ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Оценка адсорбции органических веществ активным углем из "Химия промышленных сточных вод" Проблеме очистки промышленных сточных вод активным углем стало уделяться особенное внимание после того, как 1972 г. вошел в силу закон о контроле за загрязнением вод. (PL 92-500). Одним из наиболее важных пунктов этого закона является контроль загрязнения источников питьевой воды органическими веществами. Введение закона способствовало исследованию использования угля для адсорбции органических веществ. В этой главе рассматривается методика оценки возможности использования активного угля для очистки промышленных сточных вод. [c.95] Джиуст и др. [13] исследовали адсорбцию активным углем 53 нефтепродуктов. Результаты их наблюдений показывают, что адсорбция увеличивается с возрастанием молекулярной массы, с уменьшением полярности и разветвленности молекул и с уменьшением растворимости вещества. Они отметили, что наибольшую способность к адсорбции имеют ароматические соединения вследствие низкой их растворимости, либо благодаря образованию водородных связей. Функциональные группы оказывают значительное влияние на процесс адсорбции, особенно для растворимых и полярных соединений. Нефтепродукты с неразветвленными углеродными цепями по степени адсорбции можно расположить в следующем порядке недиссоциирующие органические кислоты альдегиды сложные эфиры ке-тоны спирты гликоли. [c.96] Одно из важных наблюдений заключалось в том, что ароматические вещества сорбируются не всегда лучше, чем алифатические, так как сродство соединения к углю в значительной степени зависит от заместителей в ароматических кольцах и от функциональных групп в молекулах алифатических веществ. Полученные результаты подтверждают литературные сообщения, связывающие адсорбцию с растворимостью и диссоциацией кислот в искусственных смесях органических веществ. Вместе с тем при изучении адсорбции алифатических полимеров, обладающих свойствами кислот и оснований, получены новые данные в тех случаях, когда изменение pH вызывало образование ионизированных полимерных групп, адсорбция уменьшалась по крайней мере в 1000 раз. Эти данные позволяют установить параметры промышленных сточных вод, по которым может быть сделана оценка сродства водных растворов органических веществ к углю, а именно общее содержание углерода (ООУ), связанного азота, содержание ароматических соединений, кислотность (pH = 4—7) без карбонатной кислотности. В заключение можно отметить, что на адсорбцию органических веществ из водных растворов активным углем влияют многие факторы, некоторые из которых приведены ниже [15]. [c.97] Исследования проводили в три стадии экспериментальная часть, ан-алиэ результатов и проверка сделанных выводов. [c.98] Были выполнены некоторые опыты по сорбции для восполнения недостатка данных и проведены приблизительные корреляции результатов различных натурных исследований с лабораторными данными. [c.98] Выбор испытуемых веществ определялся задачами исследования. 1. Для изучения влияния функциональной группы (карбоксильной, амино и гидроксильной) были выбраны алифатические углеводороды с трех-, семи- и девятиуглеродными цепями. Органические вещества, молекулы которых содержат большее число углерода в цепи, не могут быть показательными для оценки влияния функциональных групп, так как они совершенно нерастворимы. [c.98] Анализируемыми и сравниваемыми параметрами промышленных сточных вод были общее содержание органического углерода (ООУ), содержание неорганического углерода, органического азота, бикарбонатов щелочных металлов (pH между 8,3 и 4,5) и содержание ароматических веществ. Анализ бикарбонатов щелочных металлов и органического азота проводили стандартными методами. Ароматические вещества анализировали по поглощению ультрафиолетовой части спектра при длине волны 253,7 нм. [c.98] Для получения изотермы адсорбции Фрейндлиха использовали широко применяемый уголь Westva o Nu har. Уголь замачивали в дистиллированной воде, выдерживали 24 ч, затем сушили при температуре 103 °С 24 ч и измельчали до 325 меш (45 мкм). [c.98] Навеску угля (0,1—1,2 г) аккуратно помещали в коническую колбу емкостью 250 мл со стеклянной пробкой, затем с помощью пипетки емкостью 100 мл вводили аликвотную часть рабочего раствора органического вещества. Для каждого испытуемого компонента и выбранного значения pH брали по крайней мере три образца угля. Концентрация исходных растворов исследуемых компонентов составляла 100 мг/л. [c.98] Величина адсорбции X выражена в г ООУ на 1 г угля. [c.100] Величина адсорбции X выражена в г ООУ на 1 г угля. [c.101] В таблице 8.3 приведены вычисленные отношения содержаний органического азота (в мг/л) и ООУ (в мг/л) и соответствующие им адсорбционные емкости при равновесных концентрациях ООУ 10, 100, 1000 мг/л. На основании данных табл. 8.3 были построены графические зависимости (рис. 8.4), по которым можно оценить влияние отношения содержаний общего органического азота к ООУ на адсорбционную емкость активного угля в нейтральных, кислых и основных средах. По мере уменьшения этого отношения адсорбционная емкость угля увеличивается вследствие уменьшения влияния заряженных и незаряженных функциональных групп. Относительно неионизированных алифатических аминов в щелочных средах адсорбционная емкость угля на один порядок выше по сравнению с емкостью угля для ионизированных аминов в нейтральных средах. При построении графиков, представленных на рис. 8.4, влияние других функциональных групп не учитывалось. [c.102] Так как алифатические спирты слабо ионизируются и не определяются обычными методами анализа промышленных сточных вод, органические вещества, содержащие гидроксильные группы, не сопоставляли. При анализе изотерм адсорбции была выявлена очень слабая адсорбция хорошо растворимого про-панола (см. табл. 8.1 и рис. 8.5). Для пентанола, который обладает меньшей растворимостью, обнаружены значительные изменения величины адсорбции с изменением pH при концентрации ООУ менее 300 мг/л. Установлено, что адсорбционная емкость угля относительно пентанола увеличивается в двадцать раз при возрастании pH от 3 до 10. Для фенола было замечено слабое изменение адсорбции с изменением pH. Более низкая адсорбционная емкость угля относительно ароматических веществ по сравнению с емкостью для алифатических спиртов, вероятно, частично обусловлена наличием ароматических колец, которые имеют меньшую эффективную адсорбционную площадь, чем алифатические спирты. [c.103] Наблюдения показали, что адсорбция ароматических соединений зависит от взаимодействия замещающей группы с ароматическим кольцом и ионизиро-вацного или неионизированного состояния ароматических веществ. [c.104] Сравнение адсорбции алифатических и ароматических соединений с приблизительно одинаковой молекулярной массой привело к неожиданным результатам. На рис. 8.7 приведено сопоставление адсорбционной способности бензойной кислоты (123 г/моль) и гептановой кислоты (130 г/моль). Бензойная кислота адсорбируется по крайней мере на порядок лучще, чем гептановая в неионизированном состоянии (рН = 4), но в нейтральных и щелочных средах (pH ==6) обе кислоты адсорбируются в значительно меньшей степени, причем гептановая кислота имеет большее сродство к углю. Это может быть обусловлено меньшей полярностью и стабильностью бензойного кольца неионизированной бензойной кислоты. Рис. 8.7 иллюстрирует также различие в адсорбции алифатических и ароматических гидроксилсодержащих веществ. При оценке адсорбции углем алифатических и ароматических аминов выявилось небольшое различие в их сорбционной способности. Таким образом, адсорбция ароматических и алифатических органических веществ зависит от заместителей в бензольном ядре или от функциональной группы алифатических органических веществ. Как показали исследования, ароматические вещества не всегда адсорбируются лучше, чем соответствующие им алифатические органические вещества. [c.104] ДЛЯ сравнения были исследованы изотермы адсорбции органических веществ из промышленных сточных вод (табл. 8.5). Соотношение содержаний органического азота и ООУ показывает, что сточные воды относительно хорошо очищаются активным углем, однако соотношение органической кислотности и ООУ свидетельствует о низкой адсорбционной емкости угля. Приведенные данные подтверждают низкое сродство органических веществ в сточных водах к активному углю. [c.106] Следует отметить, что рассматриваемые параметры промышленных сточных вод не всегда достаточны для оценки эффективности процесса адсорбции как метода очистки. Во-пер-вых, это относится к адсорбции органических веществ с низкой молекулярной массой, так как предложенные параметры учитывают ООУ, но не выделяют органические вещества с высокой и низкой молекулярной массой. Во-вторых, следует учитывать биологическую активность активного угля, на что указывает высокое значение отношения БПК/ООУ. Поэтому на активном угле происходит не только фкзкко химическая очистка, но и биологическая адсорбция и деструкция. Как показано в работах [1—8, 20—23], удаление низкомолекулярных органических веществ из сточных вод вследствие адсорбции в принципе возможно, однако физическая адсорбция по мере ее протекания из-за развития микробов на угле может перейти в биологическую адсорбцию. Подобное явление наблюдали на очистных установках станции Южное Тахо [18] ив Кливленде [23]. Предложенный метод оценки адсорбции органических веществ ограничивается низкой точностью определения параметров промышленных сточных вод. Например, точность определения содержания ООУ составляет 5 мг/л, органического азота 1 мг/л и органической кислотности 8 мг/л (в пересчете на СаСОз). [c.106] Вернуться к основной статье