Навігація
Головна
ХІМІЧНІ МЕТОДИ ОЧИЩЕННЯ СТІЧНИХ ВОДгідромеханічним способом очищення стічних водМетоди фізико-хімічної очистки стічних водСпорудження для біологічного очищення стічних водТЕРМІЧНІ метод очищення і знешкодження СТІЧНИХ ВОД
Очищення стічних вод екстракцією забрудненьХІМІЧНІ МЕТОДИ ОЧИЩЕННЯ СТІЧНИХ ВОДТЕРМІЧНІ метод очищення і знешкодження СТІЧНИХ ВОДгідромеханічним способом очищення стічних водОчищення стічних вод
 
Головна arrow Екологія arrow Теоретичні основи захисту навколишнього середовища
< Попередня   ЗМІСТ   Наступна >

ФІЗИКО-ХІМІЧНІ СПОСОБИ ОЧИЩЕННЯ СТІЧНИХ ВОД

Фізико-хімічні методи відіграють значну роль при очищенні стічних вод. Вони застосовуються як самостійно, так і в поєднанні з механічними, хімічними та біологічними методами.

До фізико-хімічних методів очищення стічних вод відносяться коагуляція, флотація, адсорбція, іонний обмін, екстракція, ректифікація, випарювання, дистиляція (випаровування), гіперфільтрація (зворотний осмос) і ультрафільтрація, кристалізація, а також методи, пов'язані з накладенням електричного поля - електрокоагуляція , електрофлотація, електроліз і ін. Ці методи використовують для видалення із стічних вод тонкодисперсних зважених твердих і рідких частинок, розчинних газів, мінеральних та органічних речовин.

Коагуляція і флокуляція забруднень стічних вод

Використання фізико-хімічних методів для очищення стічних вод в порівнянні з біохімічними має ряд переваг: можливість видалення із стічних вод токсичних, біохімічно неокисляющих органічних забруднень; досягнення більш глибокої і стабільної ступеня очищення; менші розміри споруд; менша чутливість до змін навантажень; можливість повної автоматизації; більш глибока вивченість кінетики деяких процесів, а також питань моделювання, математичного опису та оптимізації, що важливо для правильного вибору і розрахунку апаратури; методи не пов'язані з контролем за діяльністю живих організмів; можливість рекуперації різних речовин.

Вибір того чи іншого методу очищення (або сукупності методів) виробляють з урахуванням санітарних і технологічних вимог, що пред'являються до очищених стічних вод з метою подальшого їх використання, а також з урахуванням кількості стічних вод і концентрації забруднень в них.

У процесі механічного очищення із стічних вод досить легко видаляються частинки розміром 10 мкм і більше, дрібнодисперсні і колоїдні частинки практично не видаляються. Таким чином, стічні води після споруд механічного очищення являють собою агрегативно стійку систему. Для їх очищення застосовують методи коагуляції; агрегативна стійкість при цьому порушується, утворюються більші агрегати частинок, які можуть видалятися із стічних вод механічними способами.

Коагуляція - це процес злипання частинок колоїдної системи в результаті їх взаємодії під дією молекулярних сил зчеплення при перемішуванні або направленому переміщенні в зовнішньому силовому полі. У результаті коагуляції утворюються агрегати - більші (вторинні) частинки, що складаються зі скупчення дрібних (первинних). Первинні частинки в таких агрегатах з'єднані силами міжмолекулярної взаємодії безпосередньо або через прошарок навколишнього (дисперсійної) середовища. Коагуляція супроводжується прогресуючим укрупненням частинок і зменшенням їх загального числа в обсязі стічної води. Злипання однорідних частинок називається гомокоагуляціей, а різнорідних - гетерокоагуляціей.

В очищенні стічних вод коагуляцію застосовують для прискорення процесу осадження тонкодисперсних домішок і емульгованих речовин. Вона найбільш ефективна для видалення з води колоїдно-дисперсних частинок, тобто частинок розміром 1 ... 100 мкм. Коагуляція може відбуватися мимовільно або під впливом хімічних і фізичних процесів. У процесі очищення стічних вод коагуляція відбувається під впливом додаються до них спеціальних речовин - коагулянтів.

data-override-format="true" data-page-url = "http://stud.com.ua">

Коагулянти у воді утворюють пластівці гідроксидів металів, які швидко осідають під дією сили тяжіння. Пластівці володіють вловлювати колоїдні і зважені частинки і агрегувати їх. Так як колоїдні частки мають слабкий негативний заряд, а пластівці коагулянтів - слабкий позитивний заряд, то між ними виникає взаємне тяжіння.

Основним процесом коагуляционной очищення стічних вод є гетерокоагуляція - взаємодія колоїдних і дрібнодисперсних часток стічних вод з агрегатами, що утворюються при введенні в стічну воду коагулянтів.

Для колоїдних частинок характерне утворення на поверхні частинок подвійного електричного шару. Одна частина подвійного шару фіксована на поверхні розділу фаз, а інша створює хмару іонів, тобто одна частина подвійного шару є нерухомою, а інша рухомого (дифузійний шар).

Частинка разом з дифузійним шаром називається міцели. Зміна напруженості електричного поля міцели показано на рис. 11.1. Різниця потенціалів, що виникає між нерухомою і рухомою частинами шару (в об'ємі рідини), називається ξ-потенціалом або електрокінетіческой потенціалом, відмінним від термодинамічної потенціалу E, який являє собою різницю потенціалів між поверхнею часток і рідини. Дзета-потенціал залежить як від E, так і від товщини подвійного шару. Його значення визначає величину електростатичних сил відштовхування частинок, які оберігають частинки від злипання один з одним. Малий розмір колоїдних частинок забруднень і негативний заряд, розподілений на їх поверхні, обумовлює високу стабільність колоїдної системи.

data-override-format="true" data-page-url = "http://stud.com.ua">

Рис. 11.1. Будова міцели: а - ξ> 0,03; б - ξ ~ 0; А - адсорбційний шари; Б - дифузійний шар; I - ядро

При зниженні електричного заряду частинок, тобто при зменшенні ξ-потенціалу, сили відштовхування зменшуються і стає можливим злипання частинок - процес коагуляції колоїду. Щоб викликати коагуляцію колоїдних частинок, необхідно знизити величину їх ξ-потенціалу до критичного значення додаванням іонів, що мають позитивний заряд. Таким чином, при коагуляції відбувається дестабілізація колоїдних частинок внаслідок нейтралізації їх електричного заряду. Сили взаємного тяжіння між колоїдними частинками починають переважати над електричними силами відштовхування при ξ-потенціалі системи менш 0,03 В. При потенціалі, рівному нулю, коагуляція проходите максимальною інтенсивністю.

При коагуляції пластівці утворюються спочатку за рахунок частини зважених часток і коагулянту або тільки коагулянту. Утворилися пластівці останнього сорбують речовини, що забруднюють стічні води і, осідаючи разом з ними, очищають воду.

Один з методів зниження ξ-потенціалу колоїдної системи - збільшення концентрації у воді електролітів. Здатність електроліту викликати коагуляцію колоїдної системи зростає із збільшенням валентності коагулюючого іона, що володіє зарядом, який протилежний заряду колоїдних частинок.

Для початку коагуляції частинки повинні наблизитися один до одного на відстань, при якому між ними діють сили тяжіння і хімічної спорідненості. Зближення частинок відбувається в результаті броунівського руху, а також при ламінарному або турбулентному русі потоку води.

В якості коагулянтів використовують бентоніт, електроліти, розчинні у воді солі алюмінію Al2 (SO4) 3, солі заліза FeCl3 або їх суміші, поліакриламід, які, гідролізуючись, утворять пластівчасті гідрати окислів металів. Для обробки стічних вод також можуть бути використані різні глини алюминийсодержащие відходи виробництва, травильні розчини, пасти, суміші, шлаки, що містять діоксид кремнію.

При використанні як коагулянтів солей алюмінію і заліза в результаті реакції гідролізу утворюються малорозчинні у воді гідроксиди заліза та алюмінію, які сорбують на розвиненою пластівчасту поверхні зважені, дрібнодисперсні і колоїдні речовини і за сприятливих гідродинамічних умовах осідають на дно відстійника, утворюючи осад:

Утворені в процесі гідролізу сірчану і соляну кислоти слід нейтралізувати вапном або іншими лугами. Нейтралізація утворяться при гідролізі коагулянтів кислот може також протікати за рахунок лужного резерву стічної рідини:

При використанні сумішей сульфату алюмінію A1 2 (SO 4) 3 і хлорного заліза FeCl 3 в співвідношеннях від 1: 1 до 1: 2 досягається кращий результат коагулирования, ніж при роздільному використанні реагентів.

Швидкість коагуляції залежить від концентрації електроліту (рис. 11.2).

Рис. 11.2. Залежність відносної швидкості коагуляції від концентрації електроліту

При малих концентраціях електроліту ефективність зіткнення часток ψ, тобто відношення числа зіткнень, що закінчилися слипанием, до загального числа зіткнень, близька до нуля (ψ = 0). У міру зростання концентрації швидкість коагуляції збільшується, але не всі зіткнення закінчуються слипанием частинок - таку коагуляцію називають повільної. При ψ = 1 настає швидка коагуляція, при якій всі зіткнення частинок закінчуються утворенням агрегатів.

Швидкість швидкої коагуляції для нерухомою середовища при броунівському русі частинок з теорії Смолуховського дорівнює:

(11.1)

Кількість частинок в одиниці об'єму води за час / для швидкої і повільної коагуляції визначається за формулами:

(11.2)

(11.3)

де k - константа коагуляції; n х - число агрегатів частинок; n 0 - початкова концентрація часток; Т 1/2 - час коагуляції, протягом якого кількість частинок в одиниці об'єму зменшується вдвічі; ψ - коефіцієнт ефективності зіткнень часток.

У полідисперсних системах коагуляція відбувається швидше, ніж в монодисперсних, оскільки великі частки при осіданні захоплюють за собою більш дрібні. Форма частинок також впливає на швидкість коагуляції. Наприклад, подовжені частинки коагулюють швидше, ніж кулясті.

Розмір пластівців (в межах 0,5 ... 3 мм) визначається співвідношенням між молекулярними силами, які утримують частинки разом, і гідродинамічними силами відриву, які прагнуть зруйнувати агрегати.

Щільність пластівців рх визначається з урахуванням щільності води р0 і твердої фази рт, а також обсягу твердого речовини в одиниці об'єму пластівців δ r:

(11.4)

Міцність пластівців залежить від гранулометричного складу агрегатів, що утворюються частинок і пластичності. Агломерати частинок, неоднорідних за розміром, міцніше, ніж однорідних. Внаслідок виділення газу з води, а також в результаті аерації і флотації відбувається газонасичення пластівців, яке супроводжується зменшенням щільності пластівців і зменшенням швидкості осадження.

Ставлення швидкості стесненного осадження до швидкості вільного осадження частинок одно

(11.5)

де φ - об'ємна концентрація частинок; ζ 0 і ζ ст - коефіцієнти опору частинки при вільному і стиснутому осадженні.

Коагуляція вод, що містять дрібнодисперсні і колоїдні частинки, може відбуватися при пропуску стічних вод через електролізер з анодом, виготовленим з алюмінію або заліза. Метал анода під дією постійного струму іонізується і переходить в стічну воду, частки забруднень якої коагулируются утворилися важкорозчинних гидроксидами алюмінію або заліза.

Метод електрохімічного коагулирования може бути застосований для обробки стічних вод, що містять емульговані частинки масел, жирів і нафтопродуктів, хромати, фосфати.

Флокуляція - один з видів коагуляції, при якій дрібні частки, які у зваженому стані, під впливом спеціально додаються речовин (флокулянтів) утворюють інтенсивно осідають пухкі пластівчасті скупчення. На відміну від коагуляції при флокуляції агрегація відбувається не тільки при безпосередньому контакті частинок, але і в результаті взаємодії молекул адсорбованого на частинках флокулянта.

Механізм дії флокулянтів заснований на явищі адсорбції молекул флокулянта на поверхні колоїдних частинок, на освіті сітчастої структури молекул флокулянта, на злипанні колоїдних частинок за рахунок сил Ван-дер-Ваальса. При дії флокулянтів між колоїдними частинками утворюються тривимірні структури, здатні до більш швидкого і повного відділення від рідкої фази.

Флокуляцію проводять для інтенсифікації процесу утворення пластівців гідроксидів алюмінію і заліза з метою підвищення швидкості їх осадження. Використання флокулянтів дозволяє знизити дози коагулянтів, зменшити тривалість процесу коагуляції і підвищити швидкість осадження утворюються пластівців.

Для очищення стічних вод використовують природні і синтетичні флокулянти. До природних флокулянтів відносяться крохмаль, декстрин, ефіри целюлози та ін. Активний діоксид кремнію (xSiO 2 · Ун 2 O) є найбільш поширеним неорганічним флокулянтом. Із синтетичних органічних флокулянтів найбільше застосування отримав поліакриламід (ПАА). При виборі складу та дози флокулянта враховують властивості його макромолекул і природу дисперсійних часток. Оптимальна доза ПАА для очищення промислових стічних вод коливається в межах 0,4 ... 1 г / м 3.

При розчиненні у стічних водах флокулянта можуть перебувати в неіонізованому і іонізованому стані. У другому випадку вони носять назву розчинних поліелектролітів. Залежно від складу полярних груп флокулянта бувають:

неіоногенні - полімери, що містять неіоногенні групи: -ОН, -СО (крохмаль, оксиетилцелюлоза, полівініловий спирт, поліакріл нітрил і ін.);

аніонні - полімери, що містять аніонні групи: -СООН, -SO 3 H, - OSO 3 H (активна кремнієва кислота, поліакрилат натрію, альгінат натрію, лігносульфонати та ін.);

катіонні - полімери, що містять катіонні групи: -NH 2, -ΝΗ (поліетиленімін, сополімери вінілпіридину та ін.);

амфотерні - полімери, що містять одночасно аніонні й катіонні групи: поліакриламід, білки та ін.

Швидкість і ефективність процесу флокуляції залежать від складу стічних вод, їх температури, інтенсивності перемішування і послідовності введення коагулянтів і флокулянтів. Дози флокулянтів приймаються зазвичай 0,1 ... 10 г / м 3, а в середньому 0,5 ... 1 г / м 3. Ефективність будь-якого флокулянта розраховують за формулою

(11.6)

де w сф і w 0 - швидкість осадження зфлокульованого і несфлокулірованного шламу, мм / с; q - витрата флокулянта на 1 т твердого речовини, м

 
Якщо Ви помітили помилку в тексті позначте слово та натисніть Shift + Enter
< Попередня   ЗМІСТ   Наступна >

Cхожі теми

ХІМІЧНІ МЕТОДИ ОЧИЩЕННЯ СТІЧНИХ ВОД
гідромеханічним способом очищення стічних вод
Методи фізико-хімічної очистки стічних вод
Спорудження для біологічного очищення стічних вод
ТЕРМІЧНІ метод очищення і знешкодження СТІЧНИХ ВОД
Очищення стічних вод екстракцією забруднень
ХІМІЧНІ МЕТОДИ ОЧИЩЕННЯ СТІЧНИХ ВОД
ТЕРМІЧНІ метод очищення і знешкодження СТІЧНИХ ВОД
гідромеханічним способом очищення стічних вод
Очищення стічних вод
 
Дисципліни
Агропромисловість
Аудит та Бухоблік
Банківська справа
БЖД
Географія
Документознавство
Екологія
Економіка
Етика та Естетика
Журналістика
Інвестування
Інформатика
Історія
Культурологія
Література
Логіка
Логістика
Маркетинг
Медицина
Нерухомість
Менеджмент
Педагогіка
Політологія
Політекономія
Право
Психологія
Релігієзнавство
Риторика
Соціологія
Статистика
Техніка
Страхова справа
Товарознавство
Туризм
Філософія
Фінанси
Пошук