166385 (624998)
Текст из файла
Введение
Загрязнение природных вод – основных источников водоснабжения населения приобрело за последние годы, угрожающие размеры. Это особенно относится к сточным водам с фармацевтических и химических производств, попадания их в ливневые, подземные и поверхностные воды. При существующих технологиях водоподготовки с применением хлора или его производных возникает большая опасность образования в очищаемой воде хлорорганических канцерогенных соединений, что было доказано многочисленными исследованиями. Применяемые же в настоящее время в технологии водоподготовки коагулянты на основе соединений алюминия и железа не способны глубоко очищать воду от органических соединений, особенно в весенне-зимний период при низких температурах очищаемой воды. Поэтому предварительная глубокая очистка природных и сточных вод от органических соединений и микроорганизмов приобретает все более актуальное значение [1,3].
1. Теоретические основы процесса коагуляции
Сточные воды многих химических и фармацевтических производств представляют собой низкоконцентрированные эмульсии и суспензии, содержащие мелкодисперсные частицы размером 0,1–10 мкм и более, а также коллоидные частицы размером 0,001–0,1 мкм. Применяемые методы механической очистки сточных вод позволяют обычно выделять 10–50 мкм. Для очистки сточных вод от мелкодисперсных и коллоидных частиц используют методы коагуляции и флокуляции, обусловливающие слипание частиц с образованием крупных агрегатов, которые удаляются из воды механическими методами [3].
Эффективность и экономичность процессов коагуляционной очистки сточных вод определяются устойчивостью дисперсной системы, которая зависит от ряда факторов: степени дисперсности, характера поверхности частиц, величины электрокинетического потенциала, наличия в сточной воде других примесей (например, электролитов, высокомолекулярных веществ), концентрации частиц и других примесей и т.д.
Сточные воды бывают, загрязнены твердыми частицами (волокна, пластмассы, цемент, каолин, глина, каучук, фосфор, кристаллы солей и др.) или жидкими частицами (нефть, нефтепродукты, смолы). Поверхность этих частиц может быть гидрофона или гидрофильна, может иметь значительную шероховатость или быть сравнительно гладкой.
Частицы примесей обладают различной плотностью, а размеры колеблются в широких пределах. Например: плотность частиц, Диапазон размеров г /см3 частиц, мкм
Нефтепродукты…. …………………. 0,8–1,1 от 0,01–0,1
Полистирол…….……………………. 1,02 0,06–0,6
Фосфор………………………………. 1,8 1,6–5,4
Каолин………….……………………. 2,4 0,5–5,0
Чаще всего концентрация мелкодисперсной и коллоидной фазы в сточных водах относительно невелика (0,2–1%), поэтому сточные воды, как правило, могут быть отнесены к свободнодисперсным коллоидным системам. Присутствующие обычно в сточных водах органические вещества, электролиты поверхностно-активные вещества существенно влияют на устойчивость дисперсных систем, а также на процессы их коагуляции.
Существует несколько способов коагуляции дисперсных систем (сточных вод), целесообразность применения: которых обусловливается действующими факторами устойчивости систем, а также экономическими соображениями. Особенностью коагуляционной очистки сточных вод является необходимость применений коагулянтов, не вызывающих вторичного загрязнения воды.
К основным методам коагуляционной очистки относятся: коагуляция электролитами, гетерокоагуляция, в том числе взаимная коагуляция коллоидов, а также коагуляция под действием физических или химических факторов (перемешивания, нагревание, замораживание и др.).
Следует отметить, что гетерокоагуляция – взаимодействие коллоидных и мелкодисперсных частиц с агрегатами, образующимися при введении коагулянтов (солей – алюминия, железа и т.п.) в воду, является основным процессом коагуляционной очистки сточных вод [2,3].
1.1 Гетерокоагуляционная очистка
Обработка воды минеральными коагулянтами-солями алюминия и железа – впервые применена на рубеже ХIХ–ХХ вв. С тех пор этот метод, с успехом используют для очистки природных и сточных вод и, несмотря на то, что предложены и другие коагулянты, например, солей магния и кальция, ему отдают предпочтение.
При введении в воду солей алюминия и железа в результате реакций гидролиза образуются малорастворимые в воде гидроксиды железа и алюминия:
Рис. 1 Содержание соединений алюминия в осадках при различных рН воды
Образующиеся в процессе гидролиза серная или соляная кислоты должны быть нейтрализованы, иначе равновесие реакции будет сдвинуто влево данные исследований указывают, что при обработке воды сульфатом алюминия помимо гидроксида алюминия образуются соединения.
По другим данным, в результате реакции между ионами алюминия (или железа), молекулами воды и гидроксильными группами в растворе образуются следующие гидроксиды алюминия (или железа):
А) катионного типа – АL2, (ОН)4+2, АL2(ОН)+5, АL4(ОН)4+8, АL6(ОН)3+15, AL7(OH)4+17, AL8(OH)4+20, AL13(OH)5+34, Fe(OH)+2, Fe2(OH)4+2 и Fe(OH)2+;
Б) анионного типа – AL(OH)-4 и Fe(H2O)2(OH)-4;
В) неионогенного типа – AL(OH)3 и Fe(OH)3
Существовавшие ранее представления о коагуляционной очистке воды как процессе взаимной коагуляции коллоидных примесей с противоположно заряженными золями гидроксидов металлов как об электролитической коагуляции не соответствовали наблюдаемым явлениям. В связи с этим было развито представление сорбционном механизме удаления коллоидных примесей из воды на развитой поверхности коагуляционных гелей гидроксидов металлов. Очевидно, что процессы сорбции примесей на хлопьях коагулянта происходят[3].
При введении в воду неорганических коагулянтов (солей алюминия, железа, и др.) происходит, как указывалось, снижение агрегатной устойчивости системы под действием электролита (введенной соли), сорбция ионов на поверхности частиц и образование в результате химической реакции нового малорастворимого соединения, концентрация которого в воде значительно выше его растворимости. Выделение твердой фазы коагулятора из пересыщенного раствора (кристаллизация) [2,3].
1.2 Влияние различных факторов на процессы гетерокоагуляционной очистки
На скорость эффективность процесса очистки сточных вод гетерокоагуляцией оказывают влияние многие факторы: количество и состав растворенных в воде примесей, концентрация коллоидных примесей, температура, перемешивание, магнитные и электрические поля и др.
Растворенные в воде примеси. Механизм влияния примесей сточных вод на кинетику кристаллизации коагулянта многообразен. Он может быть обусловлен процессами комплексообразования, сорбции, химического взаимодействия и т.д.
Неорганические вещества. По характеру своего влияния кристаллизацию коагулянта примеси могут быть разделены, на группы:
а) неорганические вещества, имеющие общий ион с кристаллизующимся коагулянтом;
б) неорганические вещества, не имеющие общего иона с кристаллизующимся коагулянтом
В первом случае примеси ускоряют процесс кристаллизации коагулянта. По степени влияния на процесс коагуляции анионы могут быть расположены в ряд [137, с. 39]: СI-< НСО-3< SО2-4. В присутствии этих примесей сокращается продолжительность инкубационного периода.
Во втором случае при концентрации солей (например, NaС1 или КС1) более скорость кристаллизации коагулянта уменьшается.
Органические вещества. Органические вещества, адсорбируясь на растущих кристаллах коагулянта, образуют пленки, тормозящие: рост кристаллов. Это приводит, к повышению дисперсности кристаллов. Значительное содержание органических веществ в сточных водах может быть причиной, затрудняющей применение метода коагуляции
Небольшое количество органических примесей в сточных водах может вызывать ускорение процесса старения гидроксида алюминия [6].
Проведенные исследования показали, что полиакриламид в количествах, применяемых для флокуляции взвешенных в воде примесей, не оказывает заметного влияния на процесс выведения гидроксида алюминия. Действие поверхностно-активных веществ на стадии образования новой фазы сводится к снижению вероятности образования зародышей новой фазы и скорости их роста. Это обусловливает резкое повышение дисперсности кристаллов и является причиной высокой емкости адсорбционного слоя – предельной величины адсорбционного слоя предельной величины адсорбции.
С возникновением концентрации коллоидных и мелкодисперсных примесей в воде увеличивается скорость коагуляции. Доза коагулята зависит от концентрации и степени дисперсности.
При невысоком содержании мелкодисперсных и коллоидных примесей в воде процесс коагуляции часто протекает неудовлетворительно. Образующиеся мелкие хлопья выносятся из отстойников вместе с водой. Происходит это вследствие недостаточного количества центров кристаллизации коагулянта и спонтанного зародышеобразования в объеме для уменьшения в объеме. Для уменьшения коагулянта повышения эффективности очистки в очищаемую воду добавляют небольшие количества тонкодисперсных порошков – магнезита, мела и т.п. Частицы порошков частицами примесей воды, служат центрами зародышеобразования при кристаллизации коагулянта. В результате коагуляции получаются крупные хлопья, хорошо отделяющиеся от воды. С этой же используют метод рециркуляции осадка.
По этому методу часть осадка полученного в результате коагуляционной очистки воды, смешивается с исходной водой, поступающей на очистку [5,6].
Температура. С ростом температуры увеличивается интенсивность броуновского движения, а, следовательно, и вероятность столкновения частиц, возрастает скорость кристаллизации коагулянта и уменьшается продолжительность инкубационного периода.
При невысоких температурах образуются мелкие медленно оседающие хлопья, увеличиваются необходимые дозы коагулянтов и снижается эффективность очистки воды.
Перемешивание. С увеличением интенсивности перемешивания возрастает вероятность столкновения частиц, повышается скорость кристаллизации коагулянта, уменьшается продолжительность инкубационного периода. Однако существует некоторая скорость перемешивания, выше которой продолжительность инкубационного периода не изменяется. Перемешивание способствует увеличению скорости роста кристаллов, которая зависит от условий диффузии.
Образующиеся в процессе коагуляционной очистки воды аморфные и мелкокристаллические структуры формируются в крупные хлопьевидные агрегаты. Механическое перемешивание этих агрегатов приводит к их разрушению. Однако тиксотропность частиц обусловливает восстановление разрушенных связей. Тем не менее, интенсивное перемешивание приводит к необратимым процессам, обусловливающим ухудшения агрегации частиц.
Таким образом, перешивание оказывает влияние на всех стадиях коагуляционной очистки сточных вод.
Другие факторы. На процессы коагуляционной очистки сточных вод значительное влияние. Могут оказывать электрические и магнитные поля, ультразвуковые колебания и др. Так, наложение электрического и магнитного полей может, приводит к снижению устойчивости дисперсной системы. Ультразвуковые колебания также при определенных условиях могут обусловливать снижение устойчивости дисперсных систем и особенно устранение адсорбционно-сольватного и структурно-механических факторов стабилизации эмульсий типа масло – вода.
Электрические и магнитные поля, а также ультразвуковые колебания обычно оказывают ускоряющее действие на процессы кристаллизации. По-видимому, следует ожидать их положительного действия на процессы коагуляционной очистки сточных вод. Влияние электрических полей на коагуляцию показано ниже [7].
2. Минеральные коагулянты, применяемые для очистки сточных вод
Для очистки сточных вод применяют различные минеральные коагулянты, аморфные или мелкокристаллические структуры, малорастворимые в воде. Наиболее широкое распространение получили соединения алюминия, железа, магния и кальция.
Характеристика минеральных коагуляторов приведена в таблице 1.
Таблица 1. Характеристика растворимости в воде минеральных коагулянтов
| Вещества, добавляемые в воду | Коагулятор | Произведение растворимости коагулятора при 250С | Растворимость коагулятора в 100 мл при 250С |
| AI2SO4* 18H2O NaAIO2 Fe2(SO4)3 FeSO4 Ca(OH)2+CO2 Ca(OH)2+Na3PO4 MgCI2+Ca(OH)2 *При 200С | AI(OH)3 AI(OH)3 Fe(OH)3 Fe(OH)2 CaCO3 Ca3(PO4)2 Mg(OH)2 | 1.9*10-33 1.9*10-33 4*10-38 4.8*10-16 4.8*10-9 3.8*10-29 5*10-12 | 2.26*10-8 2.26*10-8 2.13*10-9 4.4*10-5 1.4*10-3 2.5*10-5* 9*10-4* |
2.1 Соли алюминия
Сульфат алюминия получил широкое распространение в России и за рубежом для очистки природных и сточных вод. Плотность А12(S04)3*18NаOH – 1,62 г/см3, насыпная масса 1,05–1,1 т/м3, растворимость в воде при 20°С 362 г/л. Гидроксид алюминия, образующийся при гидролизе солей алюминия, является типичным амфотерным соединением. В кислой и щелочной среде Гидроксид алюминия растворяется:
Характеристики
Тип файла документ
Документы такого типа открываются такими программами, как Microsoft Office Word на компьютерах Windows, Apple Pages на компьютерах Mac, Open Office - бесплатная альтернатива на различных платформах, в том числе Linux. Наиболее простым и современным решением будут Google документы, так как открываются онлайн без скачивания прямо в браузере на любой платформе. Существуют российские качественные аналоги, например от Яндекса.
Будьте внимательны на мобильных устройствах, так как там используются упрощённый функционал даже в официальном приложении от Microsoft, поэтому для просмотра скачивайте PDF-версию. А если нужно редактировать файл, то используйте оригинальный файл.
Файлы такого типа обычно разбиты на страницы, а текст может быть форматированным (жирный, курсив, выбор шрифта, таблицы и т.п.), а также в него можно добавлять изображения. Формат идеально подходит для рефератов, докладов и РПЗ курсовых проектов, которые необходимо распечатать. Кстати перед печатью также сохраняйте файл в PDF, так как принтер может начудить со шрифтами.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
