих веществ между жидкой и твердой фазами во флотошламе. Так избыточное содержание ПАВ в пенном продукте, полученное в результате попутного процесса пенного фракционирования, приводит к блокированию поверхности сорбции дисперсии коагулянта. В этом случае возврат флотошлама на предыдущую ступень коагулирования становится малоэффективным.
Строгое соблюдение технологии проведения совместного процесса с учетом механизма излечения загрязняющих веществ позволяет по сравнению с однократным введением реагента на порядок увеличить глубину очистки или до 1,5 раз сократить его дозу.
Литература:
1. Алексеев Е.В. Физико-химическая очистка сточных вод. М.:Издательство АСВ, 2007.- 248 с.
2. Алексеев Е.В. Об очистке сточных вод флотацией с использованием терминов адсорбции// "Водоснабжение, водоподготовка, водоочистка". - 2008.- №5. - С.16-19
Literature:
1. Alekseev E.V. Physical and Chemical a Sewage Treatment. M.: Publishing house «ACB», 2007.-248 p.
2. Alekseev E.V. About Sewage Treatment by Flotation with Use of Terms of Adsorption // " Water supply, water treatment, water purification ". - 2008. №5. - p.16-19
Ключевые слова: сточные воды; очистка; осадок; перенос; противоток; адсорбция; изотерма; рабочая линия.
Key Words: sewage; purification; a sediment; carry; a countercurrent; adsorption; isotherm; working
line.
Тел. 8-916-243-91-40 alex_2047@mail.ru
Статья представлена Редакционным советом "Вестника МГСУ"
