Лабораторная работа 5 Метод флотации. Очистка сточных вод от эмульсий органических веществ

Общие сведения

Выделение эмульгированных органических веществ (масел, жиров, нефтепродуктов, латексов и др.) из сточных вод представляет собой часто встречающуюся и довольно сложную задачу. Эмульсиями называются дисперсные системы, состоящие из двух или более жидких взаимонерастворимых фаз, т.е. отличающихся своей полярностью. Если одна из жидкостей вода, то другая – неполярная или малополярная жидкость, называемая в общем случае – «масло».

Существует два основных типа эмульсий: дисперсия масла (любой неполярной жидкости) в воде, (масло-вода) и дисперсия воды в масле (вода-масло). Эмульсии первого типа называются прямыми, а второго – обратными. В зависимости от концентрации дисперсной фазы (С) эмульсии подразделяют на три класса: разбавленные (С<0,1 %), концентрированные (С< 74 %) и высококонцентрированные (С> 74 %).

Устойчивость эмульсий обусловливается величиной частиц, температурой, наличием эмульгатора. Большинство эмульсий являются микрогетерогенными (10-5–10-3) см, термодинамически неустойчивыми системами. При длительном хранении таких эмульсий в них происходит слипание, а затем и слияние капель (коалесценция). Методы механической очистки сточных вод от эмульсий позволяют выделить частицы крупнее 10−50 мкм. Эти методы малоэффективны (отстаивание), малоэкономичны (центрифугирование). Значительно больший эффект дают электрохимические и физико-химические методы, такие как фильтрация через гидрофобные осадки, электрокоагуляция, флотация.

Суть флотационного метода состоит в том, что в растворе при диспергировании пузырьков воздуха образуется развитая граница раздела фаз жидкость-газ, масляные частицы закрепляются на пузырьках и выносятся на поверхность раствора. Механизм этого закрепления может быть различен и зависит от целого ряда факторов, например дисперсности пузырьков воздуха и масляных частиц и т. д. На эффект флотации значительное влияние оказывает размер и количество пузырьков воздуха, распределенных в воде. Эффективная флотация требует возможно более тонкого диспергирования воздуха. Флотационная обработка воды вызывает также окисление ряда токсичных веществ или их отдувку.

При прилипании частиц масла к пузырьку воздуха образуется трехфазный периметр смачивания (соприкосновение фаз: масло-вода-воздух), характеризуемый краевым углом смачивания. При краевых углах смачивания, близких к нулю, т.е. для частиц, хорошо смачиваемых водой, величина флотируемости практически равна нулю. Для частиц, плохо смачиваемых водой, краевой угол смачивания стремится к 180°, а величина флотируемости – к максимуму.

Для улучшения показателей флотации часто используют ПАВ, называемые флотореагентами, – это реагенты-собиратели, реагенты-вспениватели и др. Реагенты-собиратели, избирательно адсорбируясь на поверхности частиц, покрывают их гидрофобной пленкой, понижают смачиваемость, после чего эти частицы прилипают к пузырькам воздуха и выносятся ими наверх. В качестве собирателей применяют анионоактивные и катионоактивные ПАВ.

Реактивы.

1. Алкилтриметиламмоний хлорид – поверхностно-активное вещество – ПАВ (алкил – радикал предельного углеводорода с длиной цепи от 6−10 до 16−18), 0,1 г/л, водный раствор;

2. Поливинилацетатная эмульсия, 0,1 г/л; 3. NaOH, 0,1 н раствор.

Оборудование.

1. Пипетка – 10 мл; 2. Стакан – 150 мл (5 шт.);

3. Мерный цилиндр – 100 мл; 4. Магнитная мешалка;

5. Фотоэлектроколориметр, КФК.

Ход работы

1. Построение калибровочного графика. График строят в координатах оптическая плотность – концентрация масла. Концентрацию масла (0,100, 0,075, 0,050, 0,025, 0,010 г/л) меняют путем соответствующего разбавления исходной эмульсии с содержанием ПВА 0,100 г/л. Оптическую плотность определяют на фотоэлектроколориметре: кювета – 50 мм, λ=З64 нм.

2. Изучение влияния концентрации ПАВ на степень разрушения эмульсии. В пять стаканов наливают по 100 мл исследуемой эмульсии и добавляют необходимое количество раствора ПАВ (с=0,1 г/л) – 2, 4, 6, 8, 10 мл. Содержимое каждого стакана перемешивают на магнитной мешалке (1 мин), проводят флотационную обработку эмульсии на лабораторной установке в течение 3 мин, отбирают пробу в кювету (не прекращая флотацию) и определяют остаточное содержание масла с помощью калибровочного графика. Вычисляют степень извлечения масла:

А = [(C_исх-C_ост)/C_исх]·100 %.

Проводят построение графической зависимости степени извлечения масла от концентрации ПАВ.

3. Изучение влияния рН. Аналогично первой задаче в пять стаканов наливают по 100 мл эмульсии, добавляют оптимальное количество ПАВ (установленное по результатам первого опыта) и создают рН соответственно: 2, 3, 5, 7, 9. После флотационной обработки определяют остаточное содержание масла и степень извлечения масла от рН среды. Проводят построение графической зависимости степени извлечения масла от рН среды.

4. Оформление выводов и рекомендаций.