ПРОЦЕССЫ ИНЖЕНЕРНОЙ ЗАЩИТЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Пенная сепарация поверхностно-активных веществ

Пенное фракционирование основано на селективной адсорбции од­ного или нескольких растворенных веществ на поверхности газовых пу­зырьков, которые поднимаются вверх через раствор. Образовавшаяся пена обогащается адсорбированным веществом, что и обеспечивает парциаль­ную сепарацию компонентов раствора. Этот процесс используется для удаления ПАВ из сточной воды; он аналогичен процессу адсорбции на твердых сорбентах. Адсорбция органических веществ на поверхности раз­дела фаз «газ-жидкость» связана с изменением поверхностного натяжения о и избыточной поверхностной концентрацией:

Do = Г. ти (6.38)

Где do - изменение поверхностного натяжения а; Гі - избыточная концен­трация веществ на поверхности; Mi = RTln ai - химический потенциал i-ой составляющей; R - газовая постоянная; T - температура; ai - термодина­мическая активность.

При больших разбавлениях раствора ai = Ci (где Ci - концентрация растворенного вещества). С учетом этого коэффициент распределения ра­вен

Г/C = (-1/R T)( do/dCi) = K, (6.39)

Где Гі/Сі = Ki - отношение концентраций в двух фазах, которое является коэффициентом распределения Ki.

В случае разбавленных растворов do/dCi очень незначительно зави­сит от концентрации и Ki для данной системы растворителя и растворенно­го вещества является практически постоянной.

Повышение скорости воздуха при флотации приводит к увеличению частоты образования пузырьков и росту объема пены, что влечет рост по­верхности раздела фаз и количества адсорбированного на ней ПАВ.

Кинетика извлечения ПАВ определяется уравнением

Lg (С/С0) = kx - ^[(do/dO^do/dC)], (6.40)

Где Ск - остаточная концентрация растворенного ПАВ в объеме воды; C0 - концентрация ПАВ в момент времени т0 (при т0 = 0, Ск = C0 ); к - константа.

При линейном изменении величины сточной воды от концентрации ПАВ уравнение кинетики процесса имеет вид

Lg (CK/C0) = - k-т. (6.41)

При учете изменения объема системы в процессе пенного концен­трирования кинетика процесса описывается уравнением

(-1/V)dC/dT = kCn, (6.42)

Где V - объем жидкости; n - (формальный) порядок реакции процесса пе­рехода ПАВ в пену.

Степень извлечения ПАВ пеной равна

5п = 100(Сн - Ск)/Сн = Сп/Сн, (6.43)

Где Сн - концентрация ПАВ в воде до извлечения; Сп - концентрация ПАВ в пене.

Степень извлечения зависит от многих параметров. С увеличением исходной концентрации ПАВ в воде возрастает пенообразующая способ­ность раствора и степень его извлечения. Небольшое количество добавок электролитов (< 510-4 моль/л) KCl, K2SO4, K4P2O7, KNO3, NaNO3, NH4NO3 приводит к увеличению степени извлечения.

С повышением температуры устойчивость пены уменьшается, диа­метр пузырьков увеличивается, измеряется растворимость ПАВ.

Коэффициент распределения ПАВ между пенным продуктом (пено - конденсатом) и сточной водой характеризует эффективность извлечения: 8п = Сп/Ск. (6.44)

Коэффициент єп всегда больше единицы. При проведении процесса стремятся, чтобы пеноконденсат имел наименьший объем с максимальной концентрацией ПАВ.

Степень изменения объема сточной воды в процессе пенной сепара­ции равна

Rv = V/V^, (6.45)

Где Vn - объем пеноконденсата; ^ст - остаточный объем раствора.

Выделение ПАВ из сточной пены затруднительно, поэтому она явля­ется отходом.

Процесс разрушения пенного слоя протекает с небольшой скоростью F, которая выполняется по формуле

F = 245Твоз(^ ТСк)2,33т3,24. (6.46)

Где ^оз - расход воздуха при барботировании через раствор ПАВ, м /ч; L - расход сточной воды, м3/ч; т - продолжительность барботирования, ч.

Для ускорения процесса разрушения пены применяют кремнийорга - нические и германийорганические соединения, но при их использовании происходит дополнительное загрязнение пеноконденсата. Поэтому целе­сообразнее использовать термические, электрические и механические спо­собы гашения пены.

Процесс очистки сточных вод от ПАВ методом пенного фракциони­рования имеет недостатки:

1) образуется обогащенный ПАВ конденсат, который медленно раз­рушается;

2) при увеличении концентрации ПАВ в сточной воде эффектив­ность очистки снижается.

Предложен способ очистки сточных вод от ПАВ, сочетающий пен­ное фракционирование и радиационную деструкцию и исключающий от­ход пены. Метод позволяет очищать сточные воды с высоким содержани­ем ПАВ любого типа и строения. Поскольку полная деструкция ПАВ до воды и СО2 экономически нецелесообразна, то радиационную деструкцию проводят до образования продуктов, легко окисляемых биологически.