Файл: Белоусова Юлия Александровна ( фио обучающегося ) выпускная квалификационная работа магистерская диссертация.docx
Добавлен: 23.11.2023
Просмотров: 288
Скачиваний: 3
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
К числу факторов, оказывающих влияние на процесс коагулирования как с целью достижения полноты удаления примесей, так и для получения определенных свойств образующегося осадка, относятся выбор коагулянтов и флокулянтов, их дозы, значения pH воды до и после введения реагентов, её температура, солесодержание, состав удаляемых примесей и др.
Коагулянты - вещества, способные вызывать или ускорять коагуляцию. При введении в дисперсную систему коагулянтов ускоряется и облегчается отделение частиц дисперсной фазы от сплошной среды. Концентрация коагулянта, при которой наступает быстрая коагуляция, называется порогом коагуляции.
При коагуляции хлопья образуются сначала за счет части взвешенных частиц и коагулянта или только коагулянта. Образовавшиеся хлопья последнего сорбируют вещества, загрязняющие СВ и, осаждаясь вместе с ними, очищают воду.
Основным процессом коагуляционной очистки загрязненных вод является гетерокоагуляция - взаимодействие коллоидных и мелкодисперсных частиц сточных вод с агрегатами, образующимися при введении в сточную воду коагулянтов.
Типы коагулянтов
Органические коагулянты представляют собой катионные полимеры, нейтрализующие отрицательные коллоиды своим положительным зарядом. Благодаря адсорбции происходит образование хлопьев загрязнителя.
Преимуществом использования органических коагулянтов является меньшее количество осадка, образующегося в ходе коагуляции, так как при обработке воды полимерами гидроксидов не образуется. Это существенно уменьшает количество осадка.
Неорганические или минеральные коагулянты используют принцип катионного обмена. Эффективность коагуляции повышается при росте валентности катиона.
Наиболее распространенные неорганические коагулянты — это соли трехвалентного железа и алюминия. Подобные коагулянты безвредны, имеют высокую растворимость и их стоимость относительно невысока. Также используют активированный кремнезем, силикоалюминат и другие минеральные добавки.
Неорганические коагулянты изменяют уровень pH, электропроводимость и способствуют умягчению воды. Основными преимуществами неорганических коагулянтов являются универсальность их применения и низкая стоимость.
При обработке воды неорганическими коагулянтами к загрязнителю прибавляются гидроксиды металлов, что дает эффект обезжелезивания воды, но увеличивает объем осадка.
Характеристики коагулянтов
Соли алюминия. Сульфат алюминия (глинозем) A12(S04)3 х
18Н20 (плотность 1,62 т/м , насыпная масса 1,05-1,1 т/м , растворимость в соде при температуре 20°С-362 г/дм3). Процесс коагуляции солями алюминия рекомендуется проводить при значениях рН=4,5-8. В результате применения сульфата алюминия степень минерализации воды увеличивается. Алюминат натрия NaA102, оксихлорид алюминия А12(ОН)5С1, полихлорид алюминия [Al2(0H)nCl6-n]m(S04)x (гдеl<=n<=5m<=10), алюмокалиевые [A1K(S04)2 x 18H20] и алюмоаммонийные [A1 (NH4) (S04)2 x 12H20] квасцы имеют меньшую стоимость и дефицитность, чем сульфат алюминия.
Соли железа. Сульфат двухвалентного железа, или железный
купорос FeS04 х 7Н20 (плотность 3 т/м , насыпная масса 1,9 т/м , растворимость в воде при температуре 20°С-265 г/дм3). Применение процесса коагуляции оптимально при рН>9. Гидроксид железа - плотные, тяжелые, быстро осаждающиеся хлопья, что является несомненным преимуществом его применения. Также помимо сульфата железа Fe2(S04)3 х 9Н20 можно использовать хлорид железа FeCl3 х 6Н20.
Соли магния. Хлорид магния MgCl2 х 6Н2О; сульфат магния MgS04-7H2О.
Известь. Имеет широкое применение, исключительная эффективность, не увеличивает уровень солей в частично очищенных сточных водах. Главным недостатком является зависимость от уровня pH и образование большого количество осадка, так же превышение дозы может привести к ухудшению качества частично очищенных сточных вод
Шламовые отходы и отработанные растворы отдельных производств. Хлорид алюминия (производство этилбензола), сульфат двухвалентного железа (травление металлов), известковый шлам и др.
Образующиеся в результате коагуляции осадки представляют собой хлопья размером от нескольких микрометров до нескольких миллиметров. Рыхлая пространственная структура хлопьев осадка обусловливает их высокую влажность - до 96-99,9%. Плотность хлопьев осадка составляет обычно 1,01-1,03 т/м. Для обесцвечивания высококонцентрированных и интенсивно окрашенных вод расходы коагулянтов достигают 1-4 кг/м3; объем осадка, получающегося в результате коагуляции, достигает 10-20 % объема обрабатываемой сточной воды. Значительный расход коагулянтов, большой объем получающегося осадка, сложность его обработки и последующего складирования, увеличение степени минерализации обрабатываемых сточных вод не позволяют в большинстве случаев рекомендовать коагуляцию как метод самостоятельной очистки. Коагуляционный метод очистки применяется в основном при небольших расходах загрязненных вод и при наличии дешевых коагулянтов.
При использовании в качестве коагулянтов солей алюминия и железа в результате реакции гидролиза образуются малорастворимые в воде гидроксиды железа и алюминия, которые сорбируют на развитой хлопьевидной поверхности взвешенные, мелкодисперсные и коллоидные вещества и при благоприятных гидродинамических условиях оседают на дно отстойника, образуя осадок:
Al2(S04)3+ 6Н20 = 2А1(ОН)3 + 3H3S04;
FeCl3+ 3H20 = Fe(OH)3+ ЗНС1;
FeS04 + 2H20=Fe(0H)2 + H2S04;
4Fe (OH)2 ()2 2H20=4Fe (OH)3.
Образующиеся в процессе гидролиза серную и соляную кислоты следует нейтрализовать известью или другими щелочами. Нейтрализация образующихся при гидролизе коагулянтов кислот может также протекать за счет щелочного резерва сточной жидкости:
н++ нсо-3 =со2+н2о.
Наибольшее распространение при коагуляции получил сернокислый алюминий, однако его применение ограничивается величиной pH обрабатываемой воды 6,5—7,5. В более щелочной среде вследствие амфотерных свойств алюминия образуется легко растворимый алюминат натрия. Поэтому при известковании в качестве коагулянта применяют сернокислое или хлорное железо, допускающее колебания величины pH в пределах 4—10.
При коагуляции особенно важна стабильность подогрева обрабатываемой воды. Температура воды должна поддерживаться автоматически с точностью до ± 1°С.
Важным условием эффективности коагуляции является правильный выбор дозы коагулянта. При избытке коагулянта по отношению к содержанию двууглекислых солей кальция и магния в воде остается не прореагировавший сульфат алюминия и вода приобретает кислый вкус. С избытком коагулянта связано также последующее помутнение воды вследствие образования хлопьев (вторичная коагуляция). При недостатке коагулянта образуется мало хлопьев и не получается достаточного осветления воды. Поэтому в каждом отдельном случае путем проведения пробной коагуляции устанавливается оптимальная доза коагулянта.
Дозы коагулянта устанавливаться экспериментальным путем. Оптимальная доза
коагулянта вызывает образование крупных, быстро оседающих хлопьев, и не дает опалесценции воды
Оптимальной дозой коагулянта считается та, которая дает заметную разницу в прозрачности очищенной воды по сравнению с меньшими дозами и небольшую разницу по сравнению с большими. При содержании в воде примерно 100 мг/дм3 взвешенных веществ доза коагулянта составляет 25-35 мг/дм3.
Если время хлопьеобразования значительно превышает 1-2 мин или при коагуляции не происходит осветления, следует определить pH исходной воды и в зависимости от полученной величины установить необходимость подщелачивания, подкисления (иногда разбавления) воды или использования другого коагулянта.
Подщелачивание, как правило, требуется, когда естественная щелочность сточной воды недостаточна для полного гидролиза коагулянта, т.е. составляет меньше 1-2 мг-экв/дм3.
Чрезмерное подщелачивание воды (до pH более 7,5) может вызвать растворение выпадающего гидрата окиси алюминия в результате образования при этих условиях алюминатов, растворимых в воде. Поэтому при проведении коагуляции совместно с известкованием, при котором pH среды поддерживается около 10, следует применять только соли железа.
Каждый градус щелочности воды соответствует содержанию в ней 10 мг/дм3 СаО и делает возможной реакцию с 20 мг/дм3 безводного алюминия сульфата или приблизительно с 40 мг/дм3 товарного коагулянта - A12(S04)3 х 18Н2О. Для осуществления реакции необходим некоторый избыток щелочности (2°). В таких случаях сточную воду приходится искусственно подщелачивать, для чего одновременно с коагулянтом добавляют гашеную известь - Са(ОН)2 из расчета, чтобы 1° жесткости соответствовал 10 мг/дм3 СаО. Реакция происходит следующим образом: A12(SО4)3 + ЗСа(ОН)2 = 2А1(ОН)3 + 3 CaSО4.
Подкисление или разбавление исходной воды используют при чрезмерной ее щелочности (pH > 9) с целью разрушения устойчивых нефтяных эмульсий и создания благоприятных условий для коагуляции.
Главными недостатками метода коагуляционной очистки сточных вод являются значительный объем коагулянтов, большой объем получающегося осадка, сложность его обработки и складирования, увеличение степени минерализации обрабатываемой сточной воды.
Коагуляционный метод очистки сточных вод применяется в основном при небольших расходах воды и при наличии дешевых коагулянтов.
1.4.2.2. Метод флотации
Процесс флотации.
Флотация – это процесс молекулярного прилипания частиц флотируемого материала к поверхности раздела двух фаз, обычно газа (чаще воздуха) и жидкости, обусловленный избытком свободной энергии поверхностных пограничных слоев, а также поверхностными явлениями смачивания.
Флотацию применяют для удаления из сточных вод диспергированных примесей, которые самопроизвольно плохо отстаиваются.
Процесс очистки производственных сточных вод, содержащих ПАВ (поверхностно-активные вещества), нефть, нефтепродукты, масла, волокнистые материалы методом флотации заключается в образовании комплексов "пузырек-частица", всплывание этих комплексов и удаление образовавшегося пенного слоя с поверхности обрабатываемой жидкости. Уплотнение и разрушение пенного слоя может быть интенсифицировано нагреванием или с помощью специальных приспособлений брызгалок. Прилипание частицы, находящиеся в ней, к поверхности газового пузырька возможно только тогда, когда наблюдается несмачивание или плохое смачивание частицы жидкостью. Образование комплекса "пузырек-частица" зависит от интенсивности их столкновения друг с другом, химического взаимодействия веществ, избыточного давления воздуха в сточной воде и т.п. В тех случаях, когда флотацию применяют для удаления растворенных веществ, например ПАВ, процесс называется пенной сепарацией или пенным концентрированием.
Возможность образования флотационного комплекса "пузырек-частица", скорость процесса и прочность связи, продолжительность существования комплекса зависят от природы частиц, а также от характера взаимодействия реагентов с их поверхностью и способности частиц смачиваться водой.
Таким образом, процесс флотации заключается в следующем – при сближении в воде поднимающегося пузырька воздуха с твёрдой гидрофобной частицей разделяющая их прослойка воды при некоторой критической толщине прорывается и происходит слипание пузырька с частицей. Затем комплекс "пузырек-частица" поднимается на поверхность воды, где пузырьки собираются и возникает пенный слой с более высокой концентрацией частиц, чем в исходной сточной воде.
Прилипание происходит при столкновении пузырька с частицей или при образовании пузырька из раствора на поверхности частицы. На величину смачиваемости поверхности взвешенных частиц влияют адсорбционные явления и присутствие в воде примесей ПАВ, электролитов и др. Поверхностно-активные вещества – реагенты-собиратели, адсорбируясь на частицах, понижают их смачиваемость, т.е. делают их гидрофобными. В качестве реагентов-собирателей используют масла, жирные кислоты и их соли, меркаптаны, ксантогенаты, дитиокарбонаты, алкил-сульфаты, амины и другие вещества. Повысить гидрофобность частиц можно сорбцией молекул растворенных газов на их поверхность.