Вопрос 89

Физико-химические методы очистки сточных вод промпредприятий.

Физ-хим. методы основаны на таких свойствах загрязнения как растворимость, электропроводность, гидрофобность, адсорбционная способность, магнитная восприимчивость

Стабилизационная обработка воды: не является методом очистки воды, этот метод кондицирования энергетической воды, для предотвращения зарастания трубопровода солями жесткости называется методом умягчения воды. Подразделятся на: химические и безреагентные.К химическим относятся: подкисление, рекарбонизация, фосфатирование, обработка ПАВ.К безреагентным: обработка магнитным полем, ультразвуком, высокочастотным эл. полем.

ПодкислениеЭто универсальный метод, который заключается в понижении щелочности воды, путем перевода нерастворимых бикорбанатов в хорошо растворимые солиCa,Mg.Чаще всего в качестве подкислительного реагента используетсяH2SO4,как наиболее деловую из кислот.

Ca(HCO3) +H2SO4=CaSO4+2CO2+2H2OВ реакции видно, что выделяется свободная углекислота, которая стабилизационное действие на оставшиеся бикорбанаты и карбонатыCaиMg.CO2+H2O=H2CO3.ФосфатированиеХарактерен другой механизм умягчения воды. Реа

генты используемые в методе: гексометафосфат натрия-Na6P6O18,триполифосфат натрия-Na5P3O10.Способны создавать на поверхности зародышей кристаллов солей жесткости пленки, которые изолируют зародыш, препятствуют образованию плотного осадка на стенке теплообменника, а образовавшийся рыхлый осадок легко уносится с потоком воды.Na6P6O18+CaCO3=Na2Ca2P6O18+2Na2CO3.

Магнитная обработка воды(л/р№2) Несмотря на то ,что этот метод применяется широко досихпор нет установленного механизма стабилизации воды маг. полем. Известно следующее: при увеличении силы тока увеличивается диаметр кристаллов солей жесткости. Зависимость экстремальная наибольший размер кристаллов соответствует силе тока 7-8А. Предположим, что магнитное поле увеличивает магнитную восприимчивость ионовCaиMgи они центрами кристаллизации в объеме воды. Таким образом, кристаллы образуются не на стенах теплообменника, а в объеме. Последующее выпадение таких кристаллов приводит к образованию рыхлого осадка, легко уносимого с потоком воды.

Гальванокоагуляция (л/р№3) Гальванохимическая очистка является альтернативным процессом удаления металлов. В основу очистки положен принцип работы короткозамкнутого гальванического элемента. В качестве разгрузки гальванокоагулятора чаще всего используют пары железо-кокс, алюминий-кокс, железо-медь. За счет разницы в эл. отрицательности элементов в водной фазе возникает самопроизвольное движение элементов, что способствует следующим процессам:1) анодное растворение металлов Fe0-2e=Fe2+ Последующее образование гидроокиси Fe0+2ОН-2е= Fe(ОН)2.

2)на катоде поглощается кислород 2Н2О+О2+4е=4ОН-и образуются гидроксильные ионы и на катоде происходит выделение Ме из раствора Меn++ nе=Ме0. 3) на ряду с этим процессом в системе происходит образование Fe3О4: 2 Fe(ОН)2+1/2О2= Fe(ОН)3; 2Fe(ОН)3+ Fe(ОН)2= FeО* Fe2О3*4Н2О свежее образованная поверхность может адсорбировать на себе коллоидные частицы. Из реакции видно, что для эффективного процесса отчистки необходимо присоединение в системе О2.

Конструктивные особенности гальванокоагулятора. Для осуществления насыщения системы О2 предусмотрены разные способы: аэрация загрузки. Пр.: встряхивание, принудительное аэрирование по воздуховодам, вынос загрузки над водной поверхностью. Достоинства: 1) метод применяют для широкого диапазона загрузки воды (м/б сильно и слабо загрязненные стоки). 2) метод не требует значительных затрат эл. энергии. 3) в качестве загрузки можно использовать любые отходы производства. 4) можно отчищать нагретые и горячие воды. 5) подбором гальванопары можно селективно извлекать тот или Инной компонент загрязнения. 6) можно организовать ступенчатое извлечение компонентов. (рис 1). Недостатки: 1)необходимость компоновки гальванокоагулятора с фильтрами или отстойниками, т.к. растворимые примеси сточных вод в процессе отчистки переходят в твердофазное состояние.

Из флотационных методов для отчистки ст. вод применяется: наклонная, вакуумная флотация, электрофлотация. Это обусловлено тем, что в данных методах можно получить наименьший размер пузырька. Диметр пузырька: для наклонной флот-и =500-100мкм., для вакуумной=100-40мкм., эл. флотация=40-5мкм. При реализации наклонной и вакуумной флотации, важным для отчистки сточных вод является то, что воздушный пузырек выделяется непосредственно на частицы загрязнителя, потоки ламинарные что, снижает вероятность разрушения флотокомплекса.

Элекрофлотация (л/р№6) Достоинствами метода является:1) возможность интенсификации процесса отчистки за счет окисления ряда загрязнителей т.к пузырьки в эл. флотации образуются за счет разъединения воды на О и Н при прохождении через систему электронов.2) возможность интенсификации коагуляции при применение электрода из растворимого металла (Пр:алюминия). 3)изменения размера пузырьков за счет изменения площади и кривизны поверхности электродов (электроды м/б листовые, сетчатые, выпускаться из прутьев). Конструктивные особенности : различие эл. флотаторов обусловлено разным расположением электродных систем. Чаще всего вода проходит через электроды в отдельные электродные камеры, либо над электродами расположенными по всейдлине флотационной камеры. Интенсивность флотации определяется аэрированностью ст. воды, которая увеличивается с увеличением напряженности. Ндостатки:1)т.к пузырьки очень маленькие всплывают медленно и для того чтобы производительность была приемлема флотационные камеры делают очень длинными.2) большая трата эл.энергии.(расход эл. энергии зависит от загрязнения ст. вод).

Сорбция(л/р№7) Это закрепление сорбента на (в) сорбенте.( на-адсорбция, в-абсорбция).В качестве сорбента при отчистке ст. вод используются природные и искусственные материалы с большой удельной общей поверхностью, чаще всего это уголь( доменный, торфный,зола).Если рассмотреть частицу угля, то в ней обнаружатся поры различного диаметра (-макро порыd=1-0,01мкм.,-переходныеd=0,01-0,0001мкм.,-микор порыdменее0,0001мкм.) Основная масса загрязнений удерживается микро порами.

Сорбент характеризуется своей емкостью, различают полную и рабочую. Емкость-это количество загрязнений в мг. или мг.Э. приходящийся на 1 гр. или 1см³ сорбента. Рабочая емкость-это количество загрязнений в мг. или мг.Э. приходящийся на 1 гр. или 1см³ сорбента в момент проскока загрязнений в фильтрате. Полная емкость- //-//-//-до полного насыщения сорбента. Сорбция м/б в динамических и статических условиях. Динамические: вода течет через слой сорбента. Статические: сорбент находится в жидкой фазе и перемешивание. Динамическая сорбция проводится в сорбционных колонах. Статическая в чане оборудованном мешалкой. В сорбционных колонах сорбент работает до исчерпания рабочей емкости, в чанах до исчерпания полной емкости. Сорбционные колоны подключены последовательно, такая установка насчитывает не менее 3-х колон, при этом одна находится в регенерации. Колона ставится на регенерацию после проскока загрязнения в следующие колоны. При сорбции в статических условиях ст. вода и сорбент могут подаваться в один и тотже чан, или ст. вода в1-й чан, а сорбент в последующий. В 1-ом случае отработанный сорбент будет отправляется на регенерацию после каждой ступени отчистки. Во 2-ом случае частично загрязненный сорбент из последнего чана будет переведен в предыдущий и отправлятся на регенерацию из 1-го чана. (рис 2 и3). При реализации противоточной системы при одних и тех же требованиях к очистке загрязняется на 20% меньше сорбента.

Коагуляция (л/р№9) Большинство систем которые называются сточными водами кинетически устойчивы.

Для того чтобы такие системы разделить прибегают к использованию коагулянтов. Коагулянты как правило это соли распадаются на ионы, т.е. это электролиты. Система кинетически устойчива в связи с рядом факторов: 1Термодинамический - связанный со значительным поверхностным напряжением на границе Т: Ж.2.Кинетический – связанный с образованием сольватной оболочки вокруг частиц.

3. Электростатический - связанный с образованием двойного электрического слоя. Считается что действия последнего фактора преобладает. Электростатическая теория разработана : Дерягиным, Ландау, Фербе связанный с образованием ем, Овербеком,(ДЛФО). Рассмотрим простейший случай теории ДЛФО которое учитывает что размеры двух частиц находятся в водной фазе и заряды их поверхности одинаковы, а сами частицы имеют шарообразную формы. Можно сделать выводы : при сближении частиц на расстоянии 10 радиусов они начинают притягиваться друг к другу, т. к. силы межмолекулярного притяжения преобладают над силами электростатического отталкивания. В зависимости от ширены двойного электрического слоя на расстоянии 2-5 радиусов начинает преобладать сила отталкивания. Эти силы отталкивания обуславливают энергетический барьер величина которого соответствует Дзета потенциал ДЭС. Если частица проскакивает в энергетический барьер то на расстоянии менее 2-х радиусов быстро нарастают силы притяжения, привидят к слипанию частиц (сила Вандервальса).