Физико – химические основы процессов подготовки воды для питьевого водоснабжения
Многие соли находящиеся в воде подвергаются гидролизу.
Гидролиз – это равновесный процесс, эндотермический, с взаимодействием катионов слабого основания, анионов слабой кислоты или того и другого с составляющими компонентами воды.
НОН↔Н++ОН-
Многозарядные ионы гидролизуют ступенчато:
Fe3++HOH↔FeOH2++H+
FeOH2++HOH→Fe(OH)2++H+
Fe(OH)2++HOH→Fe(OH)3+H+
Аморфное состояние осадков – когда молекулы ещё не могут составлять кристалл, но их группка начинает переходить в 10-5 . Агрегативно образующиеся частицы не растворимы в воде, по размеру переходят в категорию коллоидного состояния. Некоторые осадки, например Al(OH)3, Zn(OH)3и т.д. в водном растворе выглядят как творожистая масса.
Лекция №7
Осветление – процесс удаления частиц, которые не могут оседать под действием силы тяжести. Взвешенные вещества – это частицы, которые не оседают. Выделяют 3 способа:
– отстаивание;
– фильтрование;
– процеживание.
Теория изучения взвешенных частиц показывает, что сами коллоидные частицы имеют слабый отрицательный заряд.
Условия образования коллоидных частиц:
1)Не растворимое вещество (осадок) – ядро
2)Избыток одного из компонентов, частица анион (катион) которая является потенциал определяющим ионом и за счет сил абсорбции оседает на ядро. Вторая частица за счет диффузии и электростатических сил притягивается кпотенциал определяющим ионам и называется противоионом.
+ +
–– макс. поверх.энергии
+
–
Ядро
––
+ +
–
+
отталк.
+
Коллоидные частицы называются дисперсной фазой и эта фаза имеет размытое строение.
nAB↔nA++nB-
{[nAB]·nB-·(n-x)A+}x-xA+
Ядро противо-противоионы
и
онны
диф
слоя
гранула
F e(OH)3слаб основание гидролиз
F eCl3+
H
Cl
сил к-та рН
Fe3++HOH↔Fe(OH)2++H+
разрушение круп ч-ца(она нейтрал.
адсорб слоя . заряд гранулы)
Процесс укрупнения коллоидных частиц называется коагуляцией.
Существует 2 способа которые вызывают коагуляцию:
1)Гетерокоагуляция – происходит при взаимодействии коллоидных взвешенных частиц с агрегатами образующимися при введении коагулянтов.
Агрегаты: Fe(OH)3, Al(OH)3. Коагуляция Al2(SO4)3·18H2O, происходит при 5˂рН˂7,5
Обычно используется раствор Al2(SO4)3с массовой долей 8-10%. Доза коагулянта зависит от мутности и составляет 25-200 мг/дм3 очищаемой воды. Дозу определяют экспериментально или согласно СНиП 2.04.02-84 «Водоснабжение. Наружные системы и сооружения».
Наличие гидрокарбонат иона НСО3-способствует процессу коагуляции:
Al2(SO4)3+Са(НСО3)2→ Al(OH)3+СаSO4+СО2+Н2О
По сравнению с солями Al предпочтительнее в роли коагулянта соли Fe3+, рН от 3,5 до 11, он образует более крупные хлопья и в данном случае коагуляция сопровождается избавлением от привкуса и запаха создаваемого присутствием сероводорода.
Условием для усиления скорости коагуляции является:
1)перемешивание (нарушение кинетической и агрегативной устойчивости взвешенных частиц)
2) хорошее хлопьеобразование
3)быстрая скорость седиментации под действием силы тяжести
2) Контактная коагуляция. Происходит удаление мелкодисперсной фазы в результате пропускания воды через слой ранее полученного осадка или через слой зернистого материала. Скорость этого процесса медленная и для интенсификации этого процесса вводится коагулянт, но его количество меньше на 20%. Эффективность увеличится, при этом температура и концентрация дисперсной фазы не влияют на скорость коагуляции. Чтобы более усилить и ускорить эти процессы в очищенную воду могут вводиться специальные высокомолекулярные соединения – флокулянты – это полиэлектролиты, которые при диссоциации образуют полимерные катионы или полимерные анионы.
[Kt]n+[An]m-
nH2C=CH2→[H2C-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2]
Процесс образования крупных агрегатов под действием флокулянтов называется флокуляцией.
ФЛОКУЛЯНТЫ
природные/синтетические органические/минеральные
крахмал хН2О·уSiO2
полиакриламид (кремневая к-та)
Существует порядок введения коагулянтов и флокулянтов: первым вводится коагулянт – начинается агрегация, а через 1-5 минут вводится флокулянт. τ осветл.=30-180 секунд. Одновременно с этим процессом происходит обесцвечивание за счёт 2х параллельно протекающих процессов или созданных условий.
Адсорбция(активированный уголь)
О бесцвечивание
Окисление
При углевании происходит не только обесцвечивание, но и дезодорирование (удаление запаха и вкуса), в качестве окислителя используется Сl2, KMnO4и др.
Обеззараживание – уничтожение содержащихся в воде болезнетворных бактерий и вирусов (фильтрование и коагуляция уменьшает их количество). Для полного удаления вода дезинфицируется. Существует 4 способа дезинфекции:
1)термические
2)химические
3)алигодинамические
4)физические методы (ультрафиолет, радиоактивные излучения, радиоволны)
В качестве окислителей используют Cl2, Ca(Cl)2, NaClO, H2O2, ClO2, NH2Cl.
Совокупность процессов отстаивания, фильтрования, коагуляции и обеззараживания представляет собой технологическую схему водоподготовки.
Вода поступает на первичное хлорирование, куда подаётся хлор из хлораторной. Сюда же подаётся коагулянт. Далее вода поступает в вертикальный смеситель, в который также подаётся коагулянт. Из вертикального смесителя вода попадает в горизонтальный отстойник, далее на скоростной фильтр с песком и в резервуар чистой воды.