Коагуляція - Це злипання частинок колоїдної системи при їх зіткненнях в процесі теплового руху, перемішування або спрямованого переміщення в зовнішньому силовому полі. В результаті коагуляції утворюються агрегати - більш великі (Вторинні) частки, що складаються зі скупчення дрібних (первинних). Первинні частинки в таких агрегатах з'єднані силами міжмолекулярної взаємодії безпосередньо або через прошарок навколишнього (дисперсійної) середовища. Коагуляція супроводжується прогресуючим укрупненням частинок і зменшенням їх загального числа в обсязі дисперсійного середовища (в нашому випадку - рідини). Злипання однорідних частинок називається гомокоагуляціей, а різнорідних - гетерокоагуляціей.
Рис. 1. Будова міцели
a) x> 0.03, б) x = 0;
А - Адсорбційний шар; Б-дифузійний шар; I-ядро
Виробничі стічні води в більшості випадків являють собою слабоконцентрірованние емульсії або суспензії, що містять Колоїдні частинки розміром 0,001 - 0,1 мкм, дрібнодисперсні частинки розміром 0,1 - 10 мкм, а також частки розміром 10 мкм і більше.
В процесі механічного очищення із стічних вод досить легко видаляються частинки розміром 10 мкм і більш, дрібнодисперсні і колоїдні частки практично не видаляються. Таким чином, стічні води багатьох виробництв після споруд механічного очищення являють собою агрегативно стійку систему. Для їх очищення застосовують методи коагуляції; агрегативна стійкість при цьому порушується, утворюються більш великі агрегати частинок, які видаляються з стічних вод механічними методами.
Методи коагуляції широко поширені для очищення стічних вод підприємств хімічної, нафтохімічної, нафтопереробної, целюлозно-паперової, легкої, текстильної та інших галузей промисловості. Ефективність коагуляційному очищення залежить від багатьох факторів: виду колоїдних частинок; їх концентрації і ступеня дисперсності; наявності в стічних водах електролітів і інших домішок; величини електрокінетичного потенціалу. У стічних водах можуть міститися тверді (каолін, глина, волокна, цемент, кристали солей і ін) і рідкі (нафта, нафтопродукти, смоли та ін) частинки.
Колоїдні частинки, що представляють собою сукупність великого числа молекул речовини, що міститься в стічній воді в дисперговані стані, при переміщенні міцно утримують покриває їх шар води. Володіючи великою питомою площею поверхні, колоїдні частинки адсорбують знаходяться у воді іони переважно одного знака, значно знижують вільну поверхневу енергію колоїдних частинок. Іони, що безпосередньо прилягають до ядра, утворюють шар поверхнево-ядерних іонів, або так званий адсорбційний шар. У цьому шарі може перебувати також невелике число протилежно заряджених іонів, сумарний заряд яких, однак, не компенсує заряду поверхнево-ядерних іонів. У зв'язку з тим, що на кордоні адсорбційного шару створюється електричний заряд, навколо гранули (ядра з адсорбційним шаром) утворюється дифузійний шар, в якому знаходяться інші протилежно заряджені іони, що компенсують заряд гранул. Гранула разом з дифузійним шаром називається міцели. На рис. 1 показано зміна напруженості електричного поля міцели. Потенціал на кордоні ядра - термодинамічний потенціал (x -Потенціал) - дорівнює сумі зарядів всіх поверхнево-ядерних конів. На кордоні адсорбційного шару потенціал зменшується на величину, рівну сумі зарядів знаходяться в адсорбційному шарі протилежно заряджених іонів. Потенціал на кордоні адсорбційного шару називається електрокінетичних потенціалом (x -Потенціал).
На частинки колоїдів діють дифузійні сили, і частки прагнуть рівномірно розподілятися у всьому об'ємі рідкої фази. Наявність у часток електричних зарядів одного знака викликає їх взаємне відштовхування. Одночасно між колоїдними частками є молекулярні сили взаємного тяжіння, які проявляються лише при невеликих відстанях між частинками. При зниженні електричного заряду частинок, тобто при зменшенні x-потенціалу, сили відштовхування зменшуються і стає можливим злипання частинок - процес коагуляції колоїду. Сили взаємного тяжіння між колоїдними частками починають переважати над електричними силами відштовхування при x-потенціал системи менше 0,03 В. При x-потенціал, рівному нулю, коагуляція проходить з максимальною інтенсивністю, стан колоїдної системи в цьому випадку носить назву ізоелектричного стану, а величина рН називається ізоелектричної точкою системи.
Одним з методів зниження x-потенціалу колоїдної системи є збільшення концентрації у воді електролітів. Здатність електроліту викликати коагуляцію колоїдної системи зростає із збільшенням валентності коагулююча іона, володіє зарядом, який протилежний заряду колоїдних частинок. Співвідношення коагулирующей здатності одно-, двох-і тривалентних іонів приблизно 1:30:1000.
При коагуляції пластівці утворюються спочатку за рахунок частини зважених часток і коагулянту або тільки коагулянту. Утворилися пластівці останнього сорбують речовини, що забруднюють стічні води і, осідаючи разом з ними, очищають воду.
Основним процесом коагуляційному очищення виробничих стічних вод є гетерокоагуляція - взаємодія колоїдних і дрібнодисперсних часток стічних вод з агрегатами, що утворюються при введенні в стічну воду коагулянтів.
При використанні в якості коагулянтів солей алюмінію і заліза в результаті реакції гідролізу утворюються малорозчинні у воді гідроксиди заліза та алюмінію, які сорбують на розвиненої пластівчасту поверхні зважені, дрібнодисперсні і колоїдні речовини і при сприятливих гідродинамічних умовах осідають на дно відстійника, утворюючи осад.
Утворені в процесі гідролізу сірчану і соляну кислоти слід нейтралізувати вапном або іншими лугами. Нейтралізація утворяться при гідролізі коагулянтів кислот може також протікати за рахунок лужного резерву стічної рідини.
В метою зменшення витрат коагулянтів процес коагуляції слід здійснювати в діапазоні оптимальних величин рН.
Для очищення виробничих стічних вод застосовують різні мінеральні коагулянти.
1. Солі алюмінію. Процес коагуляції солями алюмінію рекомендується проводити при значеннях рН = 4,5 Вё 8. В результаті застосування сульфату алюмінію ступінь мінералізації води збільшується. Алюмінат натрію, оксихлорид алюмінію, полихлоридов алюмінію, алюмокалієві [АlК (SO4) 2 Г— 18H2O] і квасці галун мають меншу вартість і дефіцитність, ніж сульфат алюмінію.
2. Солі заліза. Застосування процесу коагуляції оптимально при рН> 9. Гідроксид заліза - щільні, важкі, швидко осідають пластівці, що є безсумнівним перевагою його застосування.
3. Солі магнію. Хлорид магнію; сульфат магнію.
4. Вапно.
5. Шламові відходи та відпрацьовані розчини окремих виробництв. Хлорид алюмінію (Виробництво етилбензолу), сульфат двовалентного заліза (травлення металів), вапняний шлам та ін
Кількість коагулянту, необхідне для здійснення процесу коагуляції, залежить від виду коагулянту, витрат, складу, необхідного ступеня очищення стічних вод і визначається експериментально.
Утворені в результаті коагуляції опади являють собою пластівці розміром від кількох мікрометрів до декількох міліметрів. Пухка просторова структура пластівців осаду обумовлює їх високу вологість - до 96-99,9%. Щільність пластівців осаду складає зазвичай 1,01-1,03 т/м3. Для знебарвлення висококонцентрованих і інтенсивно забарвлених вод витрати коагулянтів досягають 1-4 кг/м3; обсяг осаду, що виходить в результаті коагуляції, досягає 10-20% об'єму оброблюваної стічної води. Значна витрата коагулянтів, великий обсяг получающегося осаду, складність його обробки і подальшого складування, збільшення ступеня мінералізації оброблюваних стічних вод не дозволяють в більшості випадків рекомендувати коагуляцію як метод самостійної очищення. Коагуляційний метод очищення застосовується в основному при невеликих витратах стічних вод і при наявності дешевих коагулянтів.
Розши...
