Очищення води флокулянтами

Останнім часом для регулювання стійкості дисперсних систем і, зокрема, суттєвої інтенсифікації процесів очищення води від колоїдно-дисперсних речовин значного поширення набули різні флокулянти. До флокулянтів належать неорганічні або органічні високомолекулярні сполуки (ВМС), які сприяють утворенню агрегатів у результаті об'єднання кількох часточок за допомогою макромолекули адсорбованого або хімічно зв'язаного полімеру. Невеликі добавки (тисячні або мільйонні частки від маси твердої фази) цих речовин істотно змінюють стабільність дисперсій. Вони прискорюють утворення пластівців гідроксидів алюмінію і феруму, осадження пластівців, збільшують вільність коагулянту та ступінь прояснення води.

У прояснювачах із завислим осадом флокулянти сприяють збільшенню вмісту часточок у завислому шарі і зменшенню винесення з нього зависей. Поліпшуються адгезійні властивості коагульованої зависі, збільшується швидкість фільтрування, зменшуються витрати води на промивання осадів, підвищується грязеємкість фільтрів, а також збільшується продуктивність відстійників, прояснювачів, фільтрів, центрифуг та іншого обладнання, що використовується для розділення рідкої і твердої фаз. При цьому значно розширюються межі оптимальних значень рН і зменшується залишковий вміст алюмінію та заліза в очищуваній воді. Застосування флокулянтів особливо ефективне за низьких температур очищуваної води і знижених значень рН (кислі стічні води).

У разі обробки флокулянтами малозабарвлених вод на 10–40 % знижуються витрати коагулянтів, зростає ступінь прояснення і знебарвлення води, а також приблизно в 1,5 раза збільшується продуктивність очисних споруд.

Відокремлення завислих речовин центрифугуванням

Для розділення неоднорідних систем (суспензій, емульсій, гідрозолів) застосовують процес центрифугування, який здійснюється в полі відцентрових сил з використанням суцільних або проникних для рідини перегородок. Під дією відцентрових сил суспензія розділяється на осад і очищену воду, яка називається фугатом. При цьому осадження поєднується з ущільненням утвореного осаду, а фільтрування – з ущільненням та механічним висушуванням осаду. Процес центрифугування здійснюють в апаратах, що називаються центрифугами

Центрифуга являє собою вертикальний циліндричний ротор з суцільними або перфорованими бічними стінками. Ротор закріплюють на вертикальному валу, що обертається електродвигуном, і вміщують у співвісний циліндричний нерухомий кожух. На внутрішній поверхні ротора з перфорованою стінкою знаходиться фільтрувальна тканина або тонка металева сітка. У відстійних центрифугах із суцільними стінками розділяють емульсії і суспензії за принципом відстоювання в полі відцентрових сил. У фільтрувальних центрифугах з проникною стінкою розділяють суспензії за принципом фільтрування, де замість різниці тисків використовують дію відцентрової сили.

Центрифугування застосовують для відокремлення тонкодисперсних забруднень, якщо для їх виділення не можуть бути застосовані реагенти, а також у разі локального очищення промислових стічних вод, коли виділюваний осад може бути використаний. Зазвичай використовують осаджувальні центрифуги безперервної і періодичної дії типу ОГШ, ОТР і ОМ. Центрифуги безперервної дії типу ОГШ застосовують для очищення стічних вод з витратою до 50–100 м³/год. У разі виділення часточок з гідравлічною крупністю 0,2 мм/с використовують протитечійні апарати і з 0,05 мм/с – прямотечійні.

Потужність силового поля у центрифугах перевищує потужність гравітаційних сил у сотні і навіть сотні тисяч разів. Основною технічною характеристикою центрифуг є фактор розділення Ф_р, який визначають за формулою

де а_т – відцентрове прискорення, м/с²; g – приско-рення вільного падіння, м/с²; w – кутова швидкість обертання ротора, рад/с; r– радіус обертання, м; п – частота обертання ротора, об/хв.

Фактична тривалість центрифугування залежить від фактора розділення, гідравлічного навантаження, робочого об'єму ротора, конструкції розвантажувального шнека і відносної швидкості його обертання.

Електрофільтрування

У ряді випадків виділення колоїдно-дисперсних речовин із стічної води можна здійснити електрофільтруванням. Суть процесу полягає в тому, що на фільтр, виготовлений з йонообмінного матеріалу, накладається електричне поле. Застосування електромагнітного поля дає змогу інтенсифікувати фільтрування і здійснити більш тонке очищення води від дисперсних часточок без використання хімічних реагентів.

Як правило, електрофільтри застосовують для отримання дуже чистої води, вільної від мікрочасточок. Осадження останніх відбувається на поверхні йонообмінних мембран. Для очищення стічних вод від дисперсних часточок у вуглевидобувній промисловості Донецький державний університет розробив установку, принцип дії якої грунтується на тому, що під час обробки в електричному полі на вугільних часточках досить тривалий час зберігається залишкова поляризація. За певних умов відбуваються коагуляція і агрегація часточок. При цьому можна обробляти суспензії з вмістом завислих речовин до 5 г/дм³ за відносно невеликих затрат електроенергії і високої продуктивності. Більш високий ступінь очищення досягається у разі застосування йонообмінних волокон.

У процесі електрофільтрування стічних вод можна виділити дві стадії: транспортування дисперсних часточок та їх утримання колектором. Часточки транспортуються за рахунок сил електрофорезу, елєктроосмосу та диполофорезу.

Змінюючи напруженість електричного поля, можна керувати швидкістю руху часточок.

Поблизу зерен йоніту колоїдні часточки можуть транспортуватися за рахунок електроосмотичного потоку рідини через йонообмінний матеріал. Якщо знаки заряду часточок і протиіонів однакові, на йонообмінному колекторі в результаті елєктроосмосу утворюється осад. Якщо ж знаки зарядів протилежні, електроосмос перешкоджає осадженню колоїдів. Перший шар часточок утримується завдяки силам електростатичного притягання протилежно заряджених поверхонь часточки та йоніту, другий і наступні шари – завдяки диполь-дипольній взаємодії, що виникає між наведеними диполями дисперсних часточок. При виключенні електричного поля наведені дипольні моменти зникають, і часточки, за винятком локалізованих у першому шарі, вимиваються потоком рідини. У такий спосіб регенерують йонообмінні фільтри.