Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Современные системы очистки сточных вод. Лабораторный практикум. Практикум
.pdf
В зависимости от характера и способа образования межфазных
границ (вода – масло – газ), на которых происходит закрепление разделяемых компонентов различают несколько видов флотации:
1. Масляная флотация – при перемешивании измельченной руды с маслом и водой сульфидные минералы избирательно смачиваются маслом и всплывают вместе с ним на поверхность воды, а порода
полевые шпаты) осаждается.
рц,
(ква
2. Плёночная флотация – используется способность гидрофоб-
ных минеральных частиц удерживаться на поверхности воды, в то
время как гидрофильные тонут в ней, когда в процессе флотации
из тонкого слоя измельчённой руды, находящегося на поверхности
потока воды, выпадают гидрофильные частицы.
3. Пенная флотация – обработанные реагентами частицы выно-
ы пузырьками воздуха, образуя пенный слой,
сятся на поверхность во
д
устойчивость которого регулируется добавлением пенообразователей.
Для создания и усиления разницы в гидратированности разделяемых
веществ и придания пене достаточной устойчивости к пульпе добавляются флотационные реагенты. Затем пульпа поступает во флотационные машины. Образование флотационных агрегатов (частиц и
пузырьков воздуха) происходит при столкновении твёрдых веществ
ками воздуха, вводимого в пульпу, а также при возникнове-
с пузыр
ь
нии на частицах пузырьков газов, выделяющихся из раствора. Для образования пузырьков предлагались различные методы: образование
углекислого газа за счёт химической реакции (химическая флотация),
выделение газа из раствора при понижении давления (вакуумная
флотация), энергичное перемешивание пульпы (импеллерная фло-
стия (напорная
тация), пропускание воздуха сквозь мелкие отве
р
флотация).
4. Крупные частицы при флотации отрываются от пузырьков и
не флотируются. Поэтому для флотации крупных частиц (0,5…5 мм)
разработаны способы пенной сепарации, при которых пульпа подается
на слой пены, удерживающей только гидрофобизированные частицы.
С той же целью созданы флотационные машины кипящего слоя с вос-
ти.
ходящими потоками аэрированной жидко
с
5. Ионная флотация – метод, перспективный для переработки
промышленных стоков, минерализованных подземных термальных и
шахтных вод, а также морской воды. При ионной флотации отдельные
ионы, молекулы, тонкодисперсные осадки и коллоидные частицы
взаимодействуют с флотационными реагентами-собирателями, чаще
всего катионного типа, и извлекаются пузырьками в пену или плёнку
на поверхности раствора.
21
6. Электрофлотация – тонкодисперсные пузырьки для флотации из растворов получают при электролитическом разложении воды
с образованием газообразных кислорода и водорода. При электрофлотации расход реагентов существенно меньше, а в некоторых случаях они не требуются.
В зависимости от способа насыщения жидкости пузырьками воз-
духа выделяют:
1) флотацию с выделением воздуха из раствора (ваку
рные установки);
напо
умные,
2) флотацию с механическим диспергированием воздуха
(импеллерные, безнапорные и пневматические установки);
3) флотацию с подачей воздуха через пористые материалы;
4) электрофлотацию.
В практике очистки сточных вод применяют для извлечения
нерастворённых веществ метод пенной флотации, а растворённых –
пенной сепарации.
Флотацию с выделением воздуха из раствора применяют при очи-
ржащих очень мелкие части-
стке производственных сточных вод, сод
е
цы загрязнений, так как позволяет получать самые мелкие пузырьки
воздуха.
Цель работы – знакомство с флотацией как процессом очистки
сточных вод и исследование влияния её режимов на степень очистки
от взвешенных частиц.
Приборы и реактивы: лабораторная установка, секундомер,
щен-
мерные цилиндры, ёмкость для исходной воды, ёмкость дл
я очи
ной воды, ёмкость для пены, весы.
Описание установки. Лабораторная установка включает напор-
ный флотатор, который имеет цилиндрический корпус, встроенную
воздуходувку и газораспределительное устройство для насыщения
воздухом жидкости и внутренний сборник, выполняющий одновременно функции сборника пены и места её гашения.
Воздух во флотатор подается встроенной воздуходувкой.
Отработанная осветлённая жидко
сть отв
одится из нижней части
флотатора.
Подготовка к работе. До начала лабораторной работы:
а) преподаватель определяет:
– способ приготовления модельной суспензии сточной воды;
– концентрацию загрязняющего вещества в модельной суспензии сточной воды;
– необходимость применения пенообразователей;
– способ заполнения водой флотатора;
22
– способ отбора проб воды;
– способ отбора флотошлама (пены);
– способ измерения массы флотошлама (пены);
– режимы флотации;
б) лаборант готовит к проведению занятий:
– лабораторную установку;
– приборы, реактивы и методические рекомендации;
в) студент изучает:
– сущность, теоретические основы и практические особенности
процесса сточных вод методом пенной флотации;
– методические рекомендации по проведению лабор
оты.
раб
аторной
Ход работы
1. Определяется концентрация взвешенных частиц в исходной
взвеси С
известным способом.
нач
2. Флотатор заполняется модельной сточной водой и при необходимости пенообразователем в количестве, определяемом преподавателем.
3. Включается воздуходувка.
4. Регулировочным вентилем устанавливается необходимый
расход воздуха.
5. Производя наблюдения за образованием пены и её поступле-
нием в пеносборник, засекается время начала образования пены и да-
ть
лее через каждую минуту измеряется высоту пенного слоя впл
о
до момента окончания эксперимента, установленного преподавателем
(например, начала её стекания в желоб пеносборника или прекращения
пенообразования).
6. По достижении момента окончания эксперимента, определяемого преподавателем, измеряется концентрация взвешенных частиц в очищенной воде С
известным способом.
кон
7. Определяется эффективность очистки сточной воды флотацией по формуле:
Э = 100 % · (С
нач
– С
кон
) / С
нач
.
8. Делается вывод об эффективности процесса флотации для
очистки воды.
9. Измеряется масса ёмкости для приёма пены, затем пена
из пеносборника перемещается в данную ёмкость и измеряется масса
пены m как разница массы ёмкости с пеной и массы ёмкости без пены.
10. Делается выводы об объёме поглощенных пеной загрязняющих веществ.
23
11. Пп. 1 – 10 повторяются для разных режимов флотации по вариантам, представленным в таблице.
Вариант 1 2 3 4 5
Положение регулировочного
вентиля относительно
вертикальной оси 0° ≈
20° ≈ 45° ≈ 70° ≈ 90°
12. Полученные результаты заносятся в таблицу.
Измеряемые параметры
Концентрация взвешенных
веществ в исходной воде С
нач
Концентрация взвешенных
веществ в очищенной воде С
кон
1 2 3 4 5
Масса пены m
Эффективность очистки сточной
воды флотацией Э
13. Сравниваются измеряемые параметры, полученные для разных режимов флотации по вариантам.
14. Делаются выводы об особенностях и эффективности очистки
сточной воды флотацией на разных режимах работы.
Порядок подготовки модельных суспензий, загрязнённых
взвешенными веществами
1. Модельные суспензии готовят в отдельной ёмкости путём
смешивания чистой воды и взвеси частиц загрязнений, например, глины в во
де с концентр
2. При необходимости в модельную суспензию сточной воды
добавляют пенообразователи, в том числе, СПАВ.
Вопросы к защите лабораторной работы
1. Классификация методов флотации и флотореагентов.
2. Физико-химические основы реализации процесса флотации.
3. Гидрофильность и гидрофобность частиц и влияние данных
свойств на процесс флотации.
4. Строение, сво
собирателей.
24
ацией не более 100 мг/л.
ства и особенности применения флотореагентов-
й
Вариант
5. Строение, свойства и особенности применения флотореагентоврегуляторов (депрессоров, активаторов, регуляторов среды, пептизаторов).
6. Строение, свойства и особенности применения флотореагентов-вспенивателей.
7. Свойства и строение флотошлама (пены).
8. Сущность процесса и основное оборудование напорной фло-
тации.
9. Сущность процесса и основное оборудование вакуумной
флотации.
10. Сущность процесса и основное оборудование импеллерной
флотации.
. Сущно
11
сть процесса и основное оборудование флотации через
пористые материалы.
12. Сущность процесса и основное оборудование электрофлотации.
13. Сущность процесса и основное оборудование химической
(ионной) флотации.
14. Особенности организации флотационного метода обогащения
отходов.
15. Классификация и общие принципы работы флотомашин.
25
Лабораторная работа № 5
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ПРОЦЕССА КОАГУЛЯЦИИ
ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ В СТОЧНОЙ ВОДЕ
В ЗАВИСИМОСТИ ОТ РАЗЛИЧНЫХ ПАРАМЕТРОВ
Теоретическая часть. Коагуляция – процесс укрупнения и объе-
динения мелких, твёрдых жидких частиц дисперсной фазы в агрегаты
под влиянием минеральных веществ, добавляемых в неоднородную
систему (суспензию, коллоидный раствор, эмульсию).
В процессе механической очистки из сточных вод достаточно
легко удаляются частицы размером 10 мкм и более, а мелкодисперс-
ом,
ные и коллоидные частицы практически не удаляются. Таким об
раз
сточные воды после сооружений механической очистки представляют
агрегативно-устойчивую систему. Для очистки таких стоков применяют методы коагуляции; агрегативная устойчивость при этом нарушается, образуются более крупные агрегаты частиц, которые удаляются
из сточных вод механическими методами. Коагуляция – это процесс
укрупнения дисперсных частиц в результате их взаимодействия и объединения в агрегаты.
стки сточных вод коагуляция происходит под
В процесса
х очи
влиянием добавляемых к ним специальных веществ – коагулянтов.
При введении коагулянтов в воду они обволакивают взвешенные частицы, полностью меняя их поверхностные свойства и нейтрализуя их
заряд. Поэтому происходит их слипание в крупные агломераты,
о выз
имеющие большую скорость осаждения. Коагулянты не тольк
ывают укрупнение частиц загрязнений, но и образуют, гидролизуясь,
малорастворимые продукты, способные объединяться в крупные хлопья. 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. Так как коллоидные частицы имеют слабый от
заряд, а хлопья коагулянтов слабый положительный заряд, то ме-
ный
рицатель-
жду ними возникает взаимное притяжение.
Выбор коагулянта зависит от его состава, физико-химических
свойств и стоимости, концентрации примесей, от рН и солевого состава воды. В настоящее время используется несколько видов коагулянтов. Одним из самых распространённых коагулянтов является серн
(SO4)3 . Этот коагулянт эффективен в интерва-
кислый алюминий
– Al
2
о-
ле значений рН = 5…7,5. Он хорошо растворим в воде и имеет относительно низкую стоимость. Его применяют в сухом виде или в виде
26
50%-ного раствора. Сырьём для его получения служат вещества, содержащие Al
Также широкое применения получили алюминат натрия NaAlO
гидроксохлорид алюминия Al
калия и алюминия-аммония (квасцы – алюмокалиевые KAl(SO
и аммиачные NH
железа, хлорное железо FeCl
(бокситы, глины) и серная кислота.
2O3
(OH)5Cl, тетраоксосульфаты алюминия-
2
Al(SO4)·12H2O); среди солей железа – сульфаты
4
.
3
)·12H2O
4
2
Коагуляцией могут удаляться не только коллоидные, но и частично растворённые загрязнения. Это важное свойство коагулянтов расширяет практическую ценность метода.
Для удаления из сточных вод ионов различных металлов путём
перевода их в малорастворимые соединения используются такие
реагенты как известь, едкий натр. Наиболее часто применяют гашёную
роизводительности уста-
известь в виде известкового молока, а пр
и п
новок более 5 сут. (по извести) целесообразно применение сухого метода дозирования извести.
Очистка сточных вод методом коагуляции включает процессы
приготовления водных растворов коагулянтов, их дозирование в обрабатываемую сточную воду, смешение со всем объёмом воды, хлопьеобразование, выделение хлопьев из воды.
Смешение коагулянтов со всем объёмом об
рабатываемой ст
очной
воды происходит в смесителях, продолжительность пребывания воды
в которых составляет 1…2 мин. После смешивания обрабатываемых
сточных вод с коагулянтами начинается процесс образования хлопьев,
который осуществляется в специальных резервуарах − камерах
хлопьеобразования. Последующее осветление воды производится
в горизонтальных, радиальных и вертикальных отстойниках, во флотаторах и фильтрах.
о
Коллоидные частицы примесей, представляющие соб
й совокупность большого числа молекул, вредные вещества, содержащиеся
в сточной воде в диспергированном (раздробленном) состоянии, прочно
удерживают покрывающий их слой дисперсионной среды (воды). Обладая большой удельной площадью поверхности, коллоидные частицы
адсорбируют находящиеся в воде ионы преимущественно одного знака.
Ионы, непосредственно прилегающие к ядру, образуют слой по-
верхностно-ядерных ио
нов или
так называемый адсорбционный слой.
В этом слое также находится некоторое количество противоположно
заряженных ионов.
На границе адсорбционного слоя создается электрический заряд,
поэтому вокруг гранулы (ядра в совокупности с ионами адсорбционного слоя) образуется диффузионный слой, в котором находятся осталь-
27
,
ные, но противоположно заряженные ионы, компенсирующие заряд
гранул.
Гранула в совокупности с ионами диффузионного слоя называется мицеллой.
Потенциал на границе ядра и адсорбционного слоя (А) равен
сумме зарядов всех поверхностно-ядерных ионов и называется термодинамическим потенциалом (Е-потенциалом).
На границе адсорбционного (А) и диффузионного (Д) слоёв
ую сумме зарядов находя-
потенциал уменьшается на величину, ра
вн
щихся в адсорбционном слое противоположно заряженных ионов.
Такой потенциал называется электрокинетическим потенциалом
(Е-потенциалом).
Наличие зарядов одного знака коллоидных частиц вызывает их
взаимное отталкивание. Одновременно между коллоидными частицами действует молекулярные силы взаимного притяжения, которые
проявляются лишь на небольших расстояниях между частицами.
При снижении электрического за
ряда частиц
, т.е. при уменьшении
Е-потенциала силы отталкивания уменьшаются.
Силы взаимных притяжений между коллоидными частицами
начинают преобладать над электрическими силами отталкивания при
S-потенциале системы менее 0,03 В и максимальны при ОВ.
При коагуляции хлопья (коагуляты) образуются сначала за счёт
части взвешенных частиц и коагулянта или только коагулянта. Образовавшиеся хло
пья коагулянта з
ахватывают коллоидные частицы при-
месей и оседают на дно аппарата.
Одним из методов снижения S-потенциала коллоидной системы
является увеличение концентрации электролитов (коагулянтов) в неоднородной системе. Способность электролита вызвать коагуляцию
возрастает с увеличением валентности коагулирующего иона (коагулятора), обладающего зарядом, противоположным заряду коллоидных
частиц. Соотношение коагулирующей способности одно-, двух- и трё
валетных ио
нов приблизительно составляет 1:30:1000.
х
Минимальная концентрация электролита, вызывающая явную
коагуляцию, называется пороговая концентрация лиофобных золей.
Порог коагуляции зависит от природы электролита и от заряда коагулирующего иона.
Цель работы – изучение метода определения характеристик про-
цесса коагуляции в процессах очистки сточных вод.
Приборы и реактивы: электроплитка, стакан на 150…200 мл,
робирок, две колбы, две бюретки, фильтровальная бумага,
р п
набо
стеклянная палочка, мерный цилиндр на 10 мл, дистиллированная вода, 1%-ный H
28
, 0,1 н. KMnO4, растворы исследуемых электролитов:
2O2
2%-ный
(
3
FeCl , 0,1 н. NaOH, 1 н. KCl , 0,01 н. 42SOK , 0,001 н.
3
()
CNFeK , CH
COONa, Na2SO4, Na3PO4 .
3
6
Описание установки. Установка представляет собой штатив
с колбами и пробирками в группе с электроплиткой или горелкой
для нагревания.
Подготовка к работе. До начала лабораторной работы:
а) преподаватель определяет:
– виды, объёмы и концентрации используемых растворов электролитов;
– способ заполнения колб и пробирок;
– способ нагрева колб;
– способ измерения объёма осадка;
товит к проведению занятий:
б) лаборан
т го
– лабораторную установку;
– приборы, реактивы и методические рекомендации;
в) студент изучает:
– сущность, теоретические основы и практические особенности
процесса коагуляции;
– методические рекомендации по проведению лабораторной
работы.
Ход работы
1. Готовится золь Fe(OH)
по методике, описанной ниже.
3
2. В 6 чистых пробирок добавляются приготовленный золь
Fe(OH)
, дистиллированная воду и электролит в количествах, указан-
3
ных в таблице. Преподаватель определяет, какие растворы электролита
необходимо исследовать. При этом пробирки 1 и 6 являются контрольными.
Характеристики
Примеры растворов
электролита и
их концентраций С
эл
1 2 3 4 5 6
2%-ный
KCl , 0,01 н. 42SOK , 0,001 н.
CH
Количество
электролита V
, мл
эл
Количество золя V
, мл 5 5 5 5 5 5
золя
5 4 3 2 1 0
Количество дистиллированной воды V
дв
, мл
0 1 2 3 4 5
Общий объём смеси, мл 10 10 10 10 10 10
№ пробирки
FeCl , 0,1 н. NaOH, 1 н.
3
3
COONa, Na2SO4, Na3PO4
3
)
CNFeK ,
6
29
3. Содержимое в пробирках перемешивается и оставляется на
45 минут.
4. Через 45 минут наблюдается, в каких пробирках наблюдается
явная коагуляция (помутнение) и седиментация, и данный факт отмечается в таблице знаком «+», если коагуляция наблюдается, и знаком «–», если коагуляция не происходит.
Помутнение есть (знак «+») или нет (знак «–»)
Электролит
2%-ный
FeCl
Про-
бирка 1
3
Про-
бирка 2
Про-
бирка 3
Про-
бирка 4
Про-
бирка 5
Про-
бирка 6
0,1 н. NaOH
1 н. KCl
0,01 н.
0,001 н.
()
CNFeK
3
SOK
6
42
CH3COONa
Na2SO4
Na3PO4
5. В случае, если ни в одной из пробирок не произойдет коагу-
ляция, опыты повторяются с более (в 2 – 5 раз) концентрированными
растворами электролитов.
6. Вычисляется порог коагуляции для каждого электролита по
формуле:
3
10
С
к
VС
⋅= , ммоль/л.
элэл
VV
+
элзоля
7. Результаты записываются в таблицу.
Порог коагуляции Ск
Электролит
2%-ный
FeCl
Про-
бирка 1
3
Про-
бирка 2
Про-
бирка 3
Про-
бирка 4
Про-
бирка 5
Про-
бирка 6
0,1 н. NaOH
1 н. KCl
30
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]