Проблема неприятного запаха от свалки или при очистке стоков
Запах является особой проблемой, которую необходимо решить, особенно с учетом того, что многие очистные сооружения в настоящее время встречается прямо в жилых районах, а свалки (полигоны бытовых отходов) располагаются поблизости.
Очистка сточных вод, в первую очередь, заключается в удалении загрязняющих веществ и главная цель заключается в обеспечении того, чтобы очищенные сточные воды были экологически безопасными. Стоки очищаются с помощью комбинации химических, физических и биологических методов.
Основным источниками загрязненных стоков являются
- бытовые сточные воды из ванн, туалетов, раковин и стиральных машин;
- коммерческие, промышленные и дождевые стоки с дорог и ливневых стоков.
Загрязненные сточные воды обрабатываются в соответствии с экологическими нормами на местном, национальном и международном уровнях. То же самое относится и к запаху.
Очистка сточных вод происходит в 2 основных этапа и дополнительного 3-го этапа
- Твердый осадки удаляются на первой стадии (первичная обработка).
- Бактерии используются для расщепления органического материала (вторичная обработка).
- Третичная дополнительная обработка включает дезинфекцию и удаление фосфатов и нитратов.
Наличие бактерий и анаэробные условия (недостаток кислорода) при очистке сточных вод приводят к образованию серосодержащих веществ, таких как сероводород (H2S) и меркаптаны / тиолы (R-SH). Оба этих вида имеют характерные запахи, которые являются чрезвычайно неприятными.
Характерные запахи при водоочистке стоков
Запах H2S сравнивают с тухлыми яйцами, а у R-SH запах напоминает «благоухание» вонючих носок или гниющей капусты.
У Jacobi Carbons есть выбор активированных углей, с пропитками (импрегнированные) и без таковых, которые могут быть применены для устранение этих газов и запахов.
Рисунок 1 и 2: Молекулярные структуры воды (H2O) и сероводорода (H2S).
Сероводород (справа) - небольшое летучее соединение, аналогичное воде, но с атомом серы вместо кислорода воды (слева).
Рисунок 3: Общая молекулярная структура меркаптанов (R-SH).
Здесь R может представлять собой множество функциональных групп, обычно R представляет собой алкидную цепь (такую, которая содержит только углерод и водород с углерод-углеродными одинарными связями).
Рисунок 4: Общая молекулярная структура метилмеркаптана и этилмеркаптана.
Наиболее распространенные простейшие меркаптаны: метилмеркаптан (слева) и этилмеркаптан (справа), где Me - метильная группа, а Et - этильная группа.
Аммиак (NH3) в свалочном газе и при очистке стоков
Аммиак (NH3) является еще одним побочным продуктом очистки сточных вод и генерируется в тех же условиях, что и серосодержащие вещества. Он может быть побочным продуктом распада белков из антропогенных источников сточных вод, или содержаться в стоках промышленности и сельского хозяйства.
Аммиак - легкий газ с резким запахом, напоминающим мочу и бытовые чистящие средства (где он часто встречается).
Попадая в водоемы NH3 повышает содержание в воде азота (N), жизненно важного питательного вещества для жизни растений, что приводит к эвтрофикации (цветению водорослей).
Аммиак можно обрабатывать с помощью процессов нитрификации, где NH3 превращается в нитрат (NO3). Это включает использование аэробного дыхания и нитрифицирующих бактерий. Однако известно, что NH3 и H2S реагируют каталитически на непропитанном угле с образованием физически адсорбированного продукта.
Для облегчения окисления H2S в следующей стехиометрической реакции требуется только небольшое количество NH3.
3H2S + 1,5O2 ⇒ 3S + 3H2O (катализатор NH3)
Или с помощью следующей полимерной реакции:
xH2S + 2NH3 + [(x-1) / 2] O2 ⇒ (NH4) 2Sx + (x-1) H2O
Образование H2SO3 на поверхности активированного угля помогает нейтрализовать присутствующий NH3:
H2SO3 + 2NH3 ⇒ (NH4) 2SO3
H2SO3 + 2NH4OH ⇒ (NH4) 2SO3 + 2H2O
Образующийся сульфит аммония растворим в воде и поэтому будет растворяться в любой воде, присутствующей в системе.
Для обработки запахов сточных вод компания Jacobi Carbon может предложить как пропитанные, так и не пропитанные продукты.
- Пропитка служит для удаления небольших легких газов путем хемосорбции, фиксируя прореагировавший продукт на поверхности активированного угля.
- Более крупные, менее летучие соединения можно фиксировать с помощью физической адсорбции на не пропитанных активированных углях.
Пропитанные продукты
AddSorb VA3 (пропитка KOH) и AddSorb VA4 (пропитка солью меди) являются импрегнированными активированными углями, которые используются в заявленных целях.
КОН (AddSorb VA3) – высоко реактивная пропитка, при которой хемосорбция соединений может привести к высокой экзотермичности. Этот эффект может быть сведен к минимуму, если конструкция фильтра соответствует рекомендованным критериям.
Процесс хемосорбции этих фильтрующих
Для предотвращения сильного экзотермического эффекта рекомендуется, чтобы фильтрующий материал смачивался при работе до 50% чистой водой, что позволит контролировать теплоту адсорбции.
AddSorb VA3 пропитан так, чтобы получить K2CO3 на поверхности активированного угля и привести к реакции:
K2CO3 + H2S + 2O2 ⇒ K2SO4 + H2O + CO2
AddSorb VA4 пропитывают солью меди, что дает следующую реакцию в присутствии H2S:
CuO + H2S ⇒ CuS + H2O
Продукты без пропитки
Продукты AddSorb KC-Plus, Sulfox и Sulfox-HC используют физическую адсорбцию для улавливания меркаптанов (могут также захватывать H2S). Физическая адсорбция происходит за счет слабых сил Ван-дер-Ваальса, которые возникают между целевыми молекулами и углеродом активированного угля, удаляя их из обрабатываемого потока.
Как упомянуто выше, присутствующий NH3 дает эти активированные угли каталитически активными, где NH3 действует как пропитка для этих марок, не уменьшая их эффективности по H2S и меркаптану.
H2S фиксируется посредством хемосорбции, давая нерастворимую соль и зависит от используемой пропитки.
Адсорбционная емкость
Ввиду взаимодействия между пропиткой, и тем, что естественно присутствует на поверхности активированного угля, точный расчет емкости затруднен и приведенные значения следует считать ориентировочными минимумами.
| Марка угля | Пропитка | Емкость на 1 см3 угля | Комментарий |
| AddSorb VA3 | KOH (K2CO3) | мин. 0,15 г H2S | работает в среде O2 |
| AddSorb VA4 | соль Cu | мин. 0,07 г H2S | не требует присутствия O2 |
| AddSorb KC-Plus | нет | мин. 0,09 г H2S | на основе кокоса - каталитический |
| AddSorb Sulfox | нет | мин. 0,15 г H2S | на основе угля - каталитический |
| AddSorb Sulfox-HC | нет | мин. 0,28 г H2S | на основе угля - каталитическая / высокая производительность |
Влияние температуры на адсорбцию
Процесс адсорбции очень зависит от температуры и крайне важно, чтобы температура проходящего через фильтр газа, особенно при наличии кислорода, контролировалась для оптимизации адсорбции и для обеспечения безопасной работы.
- При хемосорбции протекающая химическая реакция является сильно экзотермической, поэтому необходимо контролировать температуру потока, чтобы предотвратить возникновение возгорания в фильтрующем слое. Допустимый максимум установлен на 40 °C.
- Для эффективной физической адсорбции сама физика процесса требует снижения температуры. При более высокой температуре адсорбат будет иметь более высокую кинетическую энергию и его будет труднее адсорбировать, что снижает емкость и эффективность активированного угля.
Влажность
Относительная влажность так же должна контролироваться. Некоторое количество влаги необходима для обеспечения хемосорбции. Вода создает среду, которая обеспечивает хороший контакт между реагирующими веществами и углеродной поверхностью. Однако избыток воды вызывает серьезные проблемы с адсорбционной системой.
- Для непропитанных активированных углей избыток молекул воды создает прямую конкуренцию с целевыми молекулами загрязнителей, уменьшая адсорбционную способность активированного угля за счет уменьшения его емкости.
- Для некоторых импрегнированных активированных углей влага растворяет пропитку, что, в свою очередь, снижает производительность. В случае пропитанных активированных углей, таких как AddSorb VA3, повышенная относительная влажность обеспечивает условия для разрушения KOH. Пропитка КОН впитывает влагу из окружающей среды до ее полного растворения. Проблемы, связанные с относительной влажностью, поможет устранить двухступенчатая система фильтрации.
Кроме того, повышенная относительная влажность может оказывать влияние на целевые молекулы. Например, H2S может быть растворен, если присутствует избыток влаги с образованием едкого H2SO4.
Меры безопасности
После завершения использования загрузки активированного угля необходимо соблюдать осторожность. В особенности это касается обращения с импрегнированными марками. Эти виды способны к дальнейшей реакции после того, как фильтр выведен из эксплуатации. Например, непрореагировавший KOH, образует слой K2CO3 на его поверхности.
Комбинация методов очистки
Активированный уголь часто используется в тандеме с дополнительными методами.
- Мокрая очистка: противоточный поток раствора реагента (NaOH, NaOCl, HCl, H2O, KMnO4) в насадочной колонне.
- Биофильтр / капельный фильтр: медленная скорость потока через высокую поверхность - слой среды, поддерживающей биопленку (пемза, язычки, раковины).
- Каталитические железные фильтры (CIF): окисленное железо, которое образует сульфат железа (моется водой).
- Сухая чистка: пропитанный активированным углем, каталитический или базовый в зависимости от индивидуальных рабочих характеристик.
- Активированный уголь - оксид алюминия, пропитанный окислителем (например, KMnO4).
- Неадсорбенты: вещества, маскирующие запах (ароматизаторы, впрыскиваемые в систему вентиляции или ароматизаторы, распыляемые по периметру сточных вод).
Условия этого применения должны тщательно контролироваться для максимально эффективного поглощения целевых видов из обрабатываемого потока. Контроль относительной влажности важен для водорастворимых пропиток активированных углей.
Пропитка, которая растворима в воде, может мигрировать и откладываться внизу углеродного слоя и, таким образом, влияет на качество обработки, так как она больше не является равномерно распределенной. Это особенно важно для пропитки йодидом калия (KI).
Одним из спорных решений является использование тепла для снижения относительной влажности, но, поскольку активированный уголь является естественным изолятором, нагретый поток обработки быстро охлаждается, и затем вода все равно конденсируется на угле.
Можно использовать коалесцирующий фильтр, но он эффективен только для капель влаги (но не для паров). Это работает путем разделения двух фаз, то есть капель воды (жидкости) из воздуха (газа). Влажный газ пропускается через элемент внутри фильтра, который улавливает капли, но пропускает газ. Слитая жидкость затем собирается на дне фильтра.
Эффективность контроля запахов
Теоретически эффективность использования активированного угля может быть установлена при условии, что известен массовый расход, концентрация целевого соединения и время контакта. Следовательно, можно оценить ожидаемый срок службы активированных углей, используемых для контроля запаха.
Однако следует отметить, что будет присутствовать влияние других соединений, присутствующих в газовом потоке, влияние изменения температуры и относительной влажности. Таким образом, этот тип оценки должен приниматься только как ориентир.
Пример расчета
Например, возьмем массовый расход 2000 м3/ч с 5 промилле H2S и временем контакта 3 с. Можно ожидать следующую скорость использования активированного угля.
1. Рассчитаем массовый расход загрязнителя, в данном случае H2S
Молекулярная масса H2S = 34,1 ÷ 24,2 г/моль (при 20oC) = 1,41 г H2S моль
1,41 г/моль H2S × 5 промилле = 7,05 мг/м3
2000 м3/ч х 7,05 мг/м3 = 14100 мг/ч, что эквивалентно 14,1 г/ч H2S
2. Рассчитаем массу активированного угля, необходимую для достижения времени контакта 3 секунды при объеме потока.
2000 м3/ч ÷ 3600 для преобразования в объем потока в секундах = 0,56 м3/с
Время контакта 0,56 м3/с х 3 с = 1,67 м3 необходимого активированного угля.
При использовании Addsorb VA3 с полученной кажущейся плотностью 580 кг/м3, 1,67 м3 х 580 кг/м3 = 968,6 кг
3. Далее рассчитаем доступную емкость для удаления H2S
Емкость Addsorb VA3 для H2S составляет минимум 0,15 г H2S на см3 углерода или 150 кг на м3.
150 г/м3 ÷ 580 кг/м3 = 0,2586 х 100% = 25,86% по весу
Из предложенных 968,6 кг Addsorb VA3 968,6 кг x 25,86% = емкость 242,15 кг для H2S
4. Разделите массовый расход H2S в час на производительность, указанную углеродом для H2S.
Емкость для H2S составляет 242,15 кг = 242 150 г
Массовый расход H2S составляет 14,1 г в час
242 150 г Addsorb VA3 14,1 г/ч = 17 173 часа работы (почти 2 года непрерывной работы)
