9

Министерство образования Российской Федерации

Волгоградский государственный технический университет

Кафедра промышленной экологии и безопасности жизнедеятельности

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА

по курсу «Промышленная экология и технология основных производств»

ОЧИСТКА ПРОМЫШЛЕННЫХ СТОЧНЫХ ВОД В ПРОЦЕССАХ КОАГУЛЯЦИИ И ЭЛЕКТРОФЛОТОКОАГУЛЯЦИИ

Методические указания

Составители:

д.т.н., проф. Голованчиков А.Б.

к.т.н., доцент Дахина Г.Л.

инженер Сиволобов М.М.

Волгоград 2000

ВВЕДЕНИЕ

Коагуляция – процесс слипания частиц в дисперсных системах, ведущий к уменьшению числа частиц дисперсной фазы, снижению их свободной поверхности и к увеличению массы каждой частицы. Особенно эффективно процесс коагуляции происходит в области коллоидной дисперсности, т.е. мельчайших частиц, находящихся во взвешенном состоянии в поле сил тяжести выпадающих в осадок.

Коагуляция в естественных условиях происходит под влиянием молекулярных сил соударения частиц в результате броуновского движения.

Коагуляция ускоряется под действием внешних сил и воздействий: при перемешивании, при градиентном или неравномерном течении, при акустическом воздействии или под действием звуковых волн, вызывающих сближение частиц, при поляризации в электрическом поле.

Коагулянты – вещества, способные вызывать или ускорять коагуляцию. При введении в дисперсную систему коагулянтов ускоряется и облегчается отделение частиц дисперсной фазы от сплошной среды. Концентрация коагулянта, при которой наступает быстрая коагуляция, называется порогом коагуляции.

Широко распространены полимерные коагулянты – различные растворимые высокомолекулярные соединения. Макромолекулы полимерного поверхностно-активного вещества закрепляются отдельными участками цепи одновременно на двух частицах и таким образом связывают частицы в прочные флокулы, устойчивые к механическому разрушению при перемешивании. Полимерная флокуляция используется в процессах обогащения руд, при водоочистке, в производстве бумаги и экологических процессах очистки промстоков и хозбытовых сточных вод.

Особый случай коагуляции представляет гетерокоагуляция, при которой две дисперсные системы взаимно коагулируют друг друга в результате прилипания частиц одной дисперсной фазы к частицам другой. Обычно это происходит при разноименно заряженной поверхности частиц каждой дисперсной фазы. В этом случае ионо-электростатические силы приводят к притяжению частиц, а не их отталкиванию. Использование мелкодисперсной золы, извести и других материалов для гетерокоагуляции вместо применения дорогостоящих полимерных коагулянтов более эффективно и экономически целесообразно, особенно в экологических процессах. С гетерокоагуляцией связан механизм коагулирующего воздействия солей многовалентных металлов, которые гидролизуются с образованием коллоидного гидрооксида.

Процесс электрокоагуляции состоит из следующих стадий:

1. электрохимического растворения металла анода под действием приложенного к электродам напряжения;

2. гидролиза коагулянта

3. процесса укрупнения дисперсных частиц в результате их взаимодействия с коагулянтом и объединения их в глобулы или агрегаты;

4. выноса агрегатов в пену выделяющимся в результате гидролиза водородом.

Степень очистки в процессе электрокоагуляции зависит от плотности анодного тока оптимальная величина которого лежит в пределах 150 – 200 А/м². Рекомендуемое напряжение 3 – 30 В.

В основе электрофлотокоагуляции как и любого другого электрохимического метода очистки лежит электролиз веществ, то есть химические превращения с использованием электрической энергии.

Преимущества электрофлотокоагуляции по сравнению с обычной коагуляцией:

1. не требуется химических реагентов;

2. не увеличивается солесодержания воды;

3. упрощается схема очистки и ее автоматизация.

Недостатки:

1. расход листового металла;

2. большая потребность в электроэнергии;

3. образование на поверхности электродов окисных пленок (пассивация электродов);

4. засорение межэлектродного пространства продуктами электрокоагуляции.

Кинетика коагуляции зависит от многих факторов:

1. материала электродов;

2. плотности тока;

3. концентрации извлекаемых частиц и их состава.

Если лимитирующей стадией является скорость растворения электродов, то время очистки зависит от интенсивности образования коагулянта и достижения его «пороговой» концентрации в очищаемой среде.

Если лимитирующей стадией является скорость флотации, то расчет кинетических процессов можно вести по уравнениям кинетики электрофлотации, рассмотренным в предыдущей лабораторной работе при сравнении флотационных и электрофлотационных процессов.

1. Цель работы

1. Изучение процесса коагуляции и возможности его применения для очистки промышленных сточных вод от тонкодисперсной твердой или жидкой фазы (особенно коллоидных взвесей).

2. Изучение процесса электрофлотокоагуляции, устройства электрофлото коагулятора и принципа его работы при разделении гетерофазных сточных вод и хозбытовых стоков от коллоидной дисперсной фазы.

2. Описание экспериментальной установки

И ПРИНЦИПА ЕЕ РАБОТЫ

Электрофлотокоагуляционная установка в принципе по конструкции не отличается от электрофлотационной установки, изучаемой в лабораторной работе №4. Основным аппаратом является электрофлотокоагуляционная камера, у дна которой установлены электроды из растворимых металлов или их сплавов, например железа или алюминия.

Лабораторная установка для проведения электрофлотокоагуляционной очистки смазочно-охлаждающей жидкости состоит из камеры 1, электродной системы 2, блока питания 3, сливного патрубка 4 (рис. 1).

При подаче потенциала на электроды 2 анод растворяется и образующийся гидрооксид металла пузырьками водорода интенсивно перемешивается во всем объеме очищаемой жидкости. Молекулы гидрооксида металла, сталкиваясь с коллоидными частицами, способствуют их слипанию друг с другом с образованием глобул или агрегатов, которые затем пузырьками водорода флотируются в пену. Таким образом пузырьки водорода выполняют двойную функцию: перемешивание коагулянта и частиц; флотация глобул или агрегатов в пену.

Степень очистки СОЖ определяют фотометрическим методом с помощью калориметра фотоэлектрического компенсационного КФК-2.

Принцип измерения светопропускания состоит в том, что на фотоприемник поочередно направляются потоки – полный (прошедший через дистиллированную воду) и частично поглощенный после прохождения через исследуемую среду и затем определяется их отношение. Концентрацию примесей в пробах находят по градуировочному графику. Для построения градуировочного графика приготавливают серию стандартных растворов (с известным содержанием примесей). Обычно это делают, разбавляя исходную неочищенную жидкость дистиллированной водой в известной пропорции. Изменяются коэффициенты светопропускания этих растворов и строят градуировочный график. Тогда концентрацию частиц в исследуемой пробе очищаемой жидкости определяют по этому градуировочному графику с учетом измеренного коэффициента светопропускания.

3. Методика проведения исследований при электрокоагуляционном разделении смазочно-охлаждающей жидкости и обработки результатов опытов

1. Приготовить серию стандартных растворов для построения градуировочного графика. Для этого исходный раствор СОЖ разбавляют дистиллированной водой, в соотношении, указанном в таблице 1.

Таблица 1

Разбавление	1:0	1:0,1	1:0,2	1:0,4	1:0,6	1:1	1:1,4	1:2,3	1:4	1:9	1:99	1:999
Относительная концентрация, %	100	91	83	71	63	50	42	30	20	10	1	0,1
Коэффициент светопропускания, %
Чувствительность

2. Измерить на калориметре коэффициент светопропускания приготовленных растворов.

Для этого необходимо:

включить прибор тумблером, расположенным на задней стенке слева;

открыть крышку кюветного отделения 7 (рис. 2);

установить кювету с дистиллированной водой в крайнее отделение 1;

переключатель светофильтров 8 установить в положение 750 нм;

переключатель 5 установить в положение «1»;

ручку 6 перевести в положение 1 чувствительности (шкала красного цвета);

закрыть крышку кюветного отделения;

регуляторами 3 и 4 установить стрелку на число 100 шкалы коэффициента светопропускания Т;

установить кювету с исследуемым раствором в ближнее отделение 2 и закрыть крышку;

перевести ручку 6 в положение 1, переключатель чувствительности 5 в положение 1 шкалы красного цвета;

установить если необходимо стрелку на число 100;

перевести рукоятку 6 в положение 2 и снять показания прибора (если стрелка показывает меньше 10%, то переключатель чувствительности прибора перевести в положение 3);

занести в таблицу 1 показания прибора и чувствительность, на которой сняты показания;

проделать вышеперечисленные операции для всех 12 растворов таблицы 1.

3. Построить тарировочный график с учетом того, что первый диапазон чувствительности соответствует показаниям шкалы прибора, второй диапазон – показания прибора необходимо уменьшить в 3 раза, третий диапазон – показания прибора уменьшить в 9 раз.

4. Подключить электроды коагулятора к выпрямителю, соблюдая полярность.

5. Залить в камеру 650 мл эмульсии СОЖ.

6. Включить выпрямитель тумблером 5 (рис. 1).

7. Установить рукояткой 6 заданную преподавателем силу тока.

8. Отметить время начала опыта. Затем каждые две минуты отбирать пробу жидкости из емкости (полное время обработки составит 20 мин.).

9. Профильтровать полученные пробы.

10. Измерить коэффициенты светопропускания каждой пробы и результаты измерений занести в таблицу 2.

11. По тарировочному графику таблицы 1 определить относительную и истинную концентрацию растворов, соответствующих каждому времени опыта (100% относительной концентрации соответствует начальной концентрации разделяемого раствора СОЖ, которую задает преподаватель).

Таблица 2