Очистка сточных вод: не только биология и химия, но и адсорбция 

Когда говорят про очистку сточных вод, сразу всплывают аэротенки, хлорка, мембраны. Многие забывают, а некоторые и не знают, что без качественной адсорбционной ступени часто не обойтись — особенно когда речь о стойких органических загрязнениях, цветности, запахах. Вот тут-то и начинается наша история, история про уголь.

Где классические методы дают сбой

Работал на одном химическом предприятии под Нижним Новгородом. Стоки после биоочистки всё равно шли с желтизной и специфическим ?химическим? душком. ПДК по некоторым органическим показателям били. Пробовали менять режимы, доаэрировать — эффект мизерный. Проблема была в том, что биология ?съедает? легкоокисляемую органику, а эти сложные ароматические соединения, побочные продукты синтеза, ей не по зубам.

Тогда и решили ставить пост-обработку на угольных фильтрах. Но не всё так просто. Взяли первый попавшийся активированный уголь, засыпали — через две недели сорбционная ёмкость упала почти до нуля, обратная промывка не помогала. Оказалось, структура пор была не та — в основном макропоры, которые быстро забиваются той самой мелкой взвесью, что прошла сквозь предыдущие ступени. Уголь работал как механический фильтр, а не как сорбент.

Это классическая ошибка — думать, что любой активированный уголь подойдёт. Нужно подбирать под конкретную задачу: под молекулы какого размера, какой природы. Для удаления, скажем, остатков красителей нужен уголь с развитой системой мезопор. Вот тут и пригодилась специализация таких поставщиков, как ООО Шэньму Тянье Экологические Технологии — они фокусируются именно на производстве активированного угля, а не продают его как сопутствующий товар. Это важно.

Гранулометрический состав — это не просто ?фракция?

Второй больной вопрос — размер гранул. В техпроектах часто пишут ?активированный уголь, фракция 2-4 мм?. И всё. А от этого зависит гидравлическое сопротивление, скорость проскока, возможность регенерации. Мы на одном из объектов перешли с дроблёного угля (так называемый ?дроблёнка?) на активированный уголь крупной фракции специальной формы — почти цилиндрические гранулы.

Разница оказалась существенной. Во-первых, падение давления в колонне уменьшилось, можно было подавать больший расход без риска выноса угольной пыли. Во-вторых, такая форма обеспечивает более равномерное протекание стоков, меньше каналообразования. Но и тут есть нюанс: для адсорбции очень мелких молекул ?крупная фракция? может проигрывать в скорости сорбции из-за меньшей удельной внешней поверхности. Приходится считать: либо ставим более тонкий слой мелкого угля и чаще меняем/регенерируем, либо толстый слой крупного, но с большим временем контакта.

На сайте tianye-environmental-protection-technology.ru видно, что компания разделяет продукты: активированный уголь из каменного угля дробленый и крупной фракции. Это правильный подход, позволяющий инженеру-технологу выбрать осознанно, а не брать ?что есть в наличии?.

Регенерация vs. утилизация — вечная дилемма

Многие заказчики хотят ?вечный? уголь. Но в условиях очистки промышленных стоков, особенно с высоким содержанием органики, термическая регенерация на месте — это мини-завод. Нужны печи, газоочистка (опять же!), строгий контроль температуры, чтобы не сжечь уголь. Часто экономически выгоднее оказывается не регенерировать, а утилизировать как отход IV класса и засыпать свежий.

Это горькая правда. Мы считали для производства лакокрасок: стоимость регенерационной установки, её обслуживания, энергозатраты, потери угля (до 15% за цикл) против покупки нового насыпного угля. При наших объёмах точка окупаемости была за горизонтом планирования. Поэтому выбрали схему с заменой. Ключевым стал вопрос стабильности поставок и качества от партии к партии. Если сегодня уголь работает 30 дней до проскока, а завтра — 20, технологический режим летит в тартарары.

Тут и важна роль надёжного производителя, который контролирует сырьё (тот же каменный уголь) и процесс активации. Резкие колебания в качестве — это головная боль для любого начальника очистных сооружений.

Интеграция в технологическую цепочку: не последняя ?коробочка?

Самая грубая ошибка — поставить угольные фильтры как последний барьер, не подготовив стоки. Если перед ними нет хорошей механической очистки (пескоуловители, фильтры тонкой очистки на 50-100 мкм), угольные ёмкости быстро превратятся в болото. Механические примеси забьют поры и пространство между гранулами.

У нас был случай на пищевом комбинате. Поставили уголь для финишной очистки и дезодорации. Но после флотатора оставалась мелкодисперсная взвесь жиров. Она не только забила уголь, но и образовала на гранулах плёнку, полностью блокирующую доступ к порам. Пришлось экстренно врезать полимерную установку флокуляции перед углём. Вывод: очистка сточных вод — это система, где каждый этап готовит воду для следующего. Адсорбция — не панацея, а филигранный инструмент.

Иногда, кстати, уголь имеет смысл ставить и на первой стадии, для улавливания токсичных для бактерий веществ, перед биологическим этапом. Но это уже совсем другая история и другие требования к углю.

Про эффективность и аналитику

Как понять, что уголь ?отработал?? Не по графику (раз в полгода меняем), а по факту. Ставим на выходе с угольных колонн простейший on-line анализатор на ХПК или УФ-поглощение при определённой длине волны (например, 254 нм для ароматики). Видим рост показателей — пора менять. Без этого мы либо теряем в качестве очистки, либо выбрасываем ещё работоспособный уголь.

И ещё один практический момент: насыпка угля в колонну. Казалось бы, засыпал и запускай. Но если засыпать его сухим и потом подать воду, образуются воздушные карманы, происходит расслоение фракций. Правильно — заливать колонну водой и засыпать уголь уже в воду, либо использовать систему вакуумной деаэрации при загрузке. Мелочь? Но из таких мелочей и складывается стабильная работа узла доочистки.

В общем, тема очистки сточных вод с применением адсорбентов — это целый пласт технологических решений, где нет шаблонов. Каждый случай требует анализа, подбора и, что немаловажно, качественного и предсказуемого материала. Когда видишь в спецификации не просто ?активированный уголь?, а чёткое указание на сырьё, метод активации, фракцию и адсорбционную ёмкость по конкретным веществам (как это детализируют серьёзные производители), это вселяет уверенность, что система будет работать как надо. Без сюрпризов. А на объекте с очистными сооружениями сюрпризы — это последнее, чего хочешь.