Глава 6 Физико-химические методы очистки сточных вод

Физико-химические методы играют существенную роль при обработке производственных сточных вод. К ним относятся следующие: коагуляция и флокуляция, сорбция* ионный обмен, экстракция, различные электрохимические методы, мембранные методы (обратный осмос, ультрафильтрация) и др. Эти методы используют как самостоятельно, так и в сочетании с механическими, биологическими и химическими методами очистки. В настоящее время область применения физико-химических методов очистки расширяется. Наиболее эффективное применение физико-химических методов достигается в локальных системах очистки сточных вод промышленных предприятий.

6.1.Коагуляция и флокуляция.

6.1.1.Основные характеристики дисперсных систем.

Система называется дисперсной, если она включает дискретные образования (дисперсную фазу), распределенные в массе основного несущего вещества (дисперсионной среды).

В зависимости от размера частиц дисперсные системы подразделяют на следующие основные группы:

1.Грубодисперсные (грубые взвеси, суспензии, эмульсии, порошки) с размером частиц 10^-4 - 10^-7 м:

2.Коллоидные-дисперсные (золи) с размером частиц 10^-7 - 10^-9 м:

3.Молекулярные и ионные растворы с размером частиц менее 10^-9 м.

Известны восемь типов коллоидных систем, сведения о которых представлены в табл.6.1. Следует отметить, что система "газ в газе" не входит в это число, т.к. является гомогенной молекулярной (в ней отсутствуют границы раздела).

Таблица 6.24

Основные типы дисперсных систем

Дисперсная фаза	дисперсная среда	примеры дисперсных систем
Газ	газ	не существует
Жидкость	газ	туман, облака, жидкие аэрозоли
твердое тело	газ	дым, пыль, порошки, твердые аэрозоли
Газ	жидкость	пены, газовые имульсии
Жидкость	жидкость	эмульсии
твердое тело	жидкость	суспензии, коллоидные растворы
Газ	твердое тело	твердые пены, силикагель, активные угли
Жидкость	твердое тело	капиллярные системы, гели, жемчуг
твердое тело	твердое тело	минералы, сплавы, цветные стекла

Высокодисперсные коллоидные растворы, относящиеся к типу систем «твердое тело-жидкость», называются золями. Золи, у которых дисперсионной средой является вода, называют гидрозолями. В зависимости от агрегатного состояния дисперсионной среды различают лиозоли-золи с жидкой дисперсионной средой, аэрозоли-золи с газообразной дисперсионной средой, твердые золи-системы типа «твердое тело-твердое тело». Грубодисперсные системы типа «твердое тело-жидкость» называют суспензиями, а типа «жидкость-жидкость» - эмульсиями.

Твердообразные дисперсные системы, сплошная пространственная решетка которых заполнена жидкостью, называют гелями. Для высушенных гелей принят термин «ксерогели». Примером различных гелей могут служить уголь, торф, древесина, слабообоженная керамика, адсорбенты, катализаторы, почвы и др. В отечественной литературе для гелей, полученных из растворов органических высокомолекулярных соединений принят термин «студни».

Для характеристик взаимодействия между веществом дисперсной фазы и жидкостью дисперсионной среды служат понятия «лиофильность» и «лиофобность». Лиофильные дисперсные системы отличаются взаимодействием частиц со средой, самопроизвольным диспергированием и термодинамической устойчивостью. Если в качестве жидкой дисперсионной среды используется вода, то системы называют гидрофильными. Примерами лиофильных коллоидов могут служить глины, мыла, агрегаты высокомолекулярных соединений и т.п., образующие в водной или полярной среде неограниченно устойчивые дисперсные системы.

Лиофобные коллоиды характеризуются значительной энергии связи внутри дисперсной фазы, превышающей энергию взаимодействия последней со средой, причем диспергирование в этом случае происходит за счет затраты внешних сил - химических или механических, а образующиеся коллоидные растворы являются термодинамически неустойчивыми. Для них понятие стабильности имеет лишь кинетический смысл. Некоторые лиофобные системы сохраняют свою устойчивость в течение длительного времени (например, красный золь золота), а другие быстро теряют устойчивость (суспензии грубодисперсных частиц, концентрированные золи сульфидов металлов и др.).