Коагуляция, флокуляция и флотация при очистке сточных вод. Сущность процессов и аппаратурное оформление.
Коагуляция - это физико-химический процесс укрупнения коллоидно-дисперстных частиц размером 1-100 нм и более крупных частиц выше 100 нм под дей-ем реагентов – коагулянтов с образованием агрегатов.
Коллоидные частицы адсорбируют находящиеся в воде гидроксид-ионы ОН-, приобретают отрицательный заряд и отталкиваются друг от друга, образуя устойчивую дисперсную систему.
Для осуществления процесса коагуляции (т.е. удалить коллоидные примеси) в сточную воду добавляют коагулянты - соли железа (III) и алюминия (III), так как соли этих металлов в растворах сильно гидролизованы и образуют хлопья гидроксидов металлов. Процесс гидролиза коагулянтов и образования хлопьев происходит по следующим стадиям:
Me3+ + НОН →- Ме{ОН)2 + +Н
Ме(ОН)2+ + НОН → Me (OH)2+ + Н
Ме(ОН)2+ + НОН→ Ме(ОН) 3 +Н
Ме3+ +3 НОН →↓Ме(OН)3 + 3H+
Образовавшийся Fe(OH)3 или Аl(ОН)3 является коллоидом, мало растворимым веществом, который в нейтральной и слабокислой среде приобретает небольшой положительный заряд в результате адсорбции ионов Н+ и катионов Fе3+или Аl3+. В щелочной среде гидроксид Аl и Fe заряжен «-» в рез-те адсорбции AlO2. Аl(ОН) образ микрохлопья, это кратковр пр-с происх в смесителях и образ микрохлопьев это 1-ая фаза коагуляции. 2-ая фаза длиться до 60 мин – в свободном V-ме воды к-да происх коагуляция микрохлопьев. При этом микрохлопья адсорбируют на своей пов-ти коллидные частицы и могут сами адсорбировать на пов-ти взвеш в-ва Пр-с происх-ти в камерах хлопья образования в условиях умеренного перемешивания ст воды иэтот пр-с заканчив-ся образ-ем крупных хлопьев. Чаще коагулянты добавляют в отстойник и удаление хлопьев из сточной воды происх совместно со взвеш в-вами.В кач-ве коагулянтов используют сульфаты или хлориды Al и Fe или их смеси. Наиболее распространенные яв-ся сульфат Al. Он эффективен в интервале значений pH=5-7,5. Его применяют в сухом виде или в виде 50 % р-ра. Из солей Fe исп сульфаты Fe. Для подщелачивания сточных вод добавляют NaOH или Ca(OH)2. Для эффектив процесса коагуляции нужно образование нерастворимых гидроксидов и микрохлопьев коагулянтов из которых затем д/образоваться крупные и твердые хлопья. Гидрооксид Al яв-ся малорастворимым при pH=5-7.
А в прцессе гидролиза коагулянта происходит сниж pH среды. Это отрицательно влияет на дальнейший гидролиз и образов хлопьев,поэтому иона H+ необходимо связать,частично это происходит за счет природной щелочности воды. С повыш темпер воды растворимость гидроксидов уменьш и коагуляция проходит более эффективно. Для нор-го процесса коагуляции требуется оптимальная доза коагулянта, т.е. это масса коагулянта, добавляемая на ед. объема очищаемой сточной воды, кот минимально необх для эффективной коагуляции. Оптим доза опред-ся экспирем-но и завис в основном от концентрации не растворен примесей, от их крупности и плотности. При коагулировании необх чтобы весь добавленный объем коагулянта как можно быстрее и равномерней распределился во всем объеме сточной воды. Для этого в смесителях происх интенсивное перемешивание коагул-та со сточной водой (1 фаза), при этом во 2-ой. фазе требуется умеренное перемешивание воды, чтобы создать благоприятн условия для столкновения микрохлопьев коагул с примесями и м/у собой. Чрезмерная интенсивность перемешивания может разрушить образовавшиеся хлопья. Умеренное перемешивание осущ в камерах: хлопья образования.
Флокуляция - для повышения эфектив-ности коагуляции примен обработку сточной воды флокулянтами. Флокулянты- это высокомолекулярные органич и минеральные соединения кот в воде образ макромолекулы. Эти-молекулы адсорбируют гидрокс коагулянтов, связывая их вместе с примесями в крупные тяжелые хлопья. Т.о. флокуляция ~, это процесс агрегации частиц с помощью флокулянтов. Флокуляция происх не только при непосредств контакте частил, но и в рез-те взаимод-я молекул флокулянта адсорбированного на частицах. Из минеральных флокулян-тов нсп-ся в основном активная кремниевая кислота,, кот приготавлив путем активации жидкого стекла натрий2силиикумОЗ, К2 силициумОЗ,
Мех-м действия флокулянтов.1-адсорбция мол-л флокулянта на пов-сти коллоид ч-ц;2-образование сетчатой стр-ры мол-л флоккул-та;3-слипание коллоид ч-ц за счет сил Ван-Дер-Вальса(- силы межмолекулярного взаимодействия с энергией 0,8 — 8,16 кДж/моль. К ван-дер-ваальсовым силам относятся взаимодействия между диполями (постоянными и индуцированными). Название связано с тем фактом, что эти силы являются причиной поправки на внутреннее давление в уравнении состояния реального газа Ван-дер-Ваальса. Эти взаимодействия в основном определяют силы, ответственные за формирование пространственной структуры биологических макромолекул).
Про-с очистки сточных вод коагуляцией и флокуляцией сост из след стадий: дозирование, смешивание реагентов со сточной водой, хлольеобразование, осаждение хлопьев.
