| Пріоритети: | Використання: доочищення стічних вод під час очищення побутових та промислових стічних вод підприємств різних галузей промисловості. Сутність: значно підвищує ефективність процесу очищення від органічних до 50% і завислих речовин до 95%, використання фільтруючої композиції, що складається з адсорбенту-каталізатора на мінеральній основі і шару, що підтримує, в якій адсорбент-каталізатор містить каталітично активні компоненти і глину, мас. % піритний огарок 20 - 25, тетраборнокислий натрій (бура) 1,5 - 2,0, скло 1,5 - 2,0, нафтовий кокс 1,0 - 1,5, глина - інше. 3 табл.
Малюнки до патенту Україна 2108298
Винахід відноситься до очищення стічних вод і може бути використане при очищенні побутових та промислових стічних вод підприємств різних галузей промисловості.
Відомий спосіб доочищення стічних вод шляхом фільтрації через композицію, що фільтрує, що складається з адсорбенту-каталізатора - активованого вугілля АГ-3 і підтримуючого шару - кварцового піску [1].
Недоліком способу є низька ефективність доочищення за завислими речовинами - 90% і каталітична активність окисленняорганічних речовин трохи більше 10%.
Крім того, низька механічна міцність активованого вугілля призводить до швидкої стирання його поверхні, винесення і, як наслідок цього, зниження каталітичної активності адсорбенту-каталізатора і вторинного забруднення води, що очищається.
Постійне дозавантаження фільтра вимагає необґрунтовано високої кількості завантаження, що фільтрує.
Одночасно у площині розділу шарів відбувається замулювання завантаження, що призводить до зниження продуктивності процесу, зменшення часу фільтроцикла.
Метою винаходу є підвищення ефективності доочищення стічних вод від органічних та завислих речовин.
Поставлена мета досягається тим, що як фільтруюча композиція пропонується використовувати композицію, що складається з підтримуючого шару і адсорбенту-каталізатора, що включає каталітично активні компоненти і глину-носій при наступному співвідношенні компонентів, мас.%: Пиритний огарок - 20-25 Натрій тетраборнокислий (бура) - 1,5-2,0 Скло - 1,5-2,0 Нафтовий кокс - 1,0-1,5 Глина - Решта.
Адсорбент-каталізатор використовують як верхній шар при завантаженні фільтра і розташовують над підтримуючим шаром.
Адсорбент-каталізатор має високу каталітичну активність і затримувальну здатність, які дозволяють протягом 3 років застосовувати його для доочищення вод без перевантаження фільтра. Так, при ГПК, що дорівнює 35 мг/O 2 /л і концентрації завислих речовин 50 мг/л ефективність очищення при часі фільтроциклу 52 год складає за ГПК - 45-50%, за завислими речовинами - 99,5%. Регенерація поверхні адсорбенту-каталізатора досягається за рахунок 10-хвилинного водоповітряного промивання з інтенсивністю повітряного промивання 15-25 дм 3 (м 2 с) та водного промивання 8,2-10 дм 3 /м2 с.
Каталітична активність гетерогенних адсорбентів-каталізаторів рідкофазного окислення залежить від активної поверхні, яка включає такі поняття, як герметична поверхня і питома поверхня. Збільшення каталітичної активності адсорбенту-каталізатора за рахунок геометричної поверхні досягається при збільшенні останньої в процесі подрібнення зерен адсорбенту-каталізатора до мінімальної величини, технологічної для даного процесу та апарату, а також за рахунок збільшення активності одиниці поверхні в процесі концентрування каталізаторної маси активними компонентами та у зв'язку з цим збільшення числа каталітично активних центрів на геометричній поверхні.
Технологія виготовлення адсорбенту-каталізатора включає наступні стадії: підготовку вихідних речовин - сушіння та розмелювання компонентів; змішування компонентів з додатковим розмолом, що забезпечує необхідну структуру та фазовий склад; формування гранул; сушіння екструдатів та термічну обробку.
Синергічний ефект каталітичної активності та стабільність пропонованого адсорбенту-каталізатора спостерігається при зазначеному співвідношенні компонентів, подальше збільшення або зменшення кожного каталітично активного компонента знижує каталітичну активність та стабільність адсорбенту-каталізатора. Збільшення вмісту компонентів призводить до порушення цілісності структури, каталіз відбувається в мономолекулярному шарі, що безпосередньо примикає до поверхні каталізатора. Каталіз тісно пов'язаний з адсорбцією кисню та субстратів, яка є попередньою стадією каталізу. При цьому адсорбовані молекули, особливо при наявності полярних груп, орієнтовані певним чином до поверхні. Якщо процес адсорбції збільшує швидкість реакції, тоПоверхневі сполуки, що виникають, повинні характеризуватись підвищеною реакційною здатністю. Підвищення реакційної здатності пов'язане з характером проміжної взаємодії речовин, що реагують, з адсорбентом-каталізатором. Основними стадіями процесу є: 1. Адсорбція з дисоціацією молекули на атоми чи радикали.
2. Утворення при адсорбції іон-радикалів – результат взаємних переходів електронів між каталізатором та реагуючими речовинами.
3. Виникнення при адсорбції ковалентних зв'язків внаслідок перекривання електронних орбіталей атомів каталізатора та реагуючої речовини.
4. Утворення координатних зв'язків, зокрема утворення поверхневих комплексів для ненасичених вуглеводнів.
За відсутності адсорбенту-каталізатора всі перелічені процеси енергетично невигідні і вимагають витрат енергії для розриву зв'язків або переміщення електронів, так як енергія для здійснення зазначених переходів надходить від адсорбенту-каталізатора і передається від зовнішнього середовища через адсорбент-каталізатор.
Центрами адсорбції виступають іонні пари, що складаються з іонів металу (M) та кисню (O).
Надмірний заряд на металі та кисні, який утворюється через просторове видалення один від одного катіонів, що входять до структури центрів адсорбції, уможливлює утворення одночасно донорно-акцепторного та дативного зв'язків, завдяки яким зростає симбатно-адсорбційна здатність адсорбенту-каталізатора як за зовнішніми речовинами. , і розчиненим органічним сполукам.
Адсорбенти-каталізатори мають розвинену систему пір у всьому діапазоні радіусів, що вимірюваються. Модифікація адсорбенту-каталізатора шляхом металізації його поверхні не змінює загальний характер розподілу пір зарозмірів. Для адсорбенту-каталізатора характерний значний розвиток пір з радіусом > 1000 А o що забезпечує можливість адсорбції складних органічних сполук, що знаходяться як в молекулярному, так і асоційованому стані і зважених речовин.
Ефективне використання питомої поверхні адсорбентів-каталізаторів при глибокій доочищенні біологічно очищених стічних вод обумовлено розвитком пір відповідних розмірів.
Адсорбент-каталізатор склад, мас.%: Піритний огарок - 20-25 Натрій тетраборнокислий (бура) - 1,5-2,0 Скло - 1,5-2,0 Нафтовий кокс - 1,0-1,5 Глина - Решта був отриманий у лабораторних умовах.
Глина в кількості 138,6 г, піритний огарок 36 г, нафтовий кокс 2,7 г, скло (брила) 2,7 г завантажувалися в планетарний млин, де вся маса перемішувалась і розмелювалася протягом 3 годин до дисперсного складу не вище 500 А 0 .
Однорідну суміш вищезгаданих компонентів завантажували в змішувач, куди додавали води в кількості 37-40 мас.%, ретельно перемішували протягом 60-90 хв до отримання тістоподібної маси. Приготовлену масу формували екструзією як гранул розміром 5-12 мм, зовнішній діаметр 5-7 мм.
Після 24-36 годин пров'ялювання на повітрі адсорбент-каталізатор прожарювали при температурі 500-530 o C протягом 4 годин при підйомі температури 120-130 o C протягом години. Після прожарювання адсорбент-каталізатор випалювали при температурі 1100 o C протягом 1 год.
Всі одержані таким чином адсорбенти-каталізатори випробовували на лабораторній фільтрувальній установці з доочищення стічних вод нафтопереробки АТ АНХК (АТ Ангарська нафтохімічна компанія, м. Ангарськ).
Досвід визначення каталітичної активності та затримуючої здатності пропонованогоадсорбенту-каталізатора для вибору оптимального складу проводили на лабораторній установці, що моделює роботу каркасно-засипного фільтра.
Скляна колона d= 30 мм і висотою 550 мм заповнена шаром гравію, що підтримує, пофракційно з крупністю зерен 20-10, 10-5 і 5-2 мм. Висота шару, що підтримує (h=200 м), його обсяг становить 2/3 від загального шару завантаження. Над підтримуючим шаром розташований шар адсорбенту-каталізатора h = 140 мм із крупністю зерен 4-6 мм. Над шаром завантаження є вільний об'єм, призначений для розширення шару при водоповітряному промиванні. Швидкість подачі води на фільтрувальну установку становила 7-10 м/год.
Лабораторний фільтр з подачею води, що очищається, зверху вниз обладнаний системою рівномірного розподілу вихідної води через поліетиленову сітку. Регенерація здійснювалася промиванням завантаження з подачею водоповітряної суміші протягом 10-15 хв знизу установки.
Порівняльні дані щодо визначення каталітичної активності (за ГПК) та затримуючої здатності (за концентрацією зважених речовин) зразків адсорбентів-каталізаторів при різних співвідношеннях активних компонентів представлені в табл. 1.
У табл. 2 представлені дані щодо порівняльної активності пропонованого адсорбенту-каталізатора та прототипу.
Доочищення стічних вод з використанням адсорбенту-каталізатора буде здійснено на фільтрувальній станції очисних споруд АТ АНХК із застосуванням оптимального зразка, при наступному співвідношенні компонентів, мас. 5-2,0 Нафтовий кокс - 1,0-1,5 Скло - 1,5-2,0 Глина - Решта.
У період лабораторних випробувань проведено експерименти щодо уточнення оптимального часу фільтроциклу (табл. 3).
Як видно знаведених даних, адсорбент-каталізатор має високу механічну міцність при високій ефективності. Збільшення часу фільтроциклу до 52 год дозволяє скоротити кількість промивок та витрату промивної води більш ніж у 2 рази.
Завдяки оптимальній геометричній структурі, розвиненій поверхні та високій каталітичній та сорбційній здатності адсорбент-каталізатор є універсальним фільтруючим матеріалом.
Застосування адсорбенту-каталізатора дозволяє вирішити проблему доочищення промислових та побутових стічних вод.
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
Спосіб доочищення стічних вод шляхом фільтрації через фільтруючу композицію, що складається з адсорбенту-каталізатора і шару, що підтримує, що відрізняється тим, що адсорбент-каталізатор складається з каталітично активних компонентів і глини-носія при наступному співвідношенні компонентів, мас.%: Пиритний огарок - 20 - 25 Натрій тетраборнокислий (бура) - 1,5 - 2,0 Скло - 1,5 - 2,0 Нафтовий кокс - 1,0 - 1,5 Глина - Рештаа