Глава 4.Физико-химические методы очистки производственных сточных вод

К физико-химическим методам очистки относятся коагуляция, флокуляция, адсорбция, флотация, экстракция, ионный обмен, мембранные процессы.

18. Очистка сточных вод коагуляцией и флокуляцией

Коагуляция – это слипание частиц коллоидной системы при их столкновениях в процессе теплового движения, перемешивания или направленного перемещения во внешнем силовом поле.

В результате коагуляции образуются агрегаты – более крупные (вторичные) частицы, состоящие из скопления более мелких (первичных).

Сточные воды многих производств после сооружений механической очистки представляют собой агрегативноустойчивую систему.

Для очистки таких стоков применяют методы коагуляции и флокуляции. Агрегативная устойчивость при этом нарушается, образуются более крупные агрегаты частиц, которые удаляются из сточных вод механическими методами.

Для очистки производственных сточных вод применяют сульфат алюминия, хлорное железо, алюминат натрия, железный купорос.

Применяются также известь CaO и соли магния (хлорид магния MgCl₂ · 6H₂O; сульфат магния MgSO₄ · 7H₂O).

Значения pH при оптимальных условиях коагуляции: для Al(OH)₃ – от 4,5 до 7; для Fe(OH)₂ – от 8,5 до 10,5, а для Fe(OH)₃ – от 4 до 6 и от 8 до 10.

Образующиеся в результате коагуляции осадки представляют собой хлопья с размерами от нескольких микрометров до нескольких миллиметров. Рыхлая пространственная структура хлопьев осадка обусловливает их высокую влажность – до 96-99,9 %. Плотность хлопьев осадка составляет обычно 1,01-1,03 т/м³.

Для интенсификации процессов коагуляции и осаждения образующихся хлопьев широко используются органические природные и синтетические реагенты – высокомолекулярные вещества, называемые флокулянтами. Эти вещества могут применяться самостоятельно и в сочетании с минеральными коагулянтами. Сущность флокуляции заключается в агрегации частиц, при которой контакт частиц происходит через молекулы адсорбированного флокулянта. В этом состоит отличие процесса флокуляции от коагуляции. Флокуляция характеризуется быстрым образованием крупных и прочных хлопьев, устойчивых к турбулентным воздействиям водного потока.

В настоящее время наибольшее распространение получили флокулянты: полиакриламид, полиоксиэтилен, полиэтиленимин, натриевые соли и эфиры полиакриловой и полиметакриловой кислот, поливинилпиридин, сополимеры малеинового ангидрида и винилацетата, полимеры на основе стирола и активная кремниевая кислота.

Для смешивания сточной воды с коагулянтом применяют смесители: дырчатые, перегородчатые, вертикальные и с лопастными мешалками.

Рис. 4.1. Дырчатый смеситель: 1 – подача воды; 2 – перегородка с отверстиями.

Дырчатый смеситель (рис. 4.1) представляет собой железобетонный или металлический лоток с дырчатыми перегородками. Расстояние между перегородками принимают равным ширине лотка. Диаметр отверстий 20-100 мм. Суммарная площадь отверстий в каждой перегородке F_отв = Q / w_о . Скорость движения воды в отверстиях w_о = 1 м/с, в лотке за последней перегородкой w ≈ 0,6 м/с. Уровень воды за последней перегородкой принимают равным H_о = 0,4-0,5 м. Потерю напора в отверстиях определяют по формуле:

, (4.1)

где – коэффициент сопротивления.

Прибавляя к H_o величину потерянного напора – h, находят уровень воды в каждом отделении смесителя.