ЛЕКЦИЯ 6. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД
Физико-химические методы играют существенную роль при обработке производственных сточных вод. К ним относятся 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. Наиболее эффективное применение физико-химических методов достигается в локальных системах очистки сточных вод промышленных предприятий.
Коагуляция и флокуляция
Коагуляция — это процесс укрупнения дисперсных частиц за счет их взаимодействия и объединения в агрегаты. Слипание однородных частиц называется гомокоагуляцией, а разнородных — гетерокоагуляцией. Вещества, способные вызвать коагуляцию частиц, называются в общем случае коагуляторами, а в водоподготовке — коагулянтами, или гидролизующимися коагулянтами. Последние не только вызывают коагуляцию частиц загрязнений, но и образуют, гидролизуясь, малорастворимые продукты, способные объединяться в крупные хлопья.
Гетерокоагуляция. При очистке производственных сточных вод в основном применяется процесс гетерокоагуляции, который можно определить как взаимодействие коллоидных и мелкодисперсных частиц сточных вод с агрегатами, образующимися при введении в сточную воду коагулянтов. Наиболее часто в практике очистки сточных вод применяются соли алюминия и железа, которые, гидролизуясь, образуют малорастворимые гидрооксиды алюминия и железа, обладающие развитой хлопьевидной поверхностью, на которой сорбируются мелкодисперсные и коллоидные примеси, оседающие затем на дно отстойника и образующие осадок.
Флокуляция. Флокуляцией называется процесс агрегации дисперсных частиц под действием высокомолекулярных соединений, называемых флокулянтами. Флокулянты используют для расширения оптимальных диапазонов коагуляции (по рН и температуре), а также для повышения плотности и прочности образующихся хлопьев и снижения расхода коагулянтов, в результате чего повышаются надежность работы и пропускная способность очистных сооружений.
Флокулянты в зависимости от полярных групп, входящих в их состав, подразделяются:
• на неионогенные — полимеры, содержащие неионогенные группы: — ОН, =СО (крахмал, поливиниловый спирт, полиакрилонитрил и др.);
• анионные — полимеры, содержащие анионные группы: —СООН, —SО3H, — OSO3H (активная кремневая кислота, полиакрилат натрия, альгинат натрия, лигносульфонаты и др.);
• катионные — полимеры, содержащие катионные группы: —NH2, =NH (полиэтиленамин, сополимеры винилпиридина и др.);
• амфотерные — полимеры, содержащие одновременно анионные и катионные группы: полиакриламид [C3H5ON], белки и др.
Технология коагуляционной и флокуляционной очистки сточных вод и используемое оборудование. Количество коагулянта, необходимого для очистки сточных вод, зависит от вида коагулянта, расхода, состава, требуемой степени очистки сточных вод и определяется экспериментально. Эффективность процесса флокуляции и его скорость зависят от следующих факторов: состав сточных вод и их температура, интенсивность перемешивания и последовательность введения коагулянтов и фло-кулянтов. Процесс очистки сточных вод указанными методами состоит из следующих технологических операций: приготовление водных растворов коагулянтов или флокулянтов, дозирование, смешение с объемом сточной воды, хлопьеобразование, выделение хлопьев из сточной воды.
Сорбция
Сорбция — это процесс поглощения вещества из окружающей среды твердым телом или жидкостью, называемыми сорбентами. Поглощаемое вещество называется сорбатом. При абсорбции вещества (абсорбата) поглощение последнего происходит во всем объеме жидкого или твердого абсорбента. Абсорбция обусловлена как процессом диффузии абсорбента в абсорбат, так и процессами растворения. Под адсорбцией понимают процесс поглощения веществ (адсорбатов), находящихся в газах и жидкостях, происходящий на поверхности твердых тел (адсорбентов). Сорбция, сопровождающаяся химическим взаимодействием сорбента с поглощаемым веществом, называется хемосорбцией.
Сорбционная очистка рекомендуется для сточных вод, загрязненных ароматическими соединениями, слабыми электролитами или неэлектролитами, красителями, непредельными соединениями, гидрофобными алифатическими соединениями. Указанные методы позволяют извлечь из сточных вод ценные компоненты с их дальнейшей утилизацией, а очищенную воду использовать в системах оборотного водоснабжения предприятия. Сорбционная очистка применяется в качестве самостоятельного метода или совместно с методом биологической очистки.
В качестве сорбентов применяются различные материалы: активированные угли различных марок, силикагели, алюмогели, зола, коксовая мелочь, торф, шлаки, активные глины и др. Характерной особенностью перечисленных сорбентов является их пористость.
Активность сорбента характеризуется количеством поглощаемого вещества на единицу объема или массы сорбента (кг/м3 или кг/кг).