Розробка вторинного відстійника стічних вод на стадії фізико-хімічної очистки другої черги цеху

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.1.2 Флокуляция і флокулянты

Деякі ВМВ і ЛІГШИ  при певних концентраціях здатні самостійно,  без  додавання  неорганічних  електролітів,  викликати агрегацію  частин ліофобних колоїдів. Об'єднання  частин в агрегати в цьому випадку здійснюється на додаток до безпосереднього контакту частин за рахунок їх взаємодії через молекули органічних речовин. Такі речовини дістали назву флокулянты, а розподіл фаз колоїдних систем з їх допомогою назвали флокуляцией.

Введення хімічної обробки води коагулянтами було досить знаменним етапом в розробці методів очищення води.

Проте зараз, коли постійно підвищуються вимоги до якості очищеної води,  сталі  очевидні  деякі  істотні  недоліки хімічної технології очищення води.

Загальний недолік усіх методів очищення води із застосуванням коагулянтів полягає в тому, що в умовах якості води, яка постійно змінюється, в джерелі технологічний режим роботи очисних споруд стає часто нерегулированным.

Підбір дози коагулянта може забезпечити необхідний ефект очищення. Але,  залежно від  багатьох  параметрів, які змінюються, ефективність роботи апаратури, навантаження на неї, тривалість фильтроциклов і швидкість міняються.

Недостатня ефективність апаратури багато в чому визначається такими недоліками коагулянтів,  як повільний  гідроліз і мала швидкість утворення пластівців при малих температурах, недостатня міцність пластівців, їх руйнування і винесення з апарату.

Для заповнення цих недоліків  використовуються різні методи.  Найкращі результати були досягнуті при застосуванні флокулянтов, тобто речовин, сприяючих  коагуляції.  Невеликі їх добавки у воду на додаток до звичайних коагулянтів (а іноді - замість) сприяють утворенню пластівців, відстоюванню і фільтруванню, стабілізують процес очищення, підвищують якість, збільшують ефективність роботи устаткування.

Здатність ВМВ флокулировать  колоїдні частини була відкрита французьким  дослідником В. Анри в 1903 р. Флокулянты належать до класу лінійних полімерів, для яких характерна цепочечная структура  макромолекул. Молекулярна маса досягає декількох мільйонів, а довжина ланцюжка, який складається з ряду ланок, які повторюються, - сотень і тисяч ангстрема. Як флокулянтов використовують ВМВ, добре розчинні у воді. За сучасними уявленнями їх розчини є істинними розчинами,  тобто гомогенними однофазними і стійкими системами.

Механізм дії флокулянтов  зводиться,  в основному,  до  наступного. Завдяки великій кількості  функціональних груп, одна макромолекула  взаємодіє одночасно з декількома колоїдними частинами, як би зв'язуючи їх нитками або містками.

Згідно мостиковой моделі, флокуляция полягає, по-перше, в закріпленні  кінців макромолекул на поверхні частин,  і,  по-друге, в адсорбції протягнутих  в глибину розчину сегментів  молекул на вакантних ділянках сусідніх частин. Адсорбційне  закріплення макромолекул на твердих поверхнях характеризується наступними закономірностями:

1)  оптимальні умови  флокуляции досягаються при дозах  реагентів,  які забезпечують  покриття  доступних  ділянок   поверхні твердих частин;

2)  пересичення поверхні частин макромолекулами призводить до погіршення флокуляции, оскільки в цьому випадку вільні кінці макромолекул можуть адсорбуватися на тій же поверхні, утворюючи петлі, а число мостиковых зв'язків між сусідніми частинами при цьому зменшується;

3) між  оптимальною  дозою флокулянта і площею,  доступною для адсорбції поверхні  частин дисперсної фази, існує  лінійна залежність;

4)  катіонні флокулянты  адсорбуються переважно на негативно  заряджених частинах, а аніонні  - на позитивно заряджених. Неіоногенні флокулянты  адсорбуються переважно на незаряджених ділянках поверхні своїми гідрофобними ділянками.

Макромолекули флокулянтов  можуть знаходитися у воді в неіонізованому стані або диссоціювати в тій  або мірі на іони. Відповідно до цього  розрізняють неіоногенні флокулянты і полиэлектролиты. До полиэлектролитам відносяться такі полімери, в молекулах яких є групи з кислотними або основними властивостями. Тобто, полиэлектролиты є сильними або слабкими кислотами або підставами. При їх дисоціації утворюються високомолекулярні полівалентні і прості низковалентные іони. По знаку заряду високомолекулярних іонів розрізняють аніонні,  катіонні флокулянты і амфотерные.

Високомолекулярні флокулянты зазвичай підрозділяють на три групи: активна кремнієва кислота, природні флокулянты або отримувані з рослинної сировини (крохмаль,  ефіри,  альгінат  натрію і так далі), синтетичні органічні полімери (ПАА, поліоксиетилен, полиэтиленимин  та ін.).

Активна кремнієва кислота (АК) -  це  колоїдний  розчин кремнієвої кислоти або її важкорозчинних солей,  тобто  це високомолекулярний неорганічний поліелектроліт аніонного типу. АК -  не  стандартний продукт,  готується  на  станціях  перед вживанням.  Сировиною для її приготування є рідке скло -  водний розчин силікату натрію.

Велику групу флокулянтов складають високомолекулярні речовини рослинного і тваринного походження. До цієї групи відносяться крохмаль, декстрин, желатин, ефіри целюлози, альгінат натрію і гуаровые смоли. Перевага флокулянтов  природного походження полягає у відсутності у них токсичних властивостей і повної нешкідливості для організму людини.

Деякі флокулянты (крохмаль, альгинаты і гуаровые смоли) виділяють  безпосередньо з рослин. Ефіри  целюлози,  включаючи карбоксиметилцелюлозу,  декстрин і інші похідні крохмалю,  отримують шляхом хімічної переробки природних продуктів. При переробці отримують різноманітні флокулянты з різними функціональними групами,  електричними  властивостями, молекулярними масами.

До синтетичних флокулянтів  відносяться водорозчинні  полімери, які виходять з продуктів хімічної і нафтохімічної промисловості. Найбільшого  поширення  набули  поліакриламід, поліоксиетилен, натрієві  солі і  ефіри поліакрилової і полиметакриловой кислот, поливинилпиридин, сополімери  малеїнового ангідриду і винилацетата, полімери на основі стиролу. Застосування синтетичних флокулянтов для очищення води дозволяється санітарними органами тільки після усебічного їх обстеження і перевірки.

З катіонних флокулянтов  найбільше застосування отримали: полиэтиленимин,  що містить  первинні,  вторинні  і  третинні аміногрупи, флокулянты,  що містять  групи  четвертинної  амонієвої основи (ВА- 2, ВА- 112, ВПК- 101) та ін.

З аніонних флокулянтов  найбільше застосування отримав  ПАА - технічний поліакриламід. Застосовують два сорти технічного ПАА :  вапняний і аміачний.

При використанні флокулянтов  амфотерного типу як і раніше залишаються  незамінними природні з'єднання,  представлені речовинами білкової природи (желатин,  казеїн).  Використання їх в технології стічних вод стримується із-за високої дефіцитності білкових продуктів. Останніми роками була показана можливість використання як флокулянтов білкових речовин, отриманих шляхом плазмолізу активного мулу і кормових дріжджів.

Як флокулянтов вистачає широко використовуються також низькомолекулярні органічні сполуки - ПАВ різних типів. Особливостями їх флокулирующего дії є орієнтована адсорбція на поверхні частин, яка призводить до гідрофобізації поверхні. На відміну від мостиковой флокуляции, властивою ВМВ, флокуляция за допомогою ПАВ дістала назву "гідрофобної" флокуляции.

Вибір того або іншого типу флокулянта в основному визначається величиною і знаком заряду флокулируемых  частин. Річ у тому, що адсорбційне  закріплення молекул флокулянта на поверхні частин в більшості випадків визначається електростатичною взаємодією функціональних груп флокулянтов з активними центрами поверхні частин. Катіонні флокулянты  краще флокулируют негативно заряджені частини,  аніонні, -  позитивно заряджені.  Неіонні реагенти використовують зазвичай для флокуляции тонкодисперсних частин,  які займають проміжне положення між грубодисперсними і колоїдними частинами і мають невисокий поверхневий заряд. [15]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.1.3 Технологічні процеси з використанням коагулянтів і флокулянтов

Коагулянти і флокулянты застосовуються в основному для очищення стічних і природних вод від зважених і колоїдно-дисперсних речовин. При цьому одночасно знижуються колірність, бактерійна забрудненість, а в окремих випадках запахи і приправи води.

Технологічний процес очищення коагулянтами,  як правило, складається з наступних операцій: складування реагентів, попереднє освітлення, підлуговування води, підготовка і  змішення коагулянта, знебварвлення і освітлення (доповнення 2, мал. 24).

При полідисперсному складі зважених речовин стічні води заздалегідь освітлюють. Дрібніші мінеральні або органічні суспензії відділяють відстоюванням або фільтруванням на повільних фільтрах.

Воду подщелачивают, що очищається, якщо лужний резерв недостатній для  хорошого гідролізу коагулянтів. Для підлуговування води і зв'язування агресивного діоксиду вуглецю, який утворюється при гідролізі, застосовують гідроксид або карбонат натрію, карбонат кальцію і вапно,  а також в невеликих кількостях аміак і аміачну воду.

При підлуговуванні підтримують рН в межах 6,5-7,5. Це сприяє також зменшенню залишкового вмісту алюмінію і залоза в очищеній воді і зниженню її корозійних властивостей.

Освітлення і знебварвлення  каламутних вод з підвищеною жорсткістю коагулянтами краще здійснювати  при високих значеннях рН, а  кольорових м'яких вод - при понижених. Вода, що краще знебарвлюється, при  введенні подщелачивающих реагентів  після внесення коагулянтів,  оскільки  частина  забарвлених  речовин  устигає  сорбувати у момент утворення гідроксидів.

Одним з найважливіших  технологічних параметрів є доза коагулянта.  Її оптимальна величина залежить від властивостей дисперсної системи : температури, кількості зважених і колоїдно-дисперсних речовин,  колірності,  іонного  складу  середовища,  значення рН і інших властивостей.

При недостатній дозі коагулянта не досягається необхідний ефект очищення, а при надмірній - разом з перевитратою дорогого реагенту іноді може погіршати коагуляція. За  певних умов (4,5 > рН > 8,5)  відзначається  підвищений  залишковий вміст алюмінію у воді, яка очищається, в результаті утворення розчинних основних сульфатів алюмінію при рН < 4,5 або алюмінату натрію при рН > 8,5.

Великий вплив на дозу коагулянта чинить температура. Із  зменшенням  температури доза  різко росте,  особливо у разі каламутних вод. Із зменшенням каламутності води вплив температури позначається менше.

Доза коагулянта росте  при збільшенні змісту у воді зважених речовин,  особливо  для тонкодисперсної  суспензії.

        Очищення стічних вод коагуляцією і флокуляцией одночасно включає наступні процеси:  приготування водних розчинів коагулянта  і флокулянта,  їх  дозування,  змішення розчинів із стічною водою,  утворення пластівців і виділення пластівців з води.

Як видно з нього,  схема передбачає  загальне використання коагулянта і флокулянта.  Цей  спосіб  набув  повсюдного поширення. Він дозволяє добитися хорошого освітлення води завдяки прискоренню процесу  утворення пластівців,  збільшенню швидкості осадження пластівців, збільшенню міцності і зменшенню вологості осаду. Схеми з роздільним використанням коагулянта і особливо флокулянта застосовуються значно рідше.

Загальне застосування коагулянтів і флокулянтов проводиться,  в основному,  двома способами.  У  першому  способі  флокулянты застосовують для поліпшення процесу фільтрування і підвищення грязеемкости фільтрів і контакту освітлювачів. На  станціях  з двоступінчатим очищенням флокулянты в цьому способі дозують перед фільтрами у воду, яка пройшла спорудження першого ступеня і що містить дрібні, не затримані в цих спорудах пластівці; на станціях з одноступінчатим очищенням -  перед контактними  освітлювачами або фільтрами.

У другому,  найбільш поширеному способі,  флокулянты застосовують для загального поліпшення процесу очищення води у відстійниках і освітлювачах із зваженим осадом, на фільтрах і флотаторах. Флокулянты в цьому способі вводять перед спорудженнями першого ступеня в кількості, достатній для інтенсифікації роботи.

Суть  гетерокоагуляции,  як  вже  вказувалося раніше, зводиться  до взаємодії різних за природою і  різнойменно заряджених частин (негативно  заряджених частин домішок і позитивно  заряджених частин гідроксидів заліза і алюмінію).  Виниклі агрегати складного складу в результаті подальшого структуроутворення перетворюються на великі пластівці.

Гетерокоагуляция може здійснюватися:

1) за рахунок броунівського  руху частин;

2) за рахунок спрямованого  руху одних частин по відношенню  до інших (наприклад під дією  сили  тяжіння);

3) за рахунок перемішування  потоку води і опору частин  на поверхні макро- і мікропотоків, які виникають в перемішуваному  об'ємі.

Зіткнення і злипання частин в результаті броунівського  руху прийнято називати молекулярно-кінетичною коагуляцією; зіткнення і злипання частин в результаті перемішування води -  градієнтною коагуляцією;  зіткнення  і  злипання  частин, рухливих з різною швидкістю під дією сили тяжіння - гравітаційною коагуляцією.