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

Для частин невеликих  розмірів (менше 1-3 мкм), незалежно від їх знаходження  в нерухомій воді або у воді, яка перемішується з різною швидкістю,  основне значення має молекулярно-кінетична коагуляція.

Зіткнення і злипання частин,  розмір  яких  перевищує 1-3  мкм,  відбувається,  головним чином,  в результаті  градієнтної коагуляції, яка спостерігається як в монодисперсних, так і в полідисперсних системах за умови, що  розмір  деякої  частини частин, які коагулюють, перевищує вказаний критичний розмір.

Процес градієнтної  коагуляції залежить від концентрації зважених частин, їх об'єму і градієнта швидкості, яка характеризує відносне переміщення окремих ділянок рухливого потоку.

Як молекулярно-кінетична,  так і  градієнтна  коагуляція відіграють важливу роль в утворенні  пластівців. На початку процесу, після додавання реагентів,  має місце зазвичай молекулярно-кінетична коагуляція. Проте вона  не дозволяє отримати  досить великі агрегати, а процес коагуляції незабаром припиняється в результаті різкого скорочення   числа реагуючих частин,  збільшення їх розмірів і зменшення інтенсивності броунівського руху.

Для завершення процесу  утворення пластівців потрібні умови,  сприяючі  градієнтній  коагуляції. Ці  умови  створюються перемішуванням води гідравлічним або механічним способом в камерах утворення пластівців.

У технології очищення природних  і стічних вод застосовують наступні типи камер утворення пластівців :  перегородчасті,  водокомірні, з механічним перемішуванням.

У перегородчастих камерах  вода протікає по ряду коридорів. Застосовують камери з горизонтальним або вертикальним рухом води.  Швидкість руху води зазвичай приймають 0,2-0,3  м/с.

Загальна тривалість перебування води в перегородчастих  камерах 20-30 хв.

Для запобігання руйнуванню агрегатів, які утворилися, швидкість  руху води в трубопроводах,  каналах  або  лотках  не повинна перевищувати 0,1  м/с.  У зв'язку з цим    доцільніше представляються конструкції камер утворення пластівців, вбудовані безпосередньо у відстійник (особливо  доцільне  поєднання цих конструкцій з тонкошаровим відстоюванням).

Вихрові камери є резервуарами, які розширюються догори, в яких від низу до верху поступає вода. У міру руху води від низу до верху  швидкість її знижується, що забезпечує хороше формування пластівців.  Швидкість  висхідного  потоку  приймається від 4 до 8 мм/із залежно від великої і щільність пластівців, які утворюються. Час перебування води в камері 6-10 хв.

Одним з варіантів  вихрової камери "вбудований" у  відстійник освітлювач із зваженим шаром  осаду. Зважений осад,  який знаходиться  у верхній частині освітлювача,  сприяє  процесу утворення пластівців. Наявність  значної  кількості  твердої фази прискорює процес коагуляції, забезпечує отримання великих і важчих пластівців, які мають велику швидкість осадження.  Максимальний час перебування води, яка очищається, в шарі зваженого осаду 10 хв.

У зарубіжній практиці поширення  придбали камеру утворення пластівців з механічним перемішуванням. Для  перемішування застосовують горизонтальні  або вертикальні лопатеві мішалки. Тривалість перебування води в  цих камерах складає 20-30 хв., швидкість руху  води 0,15-0,2 м/с.

Окружна швидкість мішалок (у точках, які лежать в середині лопатей) для камер з горизонтальною віссю обертання мішалок приймається  рівною 0,2-0,5 м/з, з вертикальною віссю - в 1,5-2 рази більше.

При розрахунку гідродинамічних  характеристик камер утворення  пластівців необхідно мати на увазі  наступне. З одного боку, ніж інтенсивніше перемішування, тим більше достовірність  зіткнення і злипання частин на межі мікро- і макропотоків, і, отже,  швидше протікає градієнтна коагуляція.  З іншого боку,  рухливі з різною швидкістю потоки,  створюють  нерівномірну напругу в окремих ділянках структури пластівців, внаслідок чого останні можуть руйнуватися.

У тому випадку, коли в  процесі коагуляції і флокуляции не вдалося добитися отримання компактних, щільних пластівців, процес виділення тонкого коагулюма закінчують в контактних освітлювачах,  відстійниках  із  зваженим осадом, фільтрах або флотаторах.

Технологічний ефект  застосування флокулянтов  для  обробки  води  в  освітлювачах із зваженим осадом полягає в збільшенні швидкості обмеженого осадження пластівців зваженого осаду і збільшенні гідравлічною великою усіх неоднорідних за розміром пластівців, які представляють зважений осад.

В процесі фільтрування через зернисті фільтри флокулянты покращують первинний процес прилипання частин до зерен завантаження, яке фільтрує, і дають фільтрат кращої якості. Однією з причин сприятливої дії флокулянтов є зменшення сил, що перешкоджають адгезії частин на твердій поверхні. Іншою причиною є освіта в результаті флокуляции досить великих і, при загальному застосуванні з сірчанокислим алюмінієм, щільніших агрегатів. [15]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.1.4 Флотація

Одним з найбільш перспективних  методів видалення із стічних  вод нерозчинених домішок є флотація. Метод флотації виділення грубодисперсних частин (від 3 мм до мм) з суспензій заснований на здатності останніх за певних умов закріплюватися на межі розділу фаз "рідина-газ".

Суть методу заснована  на тому, що частини домішок злипаються з бульбашками повітря, що що тонкодиспергированного у воді, і виносяться на бульбашках до поверхні розчину, де концентруються і збираються тим або іншим способом.

Уся практика флотації і  багато досліджень свідчать про те, що флотованість частин залежить від їх розмірів. У переважній більшості випадків оптимальний розмір частин для флотації складає -  см

Достовірність зіткнення  частини з бульбашкою за інших  рівних умов тим більше, чим більше частина  і чим більше її маса (інерція). Достовірність же закріплення частин на поверхні бульбашок при збільшенні великої частин знижується, оскільки при цьому ростуть відриваючі сили,  до  яких  відносяться сили  тертя бульбашки об рідину, сили тяжіння і сили інерції, які виникають в результаті того, що мінералізовані бульбашки рухаються по зігнутих траєкторіях, то уповільнюючи, то прискорюючи свій рух.

Таким чином, достовірність  флотації дрібних частин залежить від  достовірності зіткнення їх з  бульбашками, а великих - від достовірності  стійкого закріплення їх на бульбашках повітря.

Верхня межа велика частин, які флотують, залежно від їх гидрофобности  і питомої ваги складає 0,2-2,0 мм Нижня  межа великою не може бути так різко  обкреслений.  Проте можна вважати  твердо встановленим, що флотованість твердих частин різко погіршується при наближенні їх розмірів до колоїдних.

Інше пояснення поганої  флотованості дрібних частин (безінерційних), це Ребиндером, полягає в тому, що при наближенні розмірів частин до колоїдних росте некомпенсированность молекулярних сил на поверхні частин. Частини стають повністю змочуваними в результаті покриття їх поверхні плівкою гідрата,  який утворюється в результаті складних колоїдно-хімічних процесів. Останнє у свою чергу призводить до того, що в області високої міри дисперсності втрачають свій звичайний сенс і уявлення про крайове вугілля змочування, на яких заснована  проста схема флотації. Згідно Дерягину, Духину і іншим дослідникам, флотація частин, що що тонкодиспергированных, відбуваються без утворення трифазного параметра змочування на основі гетерокоагуляционного механізму взаємодії частини з бульбашкою повітря.

Говорячи про вплив  розміру частин на їх флотованість, необхідно відмітити, що в переважній більшості випадку у великі частки краще взаємодіють з великими бульбашками, а дрібні - з дрібними.

Досвід показує,  що  хорошу  природну  флотованість мають  тільки такі речовини, в яких поверхня має не іонний характер, наприклад, жирне кам'яне вугілля, озокерит, парафін, сірка, емульговані масла, смоли, латексів та ін. Основна маса речовин не має природній флотованості і може бути сфлотирована лише після штучної гідрофобізації їх поверхні. Гідрофобізація поверхні твердих речовин досягається обробкою їх різними хімічними реагентами.  Ці реагенти, звані колекторами, або збирачами, закріплюючись на поверхні частин (частіше за усе адсорбційне), повідомляють їм штучну флотованість.

Як збирачі використовують речовини з дифильным будовою - ЛІГШИ.  При  створенні штучної флотованості  за допомогою цих речовин використовують їх властивість певним чином орієнтуватися на поверхні частин дисперсної фази. Закріплення іонів гетерополярних збирачів на поверхні частин супроводжується орієнтацією аполярної частини поверхневоактивних іонів у водну фазу, а полярною - у бік поверхні частин.  Саме завдяки такій орієнтації збирача поверхня частин придбаває значну гидрофобность. Відповідно до знаку заряду гидрофобизирующего длинноцепочного іона іоногенні збирачі що діляться на катіонних і аніонних.

За допомогою невеликих  кількостей вказаних реагентів вдається витягати з водних розчинів частини будь-якої природи : мінеральні, органічні рідини (масла, смоли, латекси), що суспензії, що тонкодиспергированные, мікробіологічні. Крім того, за допомогою флотореагентов-собирателей може бути успішно здійснений процес виділення флотації частин, що що тонкодиспергированных і колоїдних. Якщо у разі флотації грубодисперсних частин збирачі виконують роль гидрофобизаторов поверхні частин, то у разі флотації частин колоїдних розмірів вони виконують роль флокулянтов і гидрофобизаторов. При введенні таких збирачів в стічну воду вони сприяють агрегації колоїдних частин на поверхні рухливих бульбашок повітря, внаслідок чого колоїдні частини закріплюються на поверхні бульбашок,  виносяться на поверхню розчину і концентруються.

Основними чинниками,  які впливають  на  ефективність  виділення флотації речовин,  являються,:  їх  природа,  величина  рН середовища, температура, швидкість продування повітря і механізм генерування (освіта)  рухливої межі розділу "газ-рідина", концентрація і природа збирача, концентрація електролітів і органічних домішок.

Залежно від прийнятого  способу генерування бульбашок  розрізняють декілька видів флотації :  компресійна(доповнення 2, мал. 26),  безнапірна(доповнення 2, мал. 27),  импеллерная, електрофлотація  та ін.

Найбільш широке застосування в практиці очищення стічних вод  отримали установки компресійної флотації, конструкції, які відрізняються  простотою, і надійністю в роботі. Ці установки включають наступні основні елементи:  збірні (приймальні)  резервуари для стічних вод, насосно-ежекторну, або компресійну, установку для подачі повітря, напірний резервуар (сатуратор) для насичення води повітрям, камеру флотації з устаткуванням для збору і видалення спливаючої (часто пенообразной) маси забруднень.

Для підвищення ефективності очищення флотації передбачають попереднє введення в стічних води коагулянтів або флотореагентов-собирателей.

Об'єм сатуратора розраховують на перебування в нім води протягом 2-3 мін при тиску 3-5 атм; камери флотації - протягом 10-20 хв. Кількість повітря, яке розчиняється в сатураторі, складає не менше 3% об'єму рідини, яка очищається.

Суть компресійної флотації полягає в наступному. Флотація здійснюється за допомогою бульбашок повітря, які виділяються з пересиченого розчину повітря в стічній воді. Генерація бульбашок повітря полягає в попередньому насиченні стічних вод повітрям під надмірним тиском (у сатураторі) і наступному різкому зниженні тиску до атмосферного (у флотокамере).

Процес очищення стічних  вод флотацією бульбашками,  які виділяються з пересиченого розчину газу у воді, знаходиться, таким чином, з декількох стадій.

1. Розчинення газу  у воді. Число бульбашок, які  виділяються з пересиченого розчину,  а, отже, і ефективність очищення  флотації залежать від кількості  розчиненого у воді газу. Розчинність газів в рідині визначається відомим рівнянням Генрі.

2. Виділення бульбашок  з пересичених розчинів газу  у воді (виникнення нової фази). Утворенню бульбашок в пересичених  розчинах властиві загальні закономірності  виникнення нової фази. Виникнення нової фази в гранично насиченій (метастабільною) фазі відбувається у формі зародків. Гіббс уперше ввів поняття "Критичного зародка", тобто частини нової фази певного розміру, яка знаходиться в рівновазі з метастабільною фазою.

3. Утворення флотоактивных комплексів "частини-бульбашки". Комплекси "частини-бульбашки" утворюються двома шляхами:

а) частина прилипає до бульбашки при їх зіткненні під  час підйому бульбашки в рідині;

б) бульбашка виділяється  з пересиченого розчину безпосередньо  на поверхні частини.

Термодинамічний аналіз процесу показав,  що  достовірність  виникнення бульбашок на частинах домішок  вища, ніж в середовищі гомогенної рідини.  Ця достовірність росте  із збільшенням гидрофобности поверхні частин і міри пересичення води азом. Проте це не робить неможливої флотації по першому варіанту.

4. Підйом комплексів  на поверхню стічної води.

Напірна флотація застосовується нині для очищення стічних вод  нафтопереробних,  паперових  і  целюлозних заводів,  виробництв  віскозних  волокон,  для  відділення  активного мулу від біологічно очищених стічних вод і багатьох інших виробництв.

Сучасні схеми установок  напірної флотації можна класифікувати  на три основні групи (доповнення 2, мал. 28) :