Коагулирование примесей воды. Агрегативная устойчивости тонкодисперсных и коллоидных частиц. Коагулирование в свободном объеме и контактная коагуляция

Коагулирование – комплекс мероприятий, обеспечивающих коагуляцию. Коагуляция – процесс укрупнения тонкодисперсных и коллоидных примесей в результате взаимного слипания частиц примесей под действием сил межмолекулярного притяжения и объединение этих частиц примесей в агрегаты, завершается коагуляция отделением агрегатов от жидкой фазы (воды). Коагуляция бывает:

1. В свободном объеме(конвективная коагуляция). Агломерация происходит из-за соударения частиц. Влияние оказывают: температура(с понижением падает эффективность коагуляции, т.к. повышается вязкость воды, снижается частота соударений коллоидных загрязнений), перемешивание (равномерное перемешивание повышает эффективность коагуляции из-за увеличения числа столкновений молекул, но сильное перемешивание рушит хлопья).

2. Контактная. Контактная коагуляция — технологический процесс освет­ления и обесцвечивания воды, заключающийся в адсорбции ее примесей с нарушенной агрегативной устойчивостью на поверх­ности частиц контактной массы. Идет при условии движения жидкости, ког­да мелкие частицы примесей воды сближаются с зернами фильтрующей загрузки, преодолев при этом электростатичес­кие силы отталкивания.

Частицы примесей воды имеют микро- и ультрамикроскопические раз­меры, а частицы контактной среды — макроскопические. При­липание агрегативно неустойчивых примесей воды к поверхно­сти частиц контактной массы является частным случаем коагу­ляции, носящим название адагуляция. Характерной особенно­стью этого процесса является большая скорость в сочетании с высоким эффектом при меньших затратах коагулянта. Интен­сивность прилипания мелких примесей к относительно круп­ным зернам загрузки намного превышает скорость агломера­ции между собой отдельных мелких частиц в свободном объ­еме жидкости.

При фильтровании воды, обработанной коагулянтом, через песок с размером зерен 0,5 мм ее осветление происходит за 5— 10 с. Подобная глубина осветления воды при конвективной коа­гуляции частиц с образованием хлопьев достигается за 20— 40 мин. Контактная коагуляция отличается не только высокой скоростью процесса, но и большой полнотой извлечения из во­ды ее примесей, что позволяет при обработке маломутных цветных вод ограничиваться только одним методом ее кондиционирования. При коагулировании примесей воды в объеме образующиеся хлопья требуют последующего их выделения тем или иным методом.

Практика показала, что эффект контактной коагуляции по­вышается по мере сокращения интервала между вводом коагу­лянта в обрабатываемую воду и ее поступлением в слой кон­тактной массы. За этот короткий промежуток времени в обра­батываемой воде успевают образоваться микроагрегаты слип­шихся первичных частиц. Далее коагуляция идет за счет когезии этих микроагрегатов на макроповерхности частиц контакт­ной массы.

Другими особенностями контактной коагуляции является независимость процесса от щелочности и температуры воды, меньшее влияние рН и др.

Водоочистные сооружения, работа которых основана на принципе контактной коагуляции, называют контактными ос­ветлителями, контактными фильтрами, осветлителями со слоем взвешенного осадка(слой осадка – осадок скоагулированной примеси).

Второй фазы коагуляции при контактной коагуляции нет. Это снижает время коагуляции. Преимещуства контактной коагуляции:

1. Малое время коагуляции.

2. Небольшая зависимость от щелочности, температуры воды и наличия грубодисперсных примесей.

3. Меньшие дозы коагулянтов.

Примеси, обуславливающие мутность и цветность воды образуют агрегативно-устойчивые системы, т.к. в большинстве случаев все примеси имеют заряд одного знака (примеси природных вод знак минус: кремниевая кислота, глинистые и почвенные частички(гидроалюмосиликаты), гумусовые вещества). Для удаления примесей надо нарушить их агрегативную устойчивость, значит удалить заряд. Для этого добавляют соли алюминия и железа. Коагулянты: Al₂(SO₄)₃ – сернокислый алюминий; оксихлорид алюминия – Al₂(OH)₅Cl, хлорид алюминия – AlCl₃, алюминат натрия – AlNaO₂. Железосодержащие коагулянты у нас распространены меньше, но применяют: FeCl₃; FeSO₄; Fe₂(SO₄)₃.

Коагуляция протекает в 3 фазы.

1. При введении в воду коагулянтов часть катионов Al или Fe адсорбируется на частицах примесей, при этом снижается заряд на примеси, т.е. агрегативная устойчивость нарушается.

2. Избыток коагулянта гидрализуется с образованием нерастворимых соединений Al и Fe, чаще всего это гидроксиды Al и Fe. Коллойды гидроксида алюминия адсорбируют примеси с нарушенной агрегативной устойчивостью, у этих коллоидов большая удельная поверхность. Первые две фазы идут почти одновременно.

3. Образуются хлопья скоаулированных загрязнений и гидроксидов, которые удаляются из воды при дальнейшем отстаивании или фильтровании.

(1)

При гидролизе выделяются ионы водорода, когда их накапливается большое кол-во процесс гидролиза и коагуляции тормозятся. Когда это происходит, гидролиз введенного коагулянта завершен не полностью, при этом ухудшается качество воды, часть коллойдных примесей не удаляется. Часть коагулянта не растворяется в воде и в воде остаются ионы Al или Fe. Содержание алюминия и железа в воде по санпин: содержание Al = 0,5мг/л, Fe = 0,3мг/л.

В благоприятных условиях ионы водорода связываются бикарбонатными ионами, которые присутствуют в природных водах.

(2)

Т.е. на процесс гидролиза влияет щелочность воды. Если щелочность недостаточная, то воду подщелачивают известью или содой.

(3)

Основная задача технологов при обработке природных вод: обеспечить оптимальные условия для коагуляции, чтоб получить максимальный эффект удаления тонкодисперсных и коллоидных загрязнений при минимальной концентрации алюминия и железа в воде.

Поиск по сайту: