Апр 24 2003

Артамонов В.В., Асєєва Т.О., Василенко М.Г. Кременчуцький державний політехнічний університет

Опубликовано в 17:36 в категории Чистота воды и здоровье

КОНТАКТНА ТЕХНОЛОГІЯ ВИДАЛЕННЯ СІРКОВОДНЮ З ВОДИ


Артамонов В.В., Асєєва Т.О., Василенко М.Г.

Кременчуцький державний політехнічний університет

Підземні води, в яких міститься сірководень, широко розповсюд-жені в Україні, зокрема в Прикарпатті, Закарпатті та автономній рес-публіці Крим. Наявність у воді сірководню часто перешкоджає її вико-ристанню для господарсько-питного і промислового водопостачання.

Відомо[1], що у воді, яка містить сірководень, внаслідок утво-рення розчинного гідросульфіду кальцію  руйнується цемент і тому виходять з ладу бетонні труби та споруди. Внаслідок утворення гальванічних пар сульфіду заліза з залізом, з якого виго-товлені труби, відбувається інтенсивна корозія металевих трубопроводів.

Вдихання сірководню, що виділився з води в повітря, може при-вести до погіршення пам\’яті, катару верхніх дихальних шляхів, бронхі-ту, фурункульозу і кон’юнктивіту [2]. Присутність у повітрі 0,8 мг/л сірководню може стати причиною отруєння зі смертельним резуль-татом [3]. Тому допустимий вміст сірководню в питній воді за органо-лептичними показниками повинний бути не більшим за 2 бали, а кіль-кісно допустимий вміст сірководню в питній воді складає 0,05мг/л [4].

Оскільки підземні природні води зазначених вище регіонів містять концентрації сірководню значно більші від допустимих, постає необхідність видалення його на відповідних очисних спорудах.

Стосовно проблеми вибору технологій видалення сірководню з метою її використання для водозабезпечення конкретного населеного пункту, слід відзначити необхідність врахування комплексу показників, які свідчать про ефективність кожної з них. Природно, що серед цих показників перевагу мають ті, які при достатній ефективності видалення сірководню свідчать про екологічну та економічну доцільність вибраної технології.

Проведений аналіз [1,3] свідчить про певні переваги реагентного, з використанням гідроокису заліза, методу видалення сірководню.

При додаванні до сірководневої води суспензії гідрату окису заліза відбувається зв\’язування сірководню і гідросульфідних іонів з утворенням нерозчиненого сульфіду заліза:

                            ЗН2S + 2Fе(ОН )з  à 2Fе S + S + 6Н2О                        (1)

                           3НS- +2Fе(ОН)3+3Н+ à 2Fе S+S+6Н2О.                       (2)     

Після освітлення води, наприклад у відстійниках, осад сульфіду заліза може бути регенерований продувкою повітрям:

                             4Fе S + 3O2 + 6Н2О à 4Fе (ОН )з +4S.                       (3)

Як показали результати дослідів [5], при рН7,2 в результаті взаємодії сірководня з гідратом окису заліза та регенерації останнього утвориться в основному елементарна сірка. Для завершення процесу регенерації гідрату окису заліза із сульфіду заліза досить декількох хвилин продувки води повітрям.

Метод очищення води з застосуванням гідроокису заліза забезпечує повне видалення сірководню з води, оскільки гідроокис заліза взаємодіє активно як з сірководнем, так і з гідросульфідом, котрі при значеннях рН, звичайних для питної води, практично на 100% представляють форми сірководня в ній.

Можливість регенерації гідроокису заліза, яка є важливою перевагою реагентного методу видалення сірководню, дозволяє в значній мірі уникнути як формування значної маси екологічно шкідливих залізомістких відходів, так і суттєво скоротити потребу реагентів чи інших витратиних матеріалів на реалізацію цієї технології.

Поряд з зазначеними перевагами реагентного методу варто відзначити, що, як свідчить практичний досвід його застосування [6], цьому методу притаманні певні технологічні недоліки, усунення яких могло б сприяти покращенню його показників.

Перш за все йдеться про труднощі, пов’язані з необхідністю  точ-ного пропорційного дозування гідроокису заліза, витрата якого зале-жить не лише від кількості та співвідношення сполук сірководню в воді, а також від температури води, від гідродинамічних умов протікання реакції утворення сульфіду заліза в  камері реакції та формування його пластівців тощо.

Певний недолік типової реалізації реагентної технології видалення сірководню полягає також у складності видалення з води сульфіду заліза. Відомо [5], що сульфід заліза, сформований в об’ємі води в результаті реакції між сірководнем та гідроокисом заліза, зазвичай утворює суспензію досить високої (в тому числі і колоїдної) дисперсності. Така суспензія самовільно розділяється на тверду та рідинну фази або дуже повільно, або взагалі не розділяється на такі фази за практично сприйнятливий відрізок часу. Викликана цим необ-хідність інтенсифікації процесу розділення суспензії сульфіду заліза потребує використання коагулянтів чи флокулянтів, що додатково ускладнює технологію водоочистки та погіршує санітарно-екологічні показники реагентного методу очистки води.

Зазначені вище недоліки існуючої реагентної технології видален-ня сірководню з води застосуванням гідроокису заліза можуть бути усунені використанням її фільтрування через шар модифікованого зер-нистого завантаження, в якому безпосередньо формуються та затриму-ються тверді частки сульфіду заліза.

Формування сульфіду заліза безпосередньо в тілі фільтраційного завантаження може бути забезпечено подачею сірководневої води на фільтр, в завантаженні якого попередньо акумульований гідроокис заліза. Пропуск води через “заряджений” гідроокисом заліза фільтр найбільш повно використовує здатність гідроокису заліза до формування нерозчинної сполуки з сірководнем.

Можна припустити, що фільтраційне завантаження, модифікова-не у такий спосіб частками гідроокису заліза, діє за принципом дина-мічного адсорбера. В цьому випадку механізм видалення сірководню  розглядається [7] як модель Шилова пошарового (фронтального) відпрацювання шару адсорбента.

Необхідно підкреслити, що модель Шилова справедлива лише для систем адсорбтив – адсорбент із зігнутою ізотермою адсорбції по відношенню до осі абсцис, тобто спостерігається поступове і монотонне насичення адсорбента при підвищенні рівноважної концентрації адсорбтива в системі. При очистці природних та стічних вод якраз такий вид ізотерми адсорбції є найбільш характерним, тому ми маємо певні підстави вважати розглянутий вище механізм адсорбції придатним стосовно видалення сірководню з води.

Відомо [7], що рівняння динамічної адсорбції визначає умови ад-сорбції при режимі паралельного перенесення фронту адсорбції, який переміщується в шарі адсорбенту з постійною швидкістю   ,  а саме рівняння дає змогу розрахувати тривалість    захисної дії цього шару                           

                                     ,                                                  (4)

де   - коефіцієнт захисної дії  шару адсорбента;

     - втрата часу захисної дії шару адсорбента, обумовлена тим, що формування фронту адсорбції проходить не миттєво і потребує певного відрізка часу.

Коефіцієнт захисної дії легко визначається через швидкість руху фронта адсорбції                         .                                                     (5)                                               

Тоді рівняння (4) має вигляд, сприйнятливий для визначення його фізичного змісту            .                                                   (6)                                           

Величини, що входять в рівняння (6), можуть бути визначені з графіка, побудованого на основі експериментальних результатів адсорбції певного виду адсорбтива на вибраному для цього адсорбенті.

Тангенс кута похилу прямолінійної частини такого графіка дозволяє  експериментально визначити  величину коефіцієнта захисної дії шару адсорбента, тобто .

Відрізок, який відсікається на осі ординат продовженням до неї прямої лінії графіка, відповідає величині   , яка становить втрату часу захисної дії шару адсорбента.

Швидкість переміщення фронта адсорбції може визначатися з рівняння Вільсона [7]            ,                                         (7)

де   -  фіктивна (визначена діленням витрати потока води на площу перерізу адсорбера) швидкість потока води через шар адсорбента;

 - концентрація адсорбтива в воді, яка подається на адсорбцію;

 - концентрація адсорбтива в адсорбенті, рівноважна з початковою концентрацією адсорбтива в воді, яка подається на адсорбцію;

 - порозність шару адсорбента, яка визначає долю пор в шарі адсорбента, що знаходиться в адсорбері.               

Орієнтуючись на викладене стосовно адсорбції, виготовлена дослідна установка. В якості фільтраційного завантаження дослідної установки використовувались гранули спіненого полістиролу, оскільки цей фільтраційний матеріал, порівняно з іншими, має відомі переваги, особливо в частині спрощення процесу його промивки.

Модифікація здійснювалась шляхом фільтрування 0,1%-ної сус-пензії гідроокису заліза через шар фільтраційного пінополістирольного завантаження товщиною 1,2 м до накопичення в ньому гідроокису заліза в кулькості 2 кг/м2.

Водопровідна знехлорена вода забруднялась розчином Na2S з розрахунку 8 мг/л S2- і з швидкістю 5 м/год фільтрувалась через модифікований пінополістирол. Концентрація сполук сірководню в очишеній воді становила від слідів до 0,04 мг/л.

Втрата часу захисної дії визначалася тривалістю від початку фільтрування до появи чіткої чорної плівки через утворення сульфіду заліза в завантаженні і для зазначених умов дослідів в середньому становила   с., а швидкість руху фронта захисної дії приймалась рівною швидкості зростання товщини плівки в шарі пінополістиролу і становила   мм/с. Тривалість захисної дії становила 21 годину і визначалась появою у фільтраті сульфідів в концентрації, що перевищувала 0,05 мг/л.

 Таким чином, з використанням модельних розчинів експериментально підтверджена ефективність дії та справедливість  зазначеного механізму видалення сірководню з води по запропонованій контактній технології з використанням фільтраційного завантаження, модифікованого гідроокисом заліза.

ЛІТЕРАТУРА

1. Клячко В.А., Апельцин И.Э. Очистка природных вод. – М., Стройиздат, 1971

2. Клячко В.А., Асс Г.Ю., Левентон О.Л. Очистка от сероводорода природных и сточных вод. – “Водоснабжение и санитарная техника”, 1973, № 10

3. Gruhler J., Fliger K. Wege der Beseitigung von Schwefelwasserstoff. – “Wasserwirtschaft – Wassertechnik”. 1967, № 11

4. European Standars for Drinking Water. Geneva, 1970

5. Алферова Л.А., Титова Г.А. Графитовые материалы как катализаторы при очистке сточных вод от сероводорода и его натриевых   солей. – В сб. № 5: Очистка производственных сточных вод – М., изд. ВНИИ ВОДГЕО, 1973

6. Апельцин И.Э., Левентон О.Л. и др. Очистка дренажных вод от сероводорода методом его поглощения гидроокисью железа. – В сб.: Промышленность горнохимического сырья. – М., 1971

7. А.Г. Касаткин. Основные процессы и аппараты химической технологии. М., «Химия», 1973, С.750.

Нет пока ответов

Комментарии закрыты.