Zastosowanie procesów sorpcyjnych do usuwania zanieczyszczeń z niektórych ścieków przemysłowych

ZESZYTY NAUKOWE POLITECHNIKI ŚLĄSKIEJ

S e r ia : INŻYNIERIA SANITARNA z . 21 Nr k o l . 575

________ 1979

Wacław KUSZNIK Wanda PAWLITA

ZASTOSOWANIE PROCESÓW SORPCYJNYCH DO USUWANIA ZANIECZYSZCZEŃ Z NIEKTÓRYCH ŚCIEKÓW PRZEMYSŁOWYCH

S t r e s z c z e n ie . L ic z n e ¿ c i e k i przem ysłow e, pomimo zas toso w a n ia w ie - lo sto p n io w e g o p ro ce su o c z y s z c z a n ia obejm ującego b io d e g ra d a c ję

aa

d a l groźne d la o d b io r n ik a . Wynika to z o b e c n o ś ci zwięzków r e f r a k c y j ­ n ych , odpornych na b io d e g r a d a c ję , w yw ołujących w ysokie chem iczne za­

p o trzeb ow a n ia t le n u o ra z lntensyw nę barwę ściek ów o c z y s z c z o n y c h .D la u s u n ię c ia zwięzków r e f r a k c y jn y c h , a ta k ż e Innych z a n ie c z y s z c z e ń ze ś c ie k ó w , p rzy d a tn e sę metody s o r p c y jn a p rz y u ż y c iu w ę g li aktyw nych.

Wyboru w ę g li aktywnych d la o k re ś lo n e g o c e lu można dokonać jedynie na p odstaw ie badań. Wykonano s e r i ę p ró b , w k tó ry c h o k re ś lo n o z d o ln o ś ć s o r p c y jn ą k i lk u krajow ych w ę g li aktywnych w o p a r c iu o izo te rm ę s o r p - c j i o ra z ob serw acja k i n e t y k i p roce su e o r p c j l z e n le c z y s z c z e ń z wód fenolow ych o re z ście k ó w p o c e lu lo zo w y c h . W wyniku badań s tw ie rd z o n o , że z d o ln o ś ć s o r p c y jn a z a le ż y m .in . od ro d z a ju w ę g la ,Je g o p o s t a c i o- ra z c h a r a k te r u sortow anych z a n ie c z y s z c z e ń . Spośród badanych w ę g li najw yższę z d o ln o ś ć s o r p c y ln ę w o d n ie s ie n iu do z e n le c z y s z c z e ń ś c i e ­ ków p oce lu lo zo w ych w ykazał p y l l s t y w ę g ie l C s rb o p o l H -3 .Z d o ln o ś ć sorp­

cy jn a badanych w ę g li b y łe w ie lo k r o t n ie wyższa w przypadku wód feno­

lowych n iż ściek ó w p o c e lu lo zo w y c h . S tw ie rd zo n o ró w n ie ż, że p roces s o r p c j i w in ie n być zw ykle poprzedzony fizy k o ch em iczn y m i metodami wstępnego p o d c z y s z c z e n ia .

Rozwój przemysłów ch em iczn ej p r z e r ó b k i p a liw s t a ły c h ,c e lu lo z o w o - p a p ie r ­ n ic z e g o o ra z c i ę ż k i e j s y n t e z y o r g a n ic z n e j powoduje, że z a g a d n ie n ia o czy ­ s z c z a n ia ściek ów przem ysłowych z a w ie ra ję c y c h s u b s ta n c je o rg a n ic z n e J e s t n ad a l a k tu a ln e i o tw a rte . Odpow iednie a k ty prawne o ra z w zględy ekonomicz­

ne n a r z u c ił y sposób postępow ania z wodami odpadowymi, p o le g a ję c y na d z ia ­ ła n iu w ielostop n io w ym . Pow szechnie uważa s i ę , że w p ie rw s z e j k o le j n o ś c i n a le Z y stosow ać metody m echaniczne i fiz y k o c h e m ic z n e , pozw alaJęce na s k la ­ row anie ściek ów o ra z czę ś cio w y odzysk s u b s t a n c j i o r g a n ic z n y c h . W drugim e t a p ie o c z y s z c z a n ia n a jk o r z y s t n ie js z y m i o k a z a ły s i ę metody b io d e g r a d a c ji [ l , 2 ] . Po p r o c e s ie b io d e g r a d a c j i opartym na z d o ln o ś c i ro zk ła d u su b sta n ­ c j i o rg a n icz n y ch p rze z m ieszane p o p u la c je aklim atyzow anych drobnoustrojów , s t o s u je s ię zw ykle z a b ie g i majęce na c e lu ochronę od b io rn ik ów wodnych przed wtórnym z a n ie c z y s z c z e n ie m . P ó le g a ję one na n i t r y f i k a c j i 1 d e n i t r y f l - k a c j i bądź u s u n ię c iu fosforan ów ze ścieków o czy szczon ych b io lo g i c z n i e . P o ­ mimo tr z e c h s t o p n i o c z y s z c z a n ia , ś c i e k i przemysłowe o dpływ ające z o czy ­ s z c z a l n i b io lo g ic z n y c h ce ch u je c z ę 3 to znaczne chem iczne zapotrzebow anie t le n u o ra z c h a r a k te r y s ty c z n a ciemna barwa. Typowy p r z y k ła d stan ow ię ś c i e ­ k i feonolow e o ra z pocelu lo zo w e [3 , 4 , 5 ] . D la u s u n ię c ia zwięzków re fra k cy j­

6 6

W. Kusznik, W. Pawlita

nych o ra z n ie k tó r y c h z a n ie c z y s z c z e ń z ty ch ściek ów p rzy d a tn e wydają się być metody s o r p c y jn e [4, 6 , 7 , 8 ] ,

Istotnym zagadnieniem w p r o c e s ie o c z y s z c z a n ia ścieków metodą s o rp cy jn ą J e s t dosto sow anie n a j b a r d z ie j odpow iedniego węgla aktywnego, d la każdego ro d za ju s u b s t a n c j i r e f r a k c y jn y c h . Stosowane o b e cn ie metody ocońy p r z y d a t­

n o ś c i w ę g li aktywnych n ie t y lk o r ó ż n ię s i ę z n a c z n ie między s o b ą ,le c z rów­

n ie ż są mało p rzy d a tn e p rz y wyborze w ę g li do o c z y s z c z a n ia ście k ó w . P r z y ­ kładow o, o k r e ś le n ie l i c z b y m ilig ra m o w e j, m etylenow ej, cz y zastosow anie ska­

l i FINAD n ie d o s ta r c z a in f o r m a c j i o s o r p c j i produktów ro zk ła d u fe n o lu lu b związków lig n in o w y c h [

9

k re tn y ch w ę g li aktywnych w p r o c e s ie o c z y s z c z a n ia ścieków d ecydują odpowied­

n ie b a d a n ia . Wykonaną pracę pośw ięcono o c e n ie p r z y d a t n o ś c i k i lk u k r a jo ­ wych w ę g li aktywnych do końcowego o c z y s z c z a n ia ściek ów fenolow ych i poce- lu lo zo w y c h .

Część d o św ia d cza ln a

Badania proce su s o r p c j i , prowadzone w warunkach e t a t y c z n y c h , m ia ły na c e lu dokonanie wyboru n a jb a r d z ie j efektyw nych w ę g li aktywnych do usuwania z a n ie c z y s z c z e ń ze ścieków fenolow ych o ra z związków r e fra k c y jn y c h ze ś c i e ­ ków z p r o d u k c ji c e lu lo z y s ia rc z y n o w e j i s ia r c z a n o w e j. Zgodnie z danymi l i ­ teratu row ym i [7 , l l ] Jako k ry te riu m oceny p r z y d a t n o ś c i w ę g li p r z y ję t o ic h zd o ln o ś ć s o rp cy jn ą wyznaczaną w o p a r c iu o izo te rm ę a d s o r p c j i o ra z sz y b ­ kość procesu s o r p c j i z a n ie c z y s z c z e ń .

S u b s tr a ty badań

Badania p ro ce su s o r p c j i prowadzono p rz y u ż y c iu roztw oru m ie sza n in y fe ­ n o l i w w odzie w odociągow ej, napow ietrzanego p rze z okres B g o d z in . Celem omawianego fragm entu p ra c y b y ło u zy s k a n ie odpow iedzi na p y t a n ie ,c z y z w ią z­

k i o d p o w ie d z ia ln e za barwę i dość znaczne ChZT ścieków fenolow ych o c z y s z ­ czonych t r a d y c y j n ie p o d le g a ją s o r p c j i . Do przygotow ania roztw oru u ż y to :

- h ydrochinonu w i l o ś c i 30 mg/dm3 , - fe n o lu - 60 mg/dm3 ,

- p - k r e z o lu - 40 mg/dm ,

3

- * - n a f t o l u - 20 mg/dm3 , - thymolu - 20 mg/dm3 ,

- r e z o r c y n y -

C hem iczne

z a k r e s i e

Zastosowanie procesów sorpcyjnych.. '67

W przypadku ściek ów p o c e lu lo z o w y c h , próby do badań procesu s o r p c j i po­

b ie ra n o z odpływu la b o r a t o r y j n e j komory n a p o w ie trz a n ia ściek ów z osadem czynnym. Chemiczne zap o trze b o w a n ie t le n u b i o l o g i c z n i e oczy szczo n ych ś c i e ­ ków z p r o d u k c ji c e lu lo z y s ia rc z y n o w e j wahało s i ę od 350 do 580 mg 02/dm3 , natom iast s t ę ż e n ie kwasów lig n in o s u lfo n o w y c h KLS w y n o s iło od 95 do 163 mg/dm3 . C h a ra k te ry s ty c z n a ciemnobręzowa barwa śc ie k ó w , wywołana obecnością związków lig n in o w y c h , b y ła rzędu 200 mg Pt/dra3 . ChZT ściek ów z p r o d u k c ji c e lu z o z y s ia rc z a n o w e j m ie ś c iło s i ę w z a k r e s ie od 212 do 480 mg O^dm3 a za­

w artość a l k a l i l i g n i n ALN w y n o s iła od 33 do 250-mg/dm3 , barwa -JOOmg Pt/dm3.

Do badań p ro ce su

s o r p c j l

Z - 3 , Z - 4

Z-5 o c h a r a k te r z e zasadowym o ra z p y l i s t y w ę g ie l

H-3

nym. Wymienione

w ę g l e ,

c i b o r z u , o t r z y m y w a n e

z

nego [ 9 ] ,

do

N,A

ARZ,

k tó ra są produkowane p rz e z Z a k ła d y S u ch ej D e s t y l a c j i Drewna w Hajnówce.

S o rb e n ty

t e o tr z y m y w a n e

z

lonego węgla kamiennego i sm oły p rep arow ane j.

Na p odstaw ie badań w stępnych, k tó re p o le g a ły na o k r e ś le n iu w ie lk o ś c i u s u n ię c ia ChZT na p o a zczeg ó ln y ch w ę g la ch ,d o d a ls z y c h s e r i i d o ś w ia d c z a l­

nych wytypowano! w przypadku ściek ó w fenolow ych - w ęgle Z - 3 ,

N,

H - 3 , N

Metodyka badań a n a lit y c z n y c h

A n a lit y c z n ą k o n ro lę p rz e b ie g u proce su s o r p c j i s ta n o w iło o z n a cze n ie chem icznego zap o trze b o w a n ia tle n u ChZT - metodą ekróconą wg m o d y f ik a c ji a m e ry k a ń s k ie j. W ś c ie k a c h p o celu lo zo w ych dodatkowo o k re ś la n o s t ę ż e n ie związków lig n in o w y c h s t o s u j ą c metodę n it r o z o lig n in o w ą . Powyższe ozn a cze ­ n ia wykonywano zarówno w ś c ie k a c h surowych ja k 1 o c zy s z cz o n y c h .

P rz e b ie g i w y n ik i badań

W yznaczanie iz o te rm a d s o r p c j i z a n ie c z y s z c z e ń

W c e lu w yznaczen ia iz o te rm a d s o r p c j i, do szereg u b u te le k z a w ie ra ją c y c h po 300 cm3 ściek ów dodawano zmienne dawki wybranych w ę g li aktywnych w i - lo ć c ia c h : 0 , 5 ; 1 ,0 ; 2 , 0 ; 3 ,0 ; 4 , 0 ; 5 ,0 ; 6 ,0 i 8 ,0 g/dm3. Próby w y trzą s a ­ no p rze z okres 4 g o d zin na w s trz ą s a rc e m echanicznej a n a s tę p n ie p o z o s ta ­ w iono na 20 g o d zin d la u s t a le n ia e ię równowagi a d s o r p c y jn e j. Po 24 g o d z in ­ nym, c z a s ie k on ta k tu w p o szcze g ó ln y ch roztw orach (po p r z e s ą c z e n iu ) o k re ­ ś lo n o

ChZT. Na

z w ią z k ó w

ChZT)

6 8

W. Kusznik, tf. Pawlita

R y s . 1 . I z o t e r m y a d s o r p c j i zw ią zków o r g a n i c z n y c h z wód f e n o l o w y c h

Zastosowanie procesów sorpcyjnych... 69

R ys. 2 . Izo te rm y a d s o r p c j i zwięzków o rg a n ic z n y c h ze ściek ó w z p r o d u k c ji c e lu lo z y s ia rc z y n o w e j

70 W. Kusznik, W. Pawllta

R ys. 3. Izoterm y a d s o r p c j i zwięzków o rg a n icz n y ch

za

Z e s t a w ie n ie w a r t o ś c i w spó łczynników K i n o ra z z d o ln o ś c i s o r p c y jn e j badanych w ę g li

Tabela 1

R o d z a j ś c i e k ó w

?odzaj

w ę g l a

Wody fenolow e Ś c i e k i z p r o d u k c ji c e lu lo z y s ia rc z y n o w e j

ś c i e k i z p r o d u k c ji c e lu lo z y s ia rc z a n o w e j

K n

X

m

mg/g

K n

X

m

mg/g

K n

X

m mg/g

Z -3

2 1 , 5 . 1 0 °

H-3

N 0 , 2 . 1 0 " 2

83 i 4

ARZ 4 , 9

A

Zastosowanieprocesówsorpcyjnych

7 2

W. Kusznik, W. Pawllta

n ieg o s o rb e n tu . W y k re ś la ją c z a le ż n o ś ć w ie lk o ś c i s o r p c j i £ od s t ę ż e n ia równoważnego w ro ztw o rze , uzyskano krzywe w y k ła d n ic z e , k tó re można o p is a ć następującym równaniem [ 15] :

g d z i e ;

x - i l o ś ć aasorbowanych z a n ie c z y s z c z e ń , mg ChZT/g;

m - dawka w ę g la, g;

C - s t ę ż e n ia równoważne w ro z tw o rz e , mg ChZT/dra3 ; K, n - w s p ó łc z y n n ik i wyznaczane d o ś w ia d c z a ln ie .

Powyższa z a le ż n o ś ć p rzed staw io na w s k a l i lo g a r y t m ic z n e j p rzy jm u je po- e t a ć :

lo g » lo g K + n lo g C

Oest to równanie p r o s t e j , na podstaw ie k t ó r e j można w yznaczyć w spół­

c z y n n ik i K i n o ra z o k r e ś l i ć w ie lk o ś ć s o r p c j i d la wymaganego s t ę ż e n ia końcowego.

Izoterm y a d s o r p c j i z a n ie c z y s z c z e ń ścieków fenolow ych zobrazowane w u- k ła d z ie lo g arytm iczn ym p rze d staw io n o na rysunku 1.

Podobne z a le ż n o ś c i otrzym ane d la ścieków z p r o d u k c ji c e lu lo z y s i a r c z y ­ nowej o b ra z u je rysunek 2 , n atom ia st d la ścieków z p r o d u k c ji c e lu lo z y s i a r ­ czanowej - rysunek 3. W ie lk o ś c i w spółczynników K i n o ra z wartości sorp­

c j i uzyskane d la końcowego ChZT równego 100 mg Og/dm3 zesta w io n o w ta b e ­ l i 1.

Badania k i n e t y k i a d s o r p c j i

K o le jn a s e r i a dośw iadczeń mająca na c e lu w yznaczenie k i n e t y k i p r z e b ie ­ gu proce su s o r p c j i . prowadzona b y ła w sposób n a s tę p u ją c y : do prób ścieków o o b j ę t o ś c i 300 cm3 dodawano s t a ł ą dawkę każdego z wytypowanych w ę g li w i l o ś c i 3 ,0 g/dm3 . Przygotowane próby w ytrząsan o p rze z okres 10, 20, 30, 45, 60, 90, 120, 150, 180 i 240 m in ut. Dodatkowo, w c e lu o k r e ś le n ia c a łk o w it e j z d o ln o ś c i s o r p c y jn e j badanych w ę g li, Jedną z prób pozostaw iono w kon t a k c ie z sorbentem p rze z okres 24 g o d z in . Po p r z e s ą c z e n iu p ró b , w klarow ­ nym f i l t r a c i e wykonywano o zn a cze n ia ChZT i związków lig n in o w y ch (w p rz y ­ padku ścieków p o c e lu lo zo w y c h ). P r z e b ie g proce su s o r p c j i w z a le ż n o ś c i od czasu k o n taktu ścieków z węglem aktywnym p rzed staw io no na rysunkach 4, 5, 6 , 7 1 8 . Na podstaw ie uzyskanych wyników o b lic z o n o rów nież cza s,w którym n a s tę p u je w yczerp anie połowy z d o ln o ś c i s o r p c y jn e j badanych sorbentów . O tf mana w a r t o ś c i, wraz z uw zględnieniem c a łk o w it e j z d o ln o ś c i s o r p c y jn e j w ę g li w ' jnych warunkach prow adzenia p ro ce s u , p rze d staw io n o w t a b e l i 2.

Zagłosowanieprocesówsorpcyjnych

• - M49'*' N

• - ACZ

• - «991 « 1 2 - 3

150 130

czas kontaktu min

Rys. 5. Szybkość adsorpcji zwięzków organicznych zs ścieków z produkcji celulozy siarczynowej

X r-

m mgch2T7gm»i.

1,5

Zastosowanieprocesówsorpcyjnych

Rys'. 7. Szybkość adsorpcji związków organicznych ze ścieków z produkcji celulozy siarczanowej

Rys. 8. Szybkość adsorpcji A L N na węglach aktywnych

Zastosowanieprocesówsorpcyjnych

78 W. Kuszr.ik, w. Paw lita

T a b e la 2

Porównanie w ła s n o ś c i s o rp c y jn y c h badanych w ę g li aktywnych

Rodzaj ścieków

Rodzaj węgla

W o d y fenolow e

ś c i e k i z p r o d u k c j i C 3 l u l o z y s i a r c z y n o w e j

ś c i e k i z p r o d u k c j i c e l u l o z y s i a r c z a n o w e j

X m

mg/g

*0,5

min

m mg/g

*0,5

m i n

Tn

mg/g

*0,5

m i n

Z-3 70 ,0 2 33,0 21 3 6 ,0 300

N 52,6 6 33,6 30 50,3 45

ARZ 50,5 10 2 2 ,0

7

A 6 1 ,5 20 - - - -

Omówienie wyników

B adania p roce su s o r p c j i , przeprow adzone w warunkach s t a t y c z n y c h ,d o s t a r ­ c z a ją wstępnych in f o r m a c j i na temat p r z y d a t n o ś c i w ę g li aktywnych do usuwa­

n ia z a n ie c z y s z c z e ń ze ścieków fenolow ych i p o ce lu lo zo w ych . W badan iach sto­

sowano granulow any w ę g ie l aktywny "C arb op o l" 2 -3 o u z ia r n ie n iu 1-3 mm o- ra z węgle formowane typu N, ARZ i A . Wybór w ę g li podyktowany b y ł m ożliw o­

ś c ią zas to so w a n ia w dalszym e t a p ie z łó ż s o rp cy jn y ch do końcowego o c z y s z ­ c z a n ia ściek ów przem ysłow ych. W przypadku ścieków p o celu lo zo w ych dośw iad­

c z e n ia prowadzono rów nież p rz y u ż y ciu węgla H -3, k t ó r y d o s ta rc z a n y j e s t p rz e z producenta je d y n ie w p o s t a c i p y l i s t e j ; badania te m ia ły na c e lu po­

równanie w ła s n o ś c i te go s o rb e n tu z p o z o s ta ły m i węglami aktywnymi.

Z d o ln o ś ć s o rp c y jn ą w ę g li aktywnych o k re ś la n o na podstaw ie iz o te rm ad­

s o r p c j i z a n ie c z y s z c z e ń o r g a n ic z n y c h . Izoterm y w ykreślone w s k a l i lo g a r y t ­ m iczn ej mają c h a r a k te r p r o s t o lin io w y , co pozwala na w yznaczen ie w ie lk o ­ ś c i w spółczynników K i n , k tó re u n ie m o ż liw ia ją o b l ic z e n ie z d o ln o ś c i s o r p - c y jn e j badanych w ę g li w dowolnych warunkach prow adzenia proce su s o r p c j i ( ta b e la 1 , r y s u n k i 1, 2 i 3 ). W przypadku roztw oru związków fen olow ych , s tw ie rd z o n o , że d la u zy sk a n ia końcowego ChZT rzędu 100 mg 02/dm3 , n a jw ię k - szą z d o ln o ś c ią s o rp c y jn ą c h a r a k te r y z u je s i ę w ę g ie l Z -3 , natom iast o k r e ś lo ­ ne w ty ch samych warunkach w ła s n o ś c i w ę g li N i ARZ są z b liż o n e ( ta b e la 1).

W ęgiel Z-3 p o sia d a zdecydowanie wyższą z d o ln o ś ć so rp cy jn ą od p o z o s ta ły c h sorbentów d la stę że ń końcowych m niejszych n iż 100 mg 02/dm3 (rysunek 1 ) . Ponieważ w ykreślone iz o te rm y p r z e c in a ją s i ę można zauważyć, że w z a k r e s ie stę że ń od 100 do 130 mg 0 2/'dm~’ z d o ln o ś c i s o rp cy jn e w ę g li Z -3 i A są z b l i ­ żone.

Na podstaw ie iz o te rm a d s o r p c ji z a n ie c z y s z c z e ń ścieków pocelulozow ych s tw ie rd z o n o , że najw yższą z d o ln o ś ć s o rp c y jn ą d la obu rodzajów ścieków wy-

Zastosowanie procesów sorpcyjnych...

k a z u je w ę g ie l aktywny H-3 (rysunek 2 i 3 ) . Moina to tłu m aczyć zarówno py- l i s t ę p o s ta c ią s o r b e n tu , ja k i je g o kwaśnym ch arak tere m , k t ó r y wpływa na z w ię k s z e n ie s t o p n ia u s u n ię c ia związków lig n in o w y c h . W przypadku ścieków z p r o d u k c ji c e lu lo z y s ia rc z y n o w e j najw yższą z d o ln o ś ć s o r p c y jn ą sp o śró d wę­

g l i granulow anych w ykazuje w ę g ie l N, n ato m ia st w ła s n o ś c i s o r p c y jn e w ę g li Z -3 i

ARz

d a n ia a o r p c j i z a n ie c z y s z c z e ń ściek ó w z p r o d u k c ji c e lu lo z y s ia rc z a n o w e j wy­

k a z a ły , Ze w z a k r e s ie s tę ż e ń końcowych n lZ s z y c h od 100 mg C^/dm3 , najwyż­

szą z d o ln o ś ć s o r p c y jn ą p o s ia d a w ę g ie l Z - 3 , n ato m ia st p rzy s t ę ż e n ia c h wyż­

szych od t e j w a r t o ś c i - w ę g ie l formowany N (rysunek 3 ) .

N a le ży p o d k r e ś l ić . Ze na p od staw ie iz o te rm a d s o r p c j i można dokonać wy­

boru węgle n a j b a r d z ie j odpow iedniego d la wymaganego za k re su s tę ż e ń końco­

wych. Z porów nania z d o ln o ś c i s o rp c y jn y c h badanych w ę g li w o d n ie s ie n iu do z a n ie c z y s z c z e ń t r z e c h rodzajów ściek ów przemysłowych w yn ik a . Ze najw yższe, w a r t o ś c i uzyskano w przypadku wód fe n o low y ch , n a j n iż s z e d la ściek ó w z p ro ­ d u k c j i c e lu lo z y s ia r c z y n o w e j. Otrzymane w y n ik i po zw a la ją ró w nocześnie na o k r e ś le n ie zap o trzeb ow a n ia węgla na p o d staw ie n a s tę p u ją c e j z a l e ż n o ś c i :

g d z ie :

m - zap o trze b o w a n ie w ę g la , g/dm3 ,

Ca - s t ę ż e n ie z a n ie c z y s z c z e ń w ś c ie k a c h surow ych, mg/dm3 ,

C0 - s t ę ż e n ie końcowe z a n ie c z y s z c z e ń w ś c ie k a c h oczyszczonych,m g/dm 3,

K, n - w s p ó łc z y n n ik i o k r e ś lo n e d o ś w ia d c z a ln ie .

Przykład ow o , j e ż e l i ChZT ściek ów surowych w ynosi 500 mg O^dm3 , n a to ­ m iast s t ę ż e n ie końcowe ma w ynosić 100 mg O^/dm3 , to i l o ś ć węgla Z-3 w przy­

padku roztw oru zwięzków fenolow ych b ę d z ie w y n o s iła 2 ,0 g/dm3 , d la ścieków z p r o d u k c ji c e lu lo z y s ia rc z a n o w e j - 6 ,5 g/dm3 . w ty ch samych warunkach i - lo ś ć w ęgla N k o n ie cz n a do u s u n ię c ia z a n ie c z y s z c z e ń ze ścieków z produk­

c j i c e lu lo z y s ia rc z y n o w e j w y n ie s ie o k o ło 53 g/dm3 .

Prow adzenie s o r p c j i je d n o s to p n io w e j b ę d z ie w ięc wymagało znacznych da­

wek w ę g li aktyw nych, p rz y czym ic h z d o ln o ś ć s o rp c y jn a n ie z o s t a n ie c a łk o ­ w ic ie w y k o rzystan a . Lep sze w y k o rz y s ta n ie w ła s n o ś c i w ę g li prawdopodobnie u- zyska s ię w p r o c e s ie s o r p c j i d y n a m iczn e j.

W ed łu g d a n y c h l i t e r a t u r o w y c h [ l l ] d r u g im i s t o t n y m k r y t e r i u m o c e n y p r z y ­ d a t n o ś c i w ę g l i a k ty w n y c h w p r o c e s i e o c z y s z c z a n i a ś c i e k ó w p o w in n a b y ć k i n e ­ t y k a s o r p c j i . P r z e p r o w a d z o n e o b s e r w a c j e w y k a z a ł y , ż e w ę g l e

i

z a s t o s o w a n e d o o c z y s z c z a n i a wód f e n o l o w y c h , n i e r ó ż n i ł y 3 i ę s z y b k o ś c i ą p r z e ­ b i e g u p r o c e s u s o r p c j i , n i e z n a c z n i e n i ż s z e w a r t o ś c i u z y s k a n o d l a w ę g la f o r ­ m ow anego

( r y s u n e k

1

80 W. Kusznik,

Pawlita

Podobne badania prowadzono d la ¿cieków p o celu lo zo w ych ,o d n o szę c u zy sk a - ne w a r to ś c i s o r p c j i w c z a s ie zarówno do o g ó ln e j i l o ś c i zwięzków o r g a n ic z ­ nych, ja k rów nież do c h a r a k te r y s ty c z n y c h s k ła d n ik ó w ty ch ściek ów - zw ią z­

ków lig n in o w y c h . P ra ce d ośw ia d cza ln e w sk a zu ję , że szyb ko ść a d s o r p c j i z a ­ n ie c z y s z c z e ń ściek ów z p r o d u k c ji c e lu lo z y s ia rc z y n o w e j d la badanych w ę g li Z -3 , N i ARZ j e s t z b liż o n a (rysunek 5 ) . Można p r z y ję ć , że równowaga adsorp­

c j i p r a k ty c z n ie u s t a la s ię po 4 g o d zin ach p ro ce s u . Z n a c zn ie w iększe z r ó ż ­ n ico w a n ie w ła s n o ś c i w ę g li obserwowano podczas s o r p c j i kwasów l i g n l n o s u l f o - nowychj n a j s z y b c ie j z w ię z k i te sę sorbowane na węglu ARZ (rysunek 6 ) . W przypadku ściek ów z p r o d u k c ji c e lu lo z y s ia rc za n o w e j n a jn iż s z a j e s t sz y b ­ kość a d s o r p c ji z a n ie c z y s z c z e ń na węglu Z -3 , n atom iast dwa p o z o s ta łe węgle p o s ia d a ję w ła s n o ś c i z b liż o n e (rysunek 7 ) . Z k o l e i obserw acje s o r p c j i a lk a - l i g n i n w yk a zały , że n ajw ięk szę s z y b k o ś c ię a d s o r p c j i ty ch s k ła d n ik ó w cha­

r a k t e r y z u je s i ę w ę g ie l Z -3 (rysunek 8 ) .

Badania k i n e t y k i a d s o r p c j i d o s t a r c z y ły in f o r m a c j i , że p roce s ten p rz e ­ b ie g a z n ajw ię k szę in te n s y w n o ś c ię w c ię g u 60 m in u t. Do i n t e r p r e t a c j i u zys­

kanych wyników p osłu żon o s i ę ró w n ie ż, zgo d n ie z danymi lit e r a t u r o w y m i [ l i , 16 ], o k re ś le n ie m czasu w którym n a s tę p u je w yczerp anie połowy c a łk o w it e j z d o ln o ś c i s o r p c y jn e j badanych w ę g li aktywnych ( ta b e la 2 ) . S tw ie rd z o n o , że w przypadku wód fenolow ych czas ten J e s t n a jk r ó t s z y d la węgla Z - 3 , a na­

s t ę p n ie d la węgla N. B adania wykonane d la obu rodzajów ścieków p o c e lu lo ­ zowych w y k a z a ły , że n ajkró tszym czasem s o r p c j i potrzebnym do o s ię g n ię - c i a połowy z d o ln o ś c i s o r p c y jn e j c h a r a k te r y z u je s ię w ę g ie l formowany ARZ, k t ó r y jednak p o s ia d a n a jn iż s z ę w artość z d o ln o ś c i s o r p c y j n e j . D la te g o też p rz y o c e n ie p r z y d a t n o ś c i badanych w ę g li do o c z y s z c z a n ia ścieków n a le ż y o- bydwa param etry rozpatryw ać rów n o cześnie.

O g ó ln ie n a le ż y p o d k r e ś lić , że zas toso w a n ie granulow anych w ę g li aktyw­

nych do końcowego o c z y s z c z a n ia ściek ów fenolow ych n ie b ę d z ie s tw a rz a ło tr u d n o ś c i z uwagi na znaczne z d o ln o ś c i s o r p c y jn e badanych sorbentów i sto - eunkowo k r ó t k i czas p rze b ie g u proce su s o r p c j i * ' . N ie w ie lk a z d o ln o ś ć s o r p ­ cy jn a w ę g li granulow anych, zastosow anych do o c z y s z c z a n ia ściek ów z pro­

d u k c j i c e lu lo z y siarczy n o w ej,n a su w a w n io sek, że b a r d z ie j k o rz y s tn e b yłob y sto sow an ie węgla p y lis t e g o "C arbopolu" H-3 o c h a r a k te r z e kwaśnym lu b p ro ­ wadzenie procesu s o r p c j i p rzy niższym o d c zy n ie ście k ów . Dodatkowym k r y t e ­ rium oceny p r z y d a t n o ś c i w ę g li granulow anych powinna być ic h w ytrzym ałość m echaniczna i hydrauliczna; n atom iast p rzy sto sow an iu w ę g li p y lis t y c h n a le ­ ż a ło b y u w zględn ić sposób o d d z ie la n ia węgla od oczy szczon ych ścieków ora z m ożliw ość powtórnego w y k o rz y s ta n ia sorbentów w p r o c e s ie s o r p c j i z a n ie c z y ­ s z c z e ń .

' ~

N a le ży s i ę sp o d zie w a ć, że w przypadku b io lo g i c z n i e o czyszczo n ych ś c i e ­ ków fenolow ych uzyskane e f e k t y będę n iż s z e , z uwagi na obecność w ś c i e ­ kach m e tab olitów i Innych z a n ie c z y s z c z e ń n ie fe n o lo w y c h .

Zastosowanie procesów sorpcyjnych... 81

W nioski

1 . Wyboru w ę g li aktywnych do usuwania s u b s t a n c j i r e fr a k c y jn y c h ze ¿cieków przemysłowych można dokonać J e d y n ie na p odstaw ie badań procesu s o r p c j i . N ajdogo dn iejszym sposobem oceny w ła s n o ś c i s o rp c y jn y c h w ę g li aktywnych J e s t w yznaczanie z d o ln o ś c i s o r p c y j n e j , w o p a r c iu o izote rm ę a d s o r p c j i z a n ie c z y s z c z e ń o ra z k i n e t y k i p ro c e s u . P rz y o c e n ie p r z y d a t n o ś c i w ę g li ' obydwa param etry n a le ż y ro zp atryw ać ró w n ocze śnie .

2 . W o p a r c iu o wyznaczone w ie lk o ś c i dokonano wyboru n a s tę p u ję c y c h w ę g li g ran u low an ych :

- d la ściek ó w fenolow ych - "C a rb o p o l" Z - 3 j

- d la ście k ów z p r o d u k c ji c e lu lo z y s ia rc z y n o w e j - w p ie rw s z e j k o le jn o ­ ś c i "C a rb o p o l" Z - 3 , n a s tę p n ie w ę g ie l formowany N;

- d la ściek ó w z p r o d u k c ji c e lu lo z y s ia rc z a n o w e j - w p ie rw s z e j k o le j n o ­ ś c i w ę g ie l N, n a s tę p n ie "C a rb o p o l" Z -3 .

3 . B a d ania porównawcze z "Carbopolem" H-3 w yk a zały, że w ę g ie l p y l l s t y o c h a r a k te r z e kwaśnym p o s ia d a 1 0 - k r o t n le wyższę z d o ln o ś ć s o rp c y jn ę w od­

n ie s i e n iu do z a n ie c z y s z c z e ń ściek ó w pocelu lo zo w ych n iż węgle granulow a­

ne.

4 . Z d o ln o ś ć s o r p c y jn a badanych w ę g li b y ła w ie lo k r o t n ie w yższa w przypadku wód fenolow ych n iż w przypadku ściek ów pow stajęcych p rz y p r o d u k c ji ce­

l u l o z y s ia r c z y n o w e j. Rów nocześnie s tw ie rd z o n o , że z a n ie c z y s z c z e n ia ście ­ ków z p r o d u k c ji c e lu lo z y s ia rc z a n o w e j będę w większym a to p n iu sorbowa- ne na w ęglach aktywnych n iż z a n ie c z y s z c z e n ia ściek ów pocelu lo zo w ych pierw szego r o d z a ju .

5. Z a stoso w a n ie p ro ce su s o r p c j i powinno być poprzedzone innym i metodami o c z y s z c z a n ia ś c ie k ó w , w k tó ry c h n a s tę p u je o b n iż a n ie s t ę ż e n ia z a n ie c z y ­ s z c z e ń , co z m n ie js z a zap o trzeb o w a n ie w ę g li aktyw nych.

LITERATURA

[1] M einck F . , S t o f f H. , K o h ls c h iit t e r H . : Ś c i e k i przem ysłow e. A rk a d y , war­

szawa 1975.

[2] K o z io ro w s k i R . : O c z y s z c z a n ie ściek ó w przem ysłow ych. WNT,Warszawa 1975.

[3] Grossman A . , G ru d zie ń 0 . , ś le p o w ro n s k i 3. A k tu a ln e badania nad usu­

waniem zwlęzków fenolow ych ze ściek ó w k o k sow n iczych. K ok s,S m o ła, Gaz, 10, 5, 1969.

[4] R e p o rt: Advanced p o l l u t i o n abatement te ch n o lo g y in the p u lp and paper in d u s t r y - O r g a n ls . f o r economic co - o p e r a t io n and developm ent, Pa­

r i s 1972.

[5] Fuchs R . E . : D e c o lo r i z a t i o n o f p u lp m i l l b le a c h in g e f f l u e n t s u sin g ac­

t iv a t e d carbon" - N a t io n a l C o u n c il f o r Stream Improvement T e c h n ic s ) B u l l e t i n , 181. 7 , 1969.

82

W. K u s z n i k . W . Pawllta

[6] R iz z o D .L . : G r a n u la r carbon f o r w astew ater tre a tm e n t” - Water and Se­

wage Works 118, 8, 238-240, 1971.

[7] Snoeyink V . L . , Weber W .D ., Mark H .B . : S o r p t io n o f phenol and n it r o p - hen ol by a c t iv e carbon" - E n v ir o n . S c i . and T e c h n o l. 3, 10, 918-926, 1969.

[8] D alpke H . L . : Untersuchungen z u r R estab w asserk lS ru ng m it A k t iv k o h le , Oas P a p ie r 26,

1_,

[9] K a ta lo g - I n fo rm a to r: Węgle aktywne - Wyd. K a t. i cenników, Warszawa 1968.

[10] Gom ella C . : " C r lt e r e s de c h o ix d ’ un charbon a c t i f pour l a tra ite m e n t des aeux” - TSM L 'E a n , 10, 383, 1970.

[11] M attson O . S . , Kennedy F.W. : E v a la u t io n c r i t e r i a f o r g r a n u la r a c t iv a ­ ted carbons - IWPCF 43,

11,

[12] Grossman A . , K u szn ik W ., B la c h n ik Z . : Zmiany w a r t o ś c i biochem icznego i chem icznego zapotrzebow ania tle n u w p r o c e s ie biochem icznego r o z k ła ­ du zwięzków fenolow ych Jako m ie rn ik p o d a tn o ś c i s u b s tr a t u na b io d e g ra ­ d a c ję . M a t e r ia ły XV k o n f e r e n c j i "P ostęp te c h n ic z n y w d z i e d z in ie o czy ­ s z c z a n ia ś c ie k ó w ” , K ato w ice 1972.

[13] Grossman A . , K u szn ik W .: P rzy c zy n y c ie m n ie n ia i w ysokiego z a p o trz e b o ­ wania t le n u odpadowych wód fenolow ych o czy szcza n y ch b io lo g i c z n i e oraz sposoby z a p o b ie g a n ia tym zjaw iskom ". M a t e r ia ły X V III k o n f r e r n c j i "Po­

s tę p te c h n ic z n y w d z i e d z in ie o c z y s z c z a n ia ściek ó w , K ato w ice 1975.

[14] Grossman A . , K u szn ik W .: " D e t e c t io n o f f a c t o r s r e s p o n s ib le f o r unsa­

t i s f a c t o r y q u a l it y o f b io c h e m ic a lly tr e a t e d phenol waste - w a te r” . EPE, 2 , 151-164, Wrocław 1975.

[15] Adamson A .W .: Chemia f iz y c z n a p o w ie rz c h n i - PWN, Warszawa 1963.

[16] Westermark M. : K i n e t ic s o f a c t iv a t e d carbon a d s o r p tio n - IWPCF 47 , 4, 704-719, 1975.

IIPHMEHEHHE COPEUHOHHHX IIPOUECCOB JPH yMJIEHHH 3ArPH3HEHHH H3 HEKOTOPHX nPOMMUIEHHHX CTOUHHX B0£

P e 3 » ii e

M H O r o q u c a e H H u e n p o M u m j i e H H u e o t o h h h c b o s h , q o u h m o n p m i e H e H H A i i H o r o c i y n e H - t t a t o r o n p o y e c c a o u h c t k h o xB aiH B aiom ero O H O serp a sa u m o , b sazbH eaineM oica3HBaioT- c a o n a c H ł i M H s n a n o s y n a T e s a . 3 t o t $ a x i H C T e x a e T h s H a n H H H a p e i J i p a K U H O H H U x o o e - A H H e H H i i o t o S k h x n p o i H B Ó H O . n e r p a s a i i H H , bh3hbs io d i h x B H C O K o e X H u n q e c K o e 3 a i p e - C c B a H H e K H c a o p o s a h H H T e H C H B H y x O K p a c K y c t o h h h x b o s n o c a e o i b c t k h .

Jtifl ysasBHHa. pe<tpaKUzOHHHX coesHHeHHfl, a Taxxe npo>rax 3arpa3HeHH8 hs CT0UHHX BOS, 0Ka3ajIHCb llpurOSHHMH COpOHHOHHHe MeiOSH C HC110Sb3 0BaHHeU aKTH—

BHpoBaHHoro yrsa. IJosoCpaTŁ aKTHBHpoBaHHuS yrosB sną onpeseseHHoft uesn uoz- HO TOJIBKO JlWMb OnHpaHCB Ha HCCSeSOBaHHS.

Btura n p o H 3 B e s e H a o e p M H c n m a H H f l , ripn x o i o p H x o n p e s e s a s a c B o o p O i i H O H H a a C n O C O Ó H O C T B H e C K O S B K K X O T e u e C T B e H H U X a K T H B H p O B a H H U X y r s e g H a O C H O B a H H H H 3 0 — repita c o p O i i H H h H a d s j o s e H H a 3 a K H H e T H a e c K O f i n p o u e c c a e o p Ó ą H H 3 a r p a 3 H e H H 8 H 3 f c e H o a o B N x b o s h n o c s e u e s a i o s o 3 H H X c t o h h h x b o s . 3 p e 3 y j i B T a T e H o c s e s o B a H H f l O h ­ io y c i a H O B s e H O , a i o o o p O u a o H H a a c n o c o Ó H o e t b 3 a B H C H T Mescsy n p o a a M o i T H n a r v j a i , e r o B H s a h x a p a x i e p a c o p f l n p o B a H H u x 3 a r p a 3 H e H n 8 . H 3 B c e x H c o s e s y e i m x r r a e c a n y » B H c n i c y » c o p d u H O H H y » c n o o o Ó H O C T b b o i H e c e H H H k n o c a e ą e J u u M i o a -

Zastosowanie procesów sorpcyjnych..

HHK ctohhhm boasui opoaBHJi n tm o y r o A b » ca rb o po l H -3 " . CopfiipiOHHaH cnocoÔHOOTb HCCJie^yewioc y r j ie ft Obma Ha uhoto Btnne f tz a OJiynaa $eHOAOBHX b o a '•e u c j i y - waa n o o j ie y o a a m o 3 H u x o t o ie h x b o a. B u ao Tarase y o ia a o B A e H O , hto ao n p o u e c o a

OOpSlíHH AOJISHU

npOBSAOHhl

APPLICATION OF THE SORPTIVE PROCESSES FOR THE REMOVAL OF THE IMPURITIES FROM SOME OF THE INDUSTRIAL WASTES

S u m m a r y

In s p i t e o f th e a p p l i c a t i o n o f th e m u lt is t a g e p u r i f y i n g p ro ce s s com­

p r is i n g b io d é g r a d a t io n , numerous i n d u s t r i a l w astes a re s t i l l dangerous for th e r e c e iv e r . I t r e s u lt s from th e e x is ta n c e o f r e f r a c t i v e co m p o u n d s,re si­

s t i n g th e b io d é g r a d a t io n c r e a t in g a h ig h ch e m ica l oxygen demand and i n ­ t e n s iv e c o lo u r o f p u r i f y l e d w a s te s .

F o r th e rem oval o f r e f r a c t i v e compounds, and a ls o o th e r im p u r it ie s from th e w a s te s , th e s o r p t io n methods w ith th e use o f the a c t iv e carbons a re u s e f u l. The c h o ic e o f the a c t iv e carbons f o r the d e f i n i t e purpose can be a ch ie v e d o n ly by means o f t e s t s .

A s e r i e s o f t e s t s has been c a r r ie d o u t , in w hich the s o r p t io n a b i l i t y o f some home a c t iv e carb on s has been d e fin e d on the b a s is o f the s o r p t io n is o th e rm and th e o b s e r v a tio n o f the k i n e t i c s o f th e im p u r i t ie s o r p t io n pro»

ce sse s from th e p h e n o l w ate rs and p u l p - m i l l l i q u o r s . In th e r e s u lt s o f the t e e t s i t has been co n firm e d , t h a t th e s o r p t io n a b i l i t y depends among o t ­ h ers on th e k in d o f c a rb o n , i t s form and th e c h a r a c t e r o f s o r p tio n e d impu­

r i t i e s . Among th e t e s t e d carbons th e powdery cerbon C a rb o p o l H-3 has sham h ig h e s t s o r p t io n a b i l i t y i n r e l a t i o n to th e im p u r it ie s o f p u l p - m i l l l i ­ q u o rs . The s o r p t io n a b i l i t y o f th e t e s t e d carbons was r e p e a t e d ly higher in the case o f p h en o l w aters than in p u lp - m il l l i q u o r s . I t has a ls o been con­

fir m e d , t h a t th e s o r p t io n p ro ce s s may n o rm a lly be preceded by p h y s ic a l and c h e m ica l methods o f p r e p u r i f i c a t i o n .