ПРОЦЕССЫ ИНЖЕНЕРНОЙ ЗАЩИТЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Физико-химические методы обработки жидких отходов

В процессах биохимической очистки в отстойниках образуются большие массы осадков, которые необходимо утилизировать или обраба­тывать с целью уменьшения загрязнения биосферы. Осадки, имеют разный состав и большую влажность. Их подразделяют на три группы:

1) осадки в основном минерального состава;

2) осадки в основном органического состава;

3) смешанные осадки, содержащие как минеральные, так и органиче­ские вещества.

Большинство осадков, образующихся в процессе очистки промыш­ленных и городских сточных вод, гальванические шламы и пр. представ­ляют собой трудноразделяемые суспензии. Для их успешного обезвожива­ния необходима предварительная подготовка - кондиционирование. Цель кондиционирования - улучшение водоотдающих свойств осадков путем изменения их структуры и форм связи воды. От условий кондиционирова­ния зависит производительность обезвоживающих аппаратов, чистота от­деляемой воды и влажность обезвоженного осадка. Кондиционирование может осуществляться несколькими способами, различающимися по сво­ему физико-химическому воздействию на структуру обрабатываемого осадка. Наибольшее распространение из них получили: химическая (реа - гентная) обработка; тепловая обработка; жидкофазное окисление; замора­живание и оттаивание.

Осадки характеризуются содержанием сухого вещества (в г/л или в %); содержанием беззольного вещества (в % от массы сухого вещества); элементным составом; кажущейся вязкостью и текучестью; гранулометри­ческим составом.

Осадки сточных вод представляют собой труднофильтруемые сус­пензии. Во вторичных отстойниках в осадке находится в основном избы­точный активный ил, объем которого в 1,5.2 раза больше, чем объем осадка из первичного отстойника. Удельное сопротивление осадка (r = 72 •1010.78,6 -1012 см/г) является одним из определяющих показателей для выбора метода обработки осадков. В осадках содержится свободная (60.65 %) и связанная (30.35%) вода. Свободная вода сравнительно лег­ко может быть удалена из осадка, связанная вода (коллоидно-связанная и гигроскопическая) гораздо труднее. Коллоидно-связанная влага обволаки­вает твердые частицы гидратной оболочкой и препятствует их соединению в крупные агрегаты.

В практике обработки осадков промышленных сточных вод чаще всего применяются физико-химические (реагентные) методы обработки. Реагентная обработка - это наиболее известный и распространенный спо­соб кондиционирования, с помощью которого можно обезвоживать боль­шинство осадков сточных вод. При реагентной обработке происходит коа­гуляция - процесс агрегации тонкодисперсных и коллоидных частиц, обра­зование крупных хлопьев с разрывом сольватных оболочек и изменение форм связи воды, что приводит к изменению структуры осадка и улучше­нию его водоотдающих свойств. Для реагентной обработки используются минеральные и органические соединения - коагулянты и флокулянты.

Коагулянты положительно заряженными ионами нейтрализуют от­рицательный заряд частиц осадка. После этого отдельные твердые частицы освобождаются от гидратной оболочки и соединяются вместе в хлопья. Освобожденная вода легче фильтруется. Разрушить гидратную оболочку можно также кратковременной термической обработкой.

В качестве минеральных коагулянтов применяют соли железа, алю­миния и известь. Эти реагенты вводят в обрабатываемый осадок в виде 10%-ных растворов. Наиболее эффективным является хлорное железо, ко­торое применяют в сочетании с известью.

Химический механизм взаимодействия коагулянтов с осадком сле­дующий. Введенный в водную среду сернокислый алюминий взаимодей­ствует с содержащимися в воде бикарбонатами, образуя первоначально ге - леобразный гидрат оксида алюминия:

Al2(SO4)3 + 3Са(НСОз)2 ^^ 2А1(ОН)з + 3CaSO4 + 6CO2. (6.63)

Если щелочность среды недостаточная, она увеличивается путем до­бавления извести, и тогда

Al2(SO4)3 + 3Ca(OH)2 ^^ 2Al(OH)2 + 3CaSO4. (6.64)

Образующиеся хлопья гидрата захватывают суспендированные и на­ходящиеся в водной среде в коллоидном состоянии вещества и при благо­приятных гидродинамических условиях быстро оседают в уплотнителе и хорошо отдают воду на аппаратах для механического обезвоживания пу­тем фильтрации или центрифугирования.

При применении солей железа образуются нерастворимые гидрокси - ды железа

2FeCl3 + 3Ca(OH)2 = 3CaCb + 2Fe(OH)3; (6.65)

Fe2(SO4)3+ 3Ca(OH)2 = 3CaSO4 + 2Fe(OH)3. (6.66)

Наибольший эффект коагулирования достигается при рН = 4.8,5. С точки зрения полноты реакции и экономии реагента большое значение имеет хорошее и быстрое его смешение с обрабатываемым осадком.

Сернокислое оксидное железо менее эффективный, но зато более дешевый и легкодоступный реагент.

Известь используют не только в сочетании с солями железа, но и как самостоятельный коагулянт, оказывающийся в ряде случаев весьма эффек­тивным.

За рубежом для кондиционирования осадков промышленных сточ­ных вод наряду с минеральными реагентами находят применение синтети­ческие флокулянты.

Синтетические полиэлектролиты, или полимеры, вводятся в осадок непосредственно перед центрифугированием или фильтрованием. Эти по­лимеры уничтожают или уменьшают электрические отталкивающие уси­лия суспендированных твердых частиц, которые стремятся удержать их на расстоянии. За счет притяжения этих частиц образование хлопьев и сепа­рирование происходят значительно быстрее и эффективнее.

Синтетические органические флокулянты - линейные, водораство­римые макромолекулы со степенью полимеризации до (50.200)-10 . По физико-химическим свойствам они подразделяются на следующие группы:

- неионные - полиакриланид, полиоксиэтилен и т. д.;

- ионогенные гомополимеры - анионные, полиметакриловая кислота и др., катионные (полиамины и др.);

- ионогенные сополимеры - анионные, катионные.

Поскольку в осадках сточных вод в основном находятся отрицатель­но заряженные коллоиды, то наибольший интерес представляют катион - ные флокулянты. Катионные синтетические органические флокулянты со­держат связанный с полимером атом азота, заряженный в воде положи­тельно, и свободно движущийся противоион кислотного остатка (С1-, CH3SO4-, Вг - и т. д.).

Среди синтетических флокулянтов наибольшее распространение по­лучил полиакриламид (ПАА) - растворимый в воде полимер, содержащий в своей цепочной молекуле ионогенные группы. При его диссоциации об­разуется высокомолекулярный поливалентный анион и много простых ма­ловалентных катионов, поэтому такие вещества называют полиэлектроли­тами. Действие ПАА объясняется адсорбцией его молекул на хлопьях гид - роксида, образующегося при гидролизе коагулянтов. Из-за вытянутой формы адсорбция происходит в разных местах несколькими частицами гидроксида, в результате чего последние оказываются связанными вместе.