ПРОЦЕССЫ ИНЖЕНЕРНОЙ ЗАЩИТЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Коагуляция и флокуляция загрязнений сточных вод

Частицы примесей со средней и хорошей смачиваемостью, не реаги­рующие со смачивающими жидкостями, могут образовывать с ними при пе­ремешивании механические смеси, коллоидные растворы и истинные рас­творы. Истинные растворы отличаются от взвесей - коллоидов и механиче­ских смесей размерами частиц, на которые распадается вещество при пе­ремешивании. Истинные растворы содержат вещества в виде молекул, атомов, ионов и других частиц с характерными размерами 10-9 м и менее. К жидким коллоидным растворам относят высокодисперсные и грубодисперсные

9 7 7 5

Смеси с размерами частиц соответственно от 10 до 10 м и от 10 до 10 м. Грубодисперсные жидкие коллоиды с твердой дисперсной частью назы­вают суспензиями, с жидкой - эмульсиями.

Скорость осаждения частиц будет возрастать с увеличением размера частиц. Для ускорения отстаивания используют коагуляцию частиц, т. е. укрупнение их с помощью вводимых в суспензию коагулянтов, в результа­те чего под действием молекулярных сил сцепления происходит слипание мелких частиц в крупные конгломераты (хлопья, флокулы).

В очистке сточных вод ее применяют для ускорения процесса осаж­дения тонкодисперсных примесей и эмульгированных веществ. Коагуля­ция наиболее эффективна для удаления из воды коллоидно-дисперсных частиц, т. е. частиц размером 1.100 мкм. Коагуляция может происходить самопроизвольно или под влиянием химических и физических процессов. В процессе очистки сточных вод коагуляция происходит под влиянием до­бавляемых к ним специальных веществ - коагулянтов. Коагулянты в воде образуют хлопья гидроксидов металлов, которые быстро оседают под дей­ствием силы тяжести. Хлопья обладают способностью улавливать колло­идные и взвешенные частицы и агрегировать их. Так как коллоидные час­тицы имеют слабый отрицательный заряд, а хлопья коагулянтов - слабый положительный заряд, то между ними возникает взаимное притяжение.

Для коллоидных частиц характерно образование на поверхности час­тиц двойного электрического слоя. Одна часть двойного слоя фиксирована на поверхности раздела фаз, а другая создает облако ионов, т. е. одна часть двойного слоя является неподвижной, а другая подвижной (диффузный слой). Разность потенциалов, возникающая между неподвижной и под­вижной частями слоя (в объеме жидкости) называется дзета-потенциалом £ или электрокинетическим потенциалом, отличным от термодинамиче­ского потенциала Е, который представляет собой разность потенциалов между поверхностью частиц и жидкостью. Дзета-потенциал зависит как от Е, так и от толщины двойного слоя. Его значение определяет величину электростатических сил отталкивания частиц, которые предохраняют час­тицы от слипания друг с другом. Малый размер коллоидных частиц за­грязнений и отрицательный заряд, распределенный на их поверхности, обуславливает высокую стабильность коллоидной системы.

Чтобы вызвать коагуляцию коллоидных частиц, необходимо снизить величину их дзета-потенциала до критического значения добавлением ио­нов, имеющих положительный заряд. Таким образом, при коагуляции про­исходит дестабилизация коллоидных частиц вследствие нейтрализации их электрического заряда. Эффект коагуляции зависит от валентности иона коагулянта, несущего заряд, противоположный знаку заряда частиц. Чем выше валентность, тем более эффективно коагулирующее действие.

Для начала коагуляции частицы должны приблизиться друг к другу на расстояние, при котором между ними действуют силы притяжения и химические средства. Сближение частиц происходит в результате бро­уновского движения, а также при ламинарном или турбулентном движе­нии потока воды. Коагулирующее действие солей есть результат гидроли­за, который проходит вслед за растворением.

В качестве коагулянтов используют бентонит, электролиты, раство­римые в воде соли алюминия Al2(SO4)3, соли железа FeCl3 или их смеси, полиакриламид, которые гидролизуясь, образуют хлопьевидные гидраты окислов металлов.

Выбор коагулянта зависит от его состава, физико-химических свойств и стоимости, концентрации примесей в воде, от рН и солевого со­става воды.

Соли железа как коагулянты имеют ряд преимуществ перед солями алюминия: лучшее действие при низких температурах воды, более широ­кая область оптимальных значений рН среды, большая прочность и гид­равлическая крупность хлопьев; возможность использовать для вод с бо­лее широким диапазоном солевого состава; способность устранять вред­ные запахи и привкусы, обусловленные присутствием сероводорода. Од­нако имеются и недостатки: образование при реакции катионов железа с некоторыми органическими соединениями сильно окрашивающих раство­римых комплексов; сильные кислотные свойства, усиливающие коррозию аппаратуры; менее развитая поверхность хлопьев.

При использовании смесей сульфата алюминия Al2(SO4)3 и хлорного железа FeCl3 в соотношениях от 1:1 до 1:2 достигается лучший результат коагулирования, чем при раздельном использовании реагентов. Для обра­ботки сточных вод также могут быть использованы различные глины, алюминийсодержащие отходы производства, травильные растворы, пасты, смеси, шлаки, содержащие диоксид кремния.

Скорость коагуляции зависит от концентрации электролита (рис.

Dnx

Dz

6.2).

- Nxf. (6.21)

K(nc

Коагуляция и флокуляция загрязнений сточных вод

Рис. 6.2. Зависимость относительной скорости коагуляции от концентрации электролита

При малых концентрациях электролита эффективность соударения частиц, т. е. отношение числа столкновений, окончившихся слипанием, к общему числу столкновений, близка к нулю (у = 0). По мере роста концен­трации скорость коагуляции увеличивается, но не все столкновения окан­чиваются слипанием частиц - такую коагуляцию называют медленной.

При у = 0 наступает быстрая коагуляция, при которой все столкно­вения частиц заканчиваются образованием агрегатов.

Скорость быстрой коагуляции для неподвижной среды при броунов­ском движении частиц по теории Смолуховского равна:

^ = к(по - пх)2. (6.22)

Di

Количество частиц в единице объема воды за время т для быстрой и медленной коагуляции определяется по формулам:

ПТ = п0/(1 + т/Ту); (6.20) пт = по/[1+у(т/Т/2)], (6.23)

Где к - константа коагуляции; пх - число агрегатов частиц; п0 - начальная концентрация частиц; Ts - время коагуляции, в течение которого количе­ство частиц в единице объема уменьшается вдвое; у - коэффициент эф­фективности столкновений частиц.

В полидисперсных системах коагуляция происходит быстрее, чем в монодисперсных, т. к. крупные частицы при оседании увлекают за собой более мелкие. Форма частиц также влияет на скорость коагуляции. Напри­мер, удлиненные частицы коагулируют быстрее, чем шарообразные.

Размер хлопьев (в пределах 0,5.3 мм) определяется соотношением между молекулярными силами, удерживающими частицы вместе, и гидро­динамическими силами отрыва, стремящихся разрушить агрегаты. Для ха­рактеристики хлопьев используют эквивалентный диаметр.

V ■ w

Dэ = 0,136

R oc

TT----- 0c—I, (6.24)

[[ - 1)Kф ] K '

Где v - кинематическая вязкость воды; рх - плотность хлопьев; w^ - ско­рость свободного осаждения хлопьев.

Плотность хлопьев определяется с учетом плотности воды рв и твер­дой фазы рт и объема твердого вещества в единице объема хлопьев 5т: Рх = Рв + §т(Рт - Рв). (6.25)

Прочность хлопьев зависит от гранулометрического состава обра­зующихся агрегатов частиц и пластичности. Агломераты частиц, неодно­родных по размеру, прочнее, чем однородных. Вследствие выделения газа из воды, а также в результате аэрации и флотации происходит газонасы­щение хлопьев, которое сопровождается уменьшением плотности хлопьев и уменьшением скорости осаждения.

Для хлопьевидных частиц в пределах объемных концентраций взве­си Со от 0 до 0,2 кг/м скорость осаждения можно рассчитать

W ст = woc (1 - 3,5 С0)/(1 - ф). (6.26)

Отношение скорости стесненного осаждения к скорости свободного осаждения частиц равно

Wcm / WM =V(1 - ф) ■£,/ £ , (6.27)

Где £,0 и Е, с - коэффициенты сопротивления частицы при свободном и стесненном осаждении.

Кроме коагулянтов к осветляемой жидкости добавляют небольшие количества флокулянтов, способствующих слипанию агрегативно неус­тойчивых твердых частиц.

Флокуляция - это процесс агрегации взвешенных частиц при добав­лении в сточную воду высокомолекулярных соединений, называемых фло­кулянтами. В отличие от коагуляции при флокуляции агрегация происхо­дит не только при непосредственном контакте частиц, но и в результате взаимодействия молекул адсорбированного на частицах флокулянта.

Флокуляцию проводят для интенсификации процесса образования хлопьев гидроксидов алюминия и железа с целью повышения скорости их осаждения. Использование флокулянтов позволяет снизить дозы коагулян­тов, уменьшить продолжительность процесса коагуляции и повысить ско­рость осаждения образующихся хлопьев.

Для очистки сточных вод используют природные и синтетические флокулянты. К природным флокулянтам относятся крахмал, декстрии, эфиры, целлюлозы и др. Активный диоксид кремния (xSiO2yH2O) является наиболее распространенным неорганическим флокулянтом. Из синтетиче­ских органических флокулянтов наибольшее применение получил полиак-
риламид (ПАА). При выборе состава и дозы флокулянта учитывают свой­ства его макромолекул и природу дисперсионных частиц. Оптимальная до­за ПАА для очистки промышленных сточных вод колеблется в пределах 0,4.1 г/м3.

Механизм действия флокулянтов основан на явлении адсорбции мо­лекул флокулянта на поверхности коллоидных частиц, на образовании сет­чатой структуры молекул флокулянта, на слипании коллоидных частиц за счет сил Ван-дер-Ваальса. При действии флокулянтов между коллоидны­ми частицами образуются трехмерные структуры, способные к более бы­строму и полному отделению от жидкой фазы.

Эффективность любого флокулянта рассчитывают по формуле wсф - w

Пф =—------ , (6.28)

W • q

Где w^ и w - скорость осаждения сфлокулированного и несфлокулиро - ванного шлама, мм/с; q - расход флокулянта на 1 т твердого вещества, г.

Процесс очистки сточных вод коагуляцией и флокуляцией (рис. 6.3) состоит из стадий:

1) дозирование;

2) смешение реагентов со сточной водой;

3) хлопьеобразование;

Сточная Вода

4) осаждение хлопьев.

Вода Коагулянт

Ж._ ж

3

4

~~~

Оч ищ. Вода

Осадок

Рис. 6.3. Схема процессов коагуляции и флокуляции: 1 - емкость для приготовления раствора; 2 - дозатор; 3 - смеситель; 4 - камера хлопьеобразования; 5 - отстойник.

ПРОЦЕССЫ ИНЖЕНЕРНОЙ ЗАЩИТЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Классификация промышленных отходов

Классификация промышленных отходов (ПО), образующихся в ре­зультате производственной деятельности человека, необходима как сред­ство установления определенных связей между ними с целью определения оптимальных путей использования или обезвреживания отходов. Обобщение и анализ …

Схемы абсорбционных процессов

В практике абсорбции используются несколько принципиальных схем проведения процесса. Наиболее широко применяются прямоточная (рис. 4.7,а) и противоточная (рис. 4.7,б) схемы. Абсорбция G X Z, X н G Y Xк Б) …

Биохимические процессы защиты окружающей среды

Биохимические методы применяют для очистки хозяйственно - бытовых и промышленных сточных вод от многих растворенных органи­ческих и некоторых неорганических (сероводорода, сульфидов, аммиака, нитритов) веществ. Процесс очистки основан на способности микроорга­низмов …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.