13. Методы очистки сточных вод коагуляцией, флокуляцией и флотацией.

Коагуляция. Это процесс укрупнения дисперсных частиц в результате их взаимодействия и объединения в агрегаты. В очистке СВ ее применяют для ускорения процесса осаждения тонкодисперсных примесей и эмульгированных веществ. Коагуляция наиболее эффективна для удаления из воды коллоидно-дисперсных частиц, т. е. частиц размером 1-100 мкм. Коагуляция может происходить самопроизвольно или под влиянием химических и физических процессов. В процессах очистки СВ коагуляция происходит под влиянием добавляемых к ним специальных веществ – коагулянтов. Коагулянты в воде образуют хлопья гидроксидов металлов, которые быстро оседают под действием силы тяжести. Хлопья обладают способностью улавливать коллоидные и взвешенные частицы и агрегировать их. Для начала коагуляции частицы должны приблизиться друг к другу на расстояние, при котором между ними действуют силы притяжения и химического сродства. Сближение частиц происходит в результате броуновского движения, а также при ламинарном или турбулентном движении потока воды. Коагулирующее действие солей есть результат гидролиза, который проходит вслед за растворением. Процесс гидролиза коагулянтов и образования хлопьев происходит по следующим стадиям:

----------------------------------------

Ион металла образует ряд промежуточных соединений в результате реакций с гидроксид-ионами и полимеризации. Образующиеся соединения имеют положительный заряд и легко адсорбируются отрицательно заряженными коллоидными частицами. В качестве коагулянтов обычно используют соли алюминия, железа или их смеси. Выбор коагулянта зависит от его состава, физико-химических свойств и стоимости, концентрации примесей в воде, от рН и солевого состава воды. В качестве коагулянтов используют сульфат алюминия Al₂(SO₄)₃∙18Н₂0; алюминат натрия NaAlO₂; гидроксохлорид алюминия Аl₂(ОН)₅С1; тетраоксосульфаты алюминия-калия и алюминия-аммония [квасцы – алюмокалиевые KA1(SO₄)₂∙12H₂O и аммиачные NН₄А1(SО₄)₂∙12Н₂О]. Из солей железа в качестве коагулянтов используют сульфаты железа Fe₂(SO₄)₃∙2H₂O, Fe(SO₄)₃∙3H₂O и FeSO₄∙7H₂O, а также хлорное железо FeCl. Наибольшее осветление происходит при использовании солей трехвалентного железа. Хлорное железо применяют в сухом виде или в виде 10- 15%-х растворов. Сульфаты используют в виде порошков. Доза коагулянта зависит от рН сточных вод. Для Fe³+ рН равен 6-9, а для Fe²+ рН 9,5 в выше. Для подщелачивания сточных вод используют NaOH и Са(ОН)₂.

При использовании смесей Al₂(SO)₄ и FeCl₃ в соотношениях от 1:1 до 1:2 достигается лучший результат коагулирования, чем при раздельном использовании реагентов. Происходит ускорение осаждения хлопьев. Кроме названных коагулянтов для обработки сточных вод могут быть использованы различные глины, алюминийсодержащие отходы производства, травильные растворы, пасты, смеси, шлаки, содержащие диоксид кремния.

Флокуляция. Это процесс агрегации взвешенных частиц при добавлении в сточную воду высокомолекулярных соединений, называемых флокулянтами. В отличие от коагуляции при флокуляции агрегация происходит не только при непосредственном контакте частиц, но и в результате взаимодействия молекул адсорбированного на частицах флокулянта. Флокуляцию проводят для интенсификации процесса образования хлопьев гидроксидов алюминия и железа с целью повышения скорости их осаждения. Использование флокулянтов позволяет снизить дозы коагулянтов, уменьшить продолжительность процесса коагуляции и повысить скорость осаждения образующихся хлопьев.

Для очистки СВ используют природные и синтетические флокулянты. К природным флокулянтам относятся крахмал, декстрин, эфиры, целлюлозы и др. Из синтетических органических флокулянтов наибольшее применение в нашей стране получил полиакриламид, технический (ПАА) и гидролизованный (ГППА). Технический ПАА получают при взаимодействии акрилонитрила с серной кислотой с последующей полимеризацией акриламида. Гидролизованный полиакриламид получают омылением технического ПАА щелочью.

Флотацию применяют для удаления из сточных вод нерастворимых диспергированных примесей, которые самопроизвольно плохо отстаиваются. В некоторых случаях флотацию используют и для удаления растворенных веществ, например ПАВ. Элементарный акт флотации заключается в следующем: при сближении подымающегося в воде пузырька воздуха с твердой гидрофобной частицей разделяющая их прослойка воды при некоторой критической толщине прорывается и происходит слипание пузырька с частицей. Затем комплекс пузырек – частица подымается на поверхность воды, где пузырьки собираются и возникает пенный слой с более высокой концентрацией частиц, чем в исходной сточной воде.

Флотация с выделением воздуха из раствора. Этот способ применяют для очистки СВ, которые содержат очень мелкие частицы загрязнений. Сущность способа заключается в создании пересыщенного раствора воздуха в сточной жидкости. При уменьшении давления из раствора выделяются пузырьки воздуха, которые флотируют загрязнения. В зависимости от способа создания пересыщенного раствора воздуха в воде различают вакуумную, напорную и эрлифтную флотацию.

При вакуумной флотации сточную воду предварительно насыщают воздухом при атмосферном давлении в аэрационной камере, а затем направляют во флотационную камеру, где вакуум-насосом поддерживается разрежение 29,9-39,9 кПа (225-300 мм рт. ст.). Напорные установки флотация позволяет очищать СВ с концентрацией взвесей до 4-5 г/л. Для увеличения степени очистки в воду добавляют коагулянты. Аппараты напорной флотации обеспечивают по сравнению с нефтеловушками в 5-10 раз меньшее остаточное содержание загрязнений и имеют в 5-10 раз меньшие габариты. Эрлифтные установки применяют для очистки СВ в хим.промышленности. Они просты по устройству, затраты энергии на проведение процесса в них в 2-4 раза меньше, чем в напорных установках. Недостаток установок – необходимость размещения флотационных камер на большой высоте. Флотация с механическим диспергированием воздуха. Механическое диспергирование воздуха во флотационных машинах обеспечивается турбинками насосного типа – импеллерами, которые представляют собой диск с радиальными обращенными обогащении полезных ископаемых.

Флотация при помощи пористых пластин. При пропускании воздуха через пористые керамические пластины или колпачки получаются мелкие пузырьки.