Coagularea este coalescența particulelor dintr-un sistem coloidal în timpul ciocnirilor lor în procesul de mișcare termică, amestecare sau mișcare de direcție într-un câmp de forță externă. Ca urmare a coagulării, se formează agregate - particule mai mari (secundare) constând dintr-un grup de particule mici (primare). Primele particule din astfel de agregate sunt unite prin forțe de interacțiune intermoleculară direct sau printr-un strat de mediu (dispersant) înconjurător. Coagularea este însoțită de o coagulare progresivă a particulelor și o scădere a numărului lor total în volumul mediului de dispersie (în cazul nostru lichid). Aderența particulelor omogene se numește homocoagulare, iar eterogenă se numește heterocoagulare.
Eficacitatea curățării prin coagulare depinde de mulți factori:
- tipul particulelor coloidale;
- concentrația și gradul de dispersie a particulelor coloidale;
- prezența în apă reziduală a electroliților și a altor impurități;
- magnitudinea potențialului electrokinetic.
Fig. 1. Structura micelii
a) # 61560;> 0,03; b) # 61560; = 0;
A - stratul de adsorbție; Stratul de difuzie B; I-core
Ape uzate industriale în majoritatea cazurilor reprezintă emulsia de concentrație scăzută sau suspensie conținând dimensiune coloidală a particulelor de 0,001 - 0.1m, particule fine de 0,1 - 10 microni, și o dimensiune a particulei de 10 microni sau mai mult.
În procesul de curățare mecanică, particulele de 10 μm sau mai mult sunt îndepărtate cu ușurință din apele uzate, particulele fine și particulele coloidale practic nu sunt îndepărtate. Astfel, aportul de canalizare al multor industrii după instalațiile de tratare mecanică este un sistem stabil de agregate. Pentru purificarea lor se folosesc metode de coagulare; stabilitatea agregată este astfel afectată, se formează agregate mai mari de particule care sunt îndepărtate din sistemul de canalizare prin metode mecanice.
Un tip este o floculare de coagulare, în care particulele fine în suspensie, în special sub influența substanțelor adăugate (flocculants) formează sedimentare rapid floconos clustere libere.
Metodele de coagulare și floculare sunt utilizate pe scară largă pentru tratarea apelor reziduale din industria chimică, petrochimică, rafinarea petrolului, celuloză și hârtie, industria ușoară, textilă și alte industrii. Eficacitatea curățării prin coagulare depinde de mulți factori: tipul de particule coloidale; concentrația și gradul de dispersie; prezența în apă reziduală a electroliților și a altor impurități; magnitudinea potențialului electrokinetic. Apele uzate pot conține solide (caolin, lut, fibre, ciment, cristale de sare etc.) și particule lichide (ulei, produse petroliere, rășini etc.).
Particulele coloidale, care reprezintă o combinație a unui număr mare de molecule dintr-o substanță conținută în ape reziduale într-o stare dispersată, țin ferm stratul de apă care le acoperă atunci când se mișcă. Cu o suprafață specifică mare, particulele coloidale adsorbționează ioni în apă care sunt în mod predominant de același semn, reducând în mod semnificativ energia de suprafață liberă a particulelor coloidale. Ioniile imediat adiacente miezului formează un strat de ioni de suprafață, sau așa-numitul strat de adsorbție. În acest strat poate exista, de asemenea, un număr mic de ioni încărcați opuși, încărcarea totală a căreia, totuși, nu compensează încărcarea ionilor de suprafață. Datorită faptului că se formează o încărcătură electrică la limita stratului de adsorbție, se formează un strat de difuzie în jurul granulelor (nuclei cu un strat de adsorbție), în care există și alți ioni încărcați opuși care compensează încărcarea granulelor. O granulă împreună cu un strat de difuzie se numește micelă. În Fig. 1 arată modificarea intensității câmpului electric al micelii. Potențialul la limita centrală - potențialul termodinamic (# 61560; -potențial) este egal cu suma sarcinilor tuturor conurilor de suprafață. La limita stratului de adsorbție, potențialul scade cu o sumă egală cu suma încărcărilor ionilor încărcați opus în stratul de adsorbție. Potențialul de la limita stratului de adsorbție se numește potențialul electrokinetic (# 61560; -potențial).
Particulele de coloizi sunt acționate de forțele de difuzie și particulele tind să fie distribuite uniform pe întregul volum al fazei lichide. Prezența particulelor de încărcături electrice ale aceluiași semn provoacă repulsia lor reciprocă. Simultan, între particulele coloidale există forțe moleculare de atracție reciprocă, care se manifestă numai la mici distanțe între particule. Când sarcina electrică a particulelor scade, adică când # 61560; potențial, forțele repulsive scad și devine posibil ca particulele să se coaguleze - procesul de coagulare coloidală. Forțele de atracție reciprocă dintre particulele coloidale încep să predomină peste forțele electrice de repulsie la # 61460; # 61472; # 61485; potențialul sistemului este mai mic de 0,03 V. Când # 61560; potențial egal cu zero, coagularea trece cu intensitate maximă, starea sistemului coloidal în acest caz se numește starea izoelectrică, iar pH-ul se numește punctul izoelectric al sistemului.
O modalitate de a reduce # 61560; Potențialul sistemului coloidal este o creștere a concentrației de electroliți în apă. Capacitatea electrolitului de a provoca coagularea sistemului coloidal crește cu valența crescândă a ionului de coagulare având o sarcină care este opusă încărcării particulelor coloidale. Raportul de coagulare al ionilor unici, dublu și trivalent este de aproximativ 1: 30: 1000.
Cu coagulare, flocoanele se formează mai întâi printr-o parte din particulele suspendate și un coagulant sau doar un coagulant. Fulgi formați de cei din urmă sorb substanțele care poluează apa uzată și, stabilindu-se cu ele, purifică apa.
Principalul proces de tratare a coagulării apelor uzate industriale este heterogularea - interacțiunea particulelor de canalizare coloidale și fin dispersate cu agregate formate atunci când coagulanții sunt introduși în apele reziduale.
Când este utilizat ca coagulant de săruri de aluminiu și de fier, ca rezultat al reacției de hidroliză se formează ușor solubil în apă din hidroxizi de fier și aluminiu, care adsorb pe floconos suprafață dezvoltat suspendat, fin dispersat și substanțe coloidale și în condiții hidrodinamice favorabile sedimentat a decantor pentru a forma un precipitat:
Acidul sulfuric și acidul clorhidric format în timpul hidrolizei trebuie neutralizați cu var sau alte baze. Neutralizarea acizilor formați în timpul hidrolizei coagulantelor acide poate apărea, de asemenea, datorită unei rezerve alcaline a apelor reziduale:
Pentru a reduce costurile coagulantelor, procesul de coagulare trebuie efectuat în intervalul valorilor optime ale pH-ului
Pentru purificarea apelor reziduale industriale se folosesc diferite coagulante minerale.
1. Săruri de aluminiu. Sulfat de aluminiu (alumină) A12 (SO4) 3 # 61655; 18H2O. Se recomandă ca procesul de coagulare cu săruri de aluminiu să fie efectuat la valori ale pH-ului de 4,5 # 61624; 8. Ca urmare a utilizării sulfatului de aluminiu, gradul de mineralizare a apei crește. Aluminat de sodiu NaAlO2. alchilclorură de aluminiu Al2 (OH) 5CI, policlorură de aluminiu [A12 (OH) nC16-n] m (S04) x (unde 1<=n<=5m<=10), алюмокалиевые [АlК(SO4 )2 18H2 O] и алюмоаммонийные [Al (NH4 ) (SO4 )2 12Н2 О] квасцы имеют меньшую стоимость и дефицитность, чем сульфат алюминия.
2. Săruri de fier. Sulfat de fier feros sau fier de vitriol FeSO4 # 61655; 7H2O. Aplicarea procesului de coagulare este optimă la pH> 9. Hidroxid de fier - fulgi densi, grei, rapid precipitat, ceea ce reprezintă un avantaj fără îndoială al utilizării sale. Clorură ferică FeCl3 # 61655; 6H20; sulfat feros Fe2 (SO4) 3 # 61655; 9H2 O.
3. Săruri de magneziu. Clorură de magneziu MgCl2 # 61655; 6H20; sulfat de magneziu MgS04 -7H20.
5. Deșeuri de nămol și soluții de deșeuri ale industriilor individuale. Clorura de aluminiu (producerea de etilbenzen), sulfatul feros (gravarea metalelor), nămolul calcaros etc.
Cantitatea de coagulant necesară pentru procesul de coagulare depinde de tipul de coagulant, de consum, de compoziție, de gradul necesar de tratare a apei uzate și se determină experimental.
Precipitatiile formate ca urmare a coagularii sunt fulgi de dimensiuni de la mai multe micrometri pana la cateva milimetri. Structura spațială liberă a fulgilor de nămol determină umiditatea ridicată a acestora - până la 96-99,9%. Un consum semnificativ de coagulanți, un volum mare de sedimente rezultate, complexitatea procesării și stocării ulterioare, o creștere a gradului de mineralizare a apelor reziduale tratate nu permite în majoritatea cazurilor să se recomande coagularea ca metodă de autocurățare. Metoda de purificare a coagulării este utilizată în principal la costuri scăzute de apă uzată și la coagulante ieftine.
zone de expansiune optimă de coagulare (pH și temperatură) contribuie Floculante crește densitatea și rezistența floculatorului formate, reducerea consumului de coagulanti, crește fiabilitatea și capacitatea instalațiilor de tratare.
Când se dizolvă în apele uzate, floculanții pot fi într-o stare neionizată și ionizată. Acestea din urmă se numesc polielectroliți solubili. În funcție de compoziția grupurilor polar, floculanții sunt:
neionici - polimeri conținând grupări neionice: - OH,> CO (amidon, hidroxietil celuloză, polivinil alcool „polyacrylonitrile și colab.);
anionici - polimeri conținând grupări anionice: -COOH, -SO3 H, OSO3 H (acid silicic activ, poliacrilat de sodiu, alginat de sodiu, lignosulphonates etc.);
polimeri cationici care conțin grupări cationice: -NH2. = NH (polietilenimină, copolimeri ai vinilpiridinei, BA-2, BA-102, BA-212, etc.);
polimeri amfoterici care conțin simultan grupe anionice și cationice: poliacrilamidă, proteine etc.
Viteza și eficiența procesului de floculare depinde de compoziția apei uzate, temperatura lor, intensitatea malaxării și secvența de administrare coagulanti si floculanti. Dozele luate în mod tipic flocculants 0,1-10 g / m 3 și o medie de 0,5-1 g / m 3. Astfel, utilizarea aditivilor poliacrilamidice într-o concentrație de 1 g / m3 în apa uzată de coagulare a plantelor metalurgice lăsată să crească sarcina specifică pe Rezervoare radiale de decantare de 2 ori.
Apele reziduale de proces prin coagulare sau floculare implică prepararea soluțiilor apoase de coagulanti sau floculantilor, dozarea lor, amestecarea cu întregul volum al apei reziduale, flocularea, fulgi de separare din acestea.
Ferma de reactivi din instalațiile de tratare include depozite pentru depozitarea coagulanților. In prezent utilizat pe scară largă așa-numitele coagulanti depozitare umedă (ca o soluție sau un produs sub formă de particule sub formă de soluție concentrată) în rezervoare și rezervoare, de unică folosință în interiorul sau în exteriorul clădirii. Rezervoarele amplasate în afara clădirii trebuie izolate. Dizolvarea coagulanti se efectuează în rezervoare de apă mortar cu mijloace pentru barbotarea aerului comprimat intensitatea 4-5 l / s per m2 de suprafață I a grătarului. De asemenea, utilizate sunt tancuri și agitatoare pală de elice, respectiv dizolvând materiale granulare și forfetare (nu mai mare de 20 mm).
Din rezervoarele de soluții, soluțiile de coagulanți sunt pompate în rezervoarele de alimentare și de acolo sunt dozate în apa tratată cu ajutorul dozatoarelor de diferite modele. Coagulanții sunt introduși în apele reziduale tratate, de obicei sub formă de soluții de 1-10%, și floculanți - sub formă de soluții 0,1-1%.
Coagulanti amestecat cu apa uzată tratată în mixer, timpul de staționare a apei în care m este 1-2. Aplică Cloisonne, perforat, shaybovye și mixere verticale, precum și cu elice sau palete amestecătoare mecanice. Conducte sau tăvi, apa de evacuare din amestecător în camera de floculare și decantoare cu nămol în suspensie, calculată pe viteza apei uzate 0,8-1 m / s și durata șederii sale în ele nu este mai mult de 2 minute. După amestecarea apei uzate cu coagulant începe procesul de floculare care are loc în camerele de floculare. Aceste camere pot fi turbionar, Cloisonne, vortex, și cu agitare mecanică.
Flocularea camera eddy este un cilindru în care partea superioară a apei reziduale introduse în amestecător la o viteză de rotație la ieșirea duzei de 2-3 m / s. În partea inferioară a camerei, înainte de a ieși din coloană, există amortizoare de mișcare de rotație a apei. Durata apei în cameră este de 15-20 de minute.
Camerele Cloisonne pot fi orizontale și verticale. Într-o cameră orizontală, apele reziduale curg prin mai multe coridoare conectate succesiv. Amestecarea se efectuează prin opt până la zece rotații. Camera de floculare cu turbionare este un rezervor conic sau cilindric în creștere, cu un aport redus de apă reziduală. În camerele de floculare cu agitatoare cu palete, timpul de rezidență al apei este de 20-30 minute, iar viteza apei este de 0,15-0,2 m / s.
Îndepărtarea ulterioară a apei reziduale se efectuează în tancurile de sedimentare orizontală, radială și verticală.
Cea mai potrivită este o schemă de tratare a apelor uzate în două etape. In etapa I se efectuează sedimentare simplu în camera de decantare fără coagulant în coagulanti de epurare a apelor reziduale etapa II și floculanti urmată de decantare într-un bazin de decantare.
1 - alimentare cu apă uzată; 3 - rezervor de sedimentare; 3 - rezervorul; 1 electrocoagulator; 4 - un pachet de electrozi din oțel plate; 5 - eliberarea apelor reziduale tratate într-un sistem de alimentare cu apă reciclabilă; 6 - redresor de curent electric; 7 - eliberarea sedimentelor.
Coagularea apei care conține particule fine dispersate și solide poate să apară atunci când efluentul trece printr-un electrolizer cu un anod din aluminiu sau fier. Metalul anodic sub acțiunea curentului direct este ionizat și trece în apele reziduale, particulele de contaminare ale cărora sunt coagulate de hidroxizii greu solubili din aluminiu sau fier format.
Metoda elektrohimicheskogokoagulirovaniya poate fi aplicată pentru tratarea apelor uzate conținând particule emulsionate de ulei, grăsime și ulei, cromați, fosfați. Unități compacte, lipsa de reactiv și de depozitare, întreținere ușoară sunt avantajul incontestabil al metodei de coagulare electrochimice. Cu toate acestea, costul semnificative de energie electrică și a metalului care rezultă din formarea peliculei de oxid de pe suprafața electrozilor, impurități mecanice, poluarea apelor reziduale și tratate termic apelor uzate, limitează domeniul de aplicare a acestei metode.
Articole similare
-
Flocularea metodelor de curățare a apelor reziduale și a coagulării
-
Ecologia metodelor biologice de epurare a apelor uzate, abstract
Trimiteți-le prietenilor: