Badanie zależności między wydajnością a jakością podczyszczania ścieków w procesie sorpcji

Proces sorpcji jest jednym z podstawowych procesów stosowanych do uzdatniania wody, oczyszczania ścieków oraz oczyszczania spalin. W wypadku ścieków i spalin można bardziej precyzyjnie określać zastosowanie tego procesu jako doczyszczanie, np.: uzupełniające lub końcowe. Zwykle w obiegach wodno-mułowych zakładów przemysłowych oczyszczających ścieki poprodukcyjne, bądź też w instalacjach oczyszczania spalin, proces sorpcji bywa ostatnim węzłem takiej technologii Proces sorpcji, który odbywa się najczęściej na węglach aktywnych bądź też ostatnio na znajdujących, co raz szersze zastosowanie zeolitach [2], jest procesem bardzo dobrym, skutecznym i dosyć wygodnym technologicznie, aczkolwiek nie jest procesem tanim. Dzieje się tak, dlatego, że pojemność sorpcyjna węgla aktywnego, zeolitu czy innych sorbentów zmniejsza się z czasem użytkowania złoża sorpcyjnego, i to zmniejsza się tym szybciej, im większy ładunek zanieczyszczeń występuje w medium nadanym do procesu sorpcji, a szczególnie wówczas, gdy nadane medium jest układem dwufazowym (tzn. ciało stałe-ciecz lub ciało stałe-gaz) i wówczas tworzą się tzw. pokrycia mułowe (pyłowe) powierzchni ziaren sorbentu. Skraca to jego czas pracy, a jednocześnie złoże sorpcyjne staje się złożem filtracyjnym w szczególności z procesem filtracji kolmatacyjnej. Dlatego też przed użytkownikami sorbentów do oczyszczania ścieków lub spalin staje dylemat optymalizacyjny, który musi stanowić kompromis między jakością pracy złoża sorpcyjnego a jego wydajnością, liczoną jako przepływ przez złoże z jednej strony oraz kosztami zużycia sorbentu z drugiej. Oczywiście sorbent można regenerować, ale stanowi to określony problem procesowy, a także powoduje dodatkowe koszta, szczególnie dotyczące konieczności oczyszczenia płynu popłucznego (ścieków lub gazu) [2]. Dlatego, aby ten problem ograniczyć w przypadku zużytych węgli aktywnych, po prostu spala się je w piecach, ale jest to tylko wygodne, co nie oznacza, że stanowi ekologicznie zalecane postępowanie. Uwolnione w procesie szybkiego utleniania z węgli aktywnych zanieczyszczenia przechodzą, bowiem do spalin, które znowu się oczyszcza, między innymi na świeżych węglach aktywnych, a tym samym przysłowiowe koło się zamyka. Efekt podczyszczania płynów na złożu sorpcyjnym można łatwo i skutecznie technicznie zwiększać wydłużając wysokość kolumny sorpcyjnej, a tym samym czas kontaktu przepływającego medium ze złożem, ale gdzieś po drodze pojawia się bariera ekonomiczna, która może być i jest w praktyce często różna dla różnych zakładów przemysłowych. Tylko niektóre mogą sobie na określony luksus użytkowania sorbentów w mniejszym lub większym stopniu pozwolić. Biorąc powyższe pod rozwagę ciekawym wydaje się określenie zależności między wydajnością pracy złoża sorpcyjnego, a jakością podczyszczania ścieków w procesie sorpcji - co w sensie trendu można od razu przewidzieć jako interakcję odwrotną (tzw. negatywną), natomiast chodzi tu o określenie przedziału wartości tych zmian na konkretnym przykładzie ścieku przemysłowego. W wyniku przeprowadzonych badań nasuwają się pewne ogólne wnioski: Stwierdzono, że w przypadku przepływu czystej wody przez modelową kolumnę sorpcyjną o wysokości złoża 1,5 m i średnicy 41,2 mm, wydajność jednostkowa objętościowa zwiększa się od 36 m3/m2h do 128,6 m3/m2h przy zmianie uziarnienia sorbentu od średnio 2,5 mm do 14 mm. Równocześnie przepływ nadanych ścieków zwiększa się od 28,1 m3/m2h do 75 m3/m2h. Wraz ze wzrostem wydajności (przepływu) od około 28 m3/m2h do 75 m3/m2h, obniża się jakość procesu w określonym układzie kolumn, przy odpowiednim (jw.) ich wypełnieniu. Spadają wówczas wskaźniki: chemicznego zapotrzebowania tlenu od 50% do 4%, biochemicznego zapotrzebowania tlenu od 58% do 15%, zawiesiny ogólnej od 48% do 24%, substancji rozpuszczonych od 14% do 7%, suchej pozostałości od 16% do 7%, ekstraktu eterowego od 55% do 12%. Korzystając z wyników niniejszych badań, można przewidzieć, do jakiej wartości należy zwiększyć roboczą wysokość kolumny sorpcyjnej, aby przy danym obciążeniu osiągnąć wymagany efekt normatywny lub spełnienie warunków umowy. Badania potwierdzają, że przy obciążeniu 28 m3/m2h i ładunku zanieczyszczeń, jak podano w tablicy 4, odpowiednia jest kolumna wypełniona węglem aktywnym ziarnistym o uziarnieniu od 1 mm do 4 mm, której wysokość wynosi 4,0 m, natomiast średnica 1,0 m. Ponadto w badanym procesie sorpcji na węglu aktywnym ziarnistym w znacznym stopniu usunięto zapach oraz barwę ścieków.

Czasopismo: Rocznik Ochrona Środowiska
Dziedziny: nauki inżynieryjno-techniczne, nauki ścisłe i przyrodnicze
Dyscypliny: inżynieria środowiska, górnictwo i energetyka, nauki o ziemi i środowisku