Коагуляція і флокуляція забруднень

Коагуляція - це процес укрупнення дисперсних часток у результаті їх взаємодії і об'єднання в агрегати. В очищенні стічних вод її застосовують для прискорення процесу осадження тонкодисперсних домішок і емульсованих речовин.

В процесі очищення стічних вод коагуляція відбувається під впливом додавання до них спеціальних речовин - коагулянтів. Коагулянти у воді утворюють пластівці гідроксидів металів, які швидко осідають під дією сили тяжіння. Пластівці володіють здатністю вловлювати колоїдні і зважені частки і агрегувати їх. Так як колоїдні частки мають слабкий негативний заряд, а пластівці коагулянтів - слабкий позитивний заряд, то між ними виникає взаємне тяжіння.

Для початку коагуляції частки повинні наблизитися одна до одної на відстань, при якій між ними діють сили тяжіння і хімічна спорідненість. Зближення часток відбувається у результаті броунівського руху, а також при ламінарному або турбулентному русі потоку води.

У якості коагулянтів використовують бентоніт, поліакриламід, електроліти, розчинні у воді солі алюмінію Al₂(SO₄)₃, солі заліза FeCl₃ або їх суміші, які підлягають гідролізу, утворюють пухкі гідрати оксидів металів. Вибір коагулянту залежить від його складу, фізико-хімічних властивостей і вартості, концентрації домішок у воді, рН і сольового складу води.

При використанні сумішей сульфату алюмінію Al₂(SO₄)₃ та хлорного заліза FeCl₃ у співвідношеннях 1:1-2 досягається ефективніший результат коагулювання, ніж при роздільному використанні реагентів. Для оброблення стічних вод також можуть бути використані різні глини, відходи виробництва, що містять алюміній, травильні розчини, пасти, суміші, шлаки, що містять двоокис кремнію.

Швидкість коагуляції залежить від концентрації електроліту (рис.

При низьких концентраціях електроліту ефективність зіткнення часток, тобто

відношення кількості зіткнень, що

закінчуються злипанням, до загальної

кількості зіткнень, наближається до нуля (ψ=0). Зі зростанням концентрації швидкість коагуляції підвищується, але не всі зіткнення закінчуються злипанням часток - таку коагуляцію називають повільною. При ψ=1 відбувається швидка коагуляція, при якій всі зіткнення часток закінчуються утворенням агрегатів.

Швидкість процесу швидкої коагуляції для нерухомого середовища при броунівському русі часток згідно теорії Смолуховського дорівнює

Кількість часток в одиниці об'єму води за час τ для швидкої і повільної коагуляції визначається за формулами

Рисунок 3.4 - Залежність відносної швидкості коагуляції від концентрації електроліту

де k - константа коагуляції; n_x - кількість агрегатів часток; n₀ - початкова концентрація часток; P½ - час коагуляції, протягом якого кількість часток в одиниці об'єму зменшується вдвічі; ψ - коефіцієнт ефективності зіткнень часток.

У полідисперсних системах коагуляція відбувається швидше, ніж у монодисперсних, оскільки великі частки при осіданні захоплюють за собою більш дрібні. Форма часток також впливає на швидкість коагуляції. Наприклад, подовжені частки коагулюють швидше, ніж шароподібні. Розмір пластівців (у межах 0,5-3,0 мм) визначається співвідношенням між молекулярними силами, що утримують частки разом, і гідродинамічними силами відриву, що прагнуть зруйнувати агрегати. Крім коагулянтів до рідини, що підлягає освітленню, додають незначні кількості флокулянтів, що сприяють злипанню агрегативно нестійких твердих часток.

Флокуляція - процес агрегації зважених часток при додаванні у стічну воду високомолекулярних сполук, що називаються флокулянтами.

На відміну від коагуляції при флокуляції агрегація відбувається не лише при безпосередньому контакті часток, але і у результаті взаємодії молекул адсорбованого на частках флокулянта. Використання флокулянтів дозволяє знизити дози коагулянтів, зменшити тривалість процесу коагуляції і підвищити швидкість осадження утворюваних пластівців. Для очищення стічних вод використовують природні і синтетичні флокулянти. До природних флокулянтів належать крохмаль, ефіри, целюлоза та ін. Активний двоокис кремнію (xSiO2.yH2O) є найбільш поширеним неорганічним флокулянтом.

Механізм дії флокулянтів оснований на явищі адсорбції молекул реагенту на поверхні колоїдних часток, утворенні сітчастої структури молекул реагенту, на злипанні колоїдних часток за рахунок сил Ван-дер-Ваальса. Під дією флокулянтів між колоїдними частками утворюються тривимірні структури, здатні до більш швидкого і повного відділення від рідкої фази. Ефективність будь-якого флокулянту розраховують за формулою

де wψ і w₀ - швидкість осадження зфлокульованого і незфлокульованого шламу, мм/с; q - витрата флокулянту на 1 т твердої речовини, г.

Процес очищення стічних вод коагуляцією і флокуляцією складається з наступних стадій (рис. 3.5): дозування; змішування реагентів зі стічною водою; утворення пластівців;осадження пластівців.

Для змішування коагулянтів з водою застосовують гідравлічні та механічні змішувачі. У гідравлічних змішувачах змішування відбувається внаслідок зміни напряму руху і швидкості потоку води. У механічних змішувачах процес перемішування повинен бути рівномірним і повільним, щоб частки при зближенні утворювали пластівці, що не руйнуються при обертанні змішувача. Утворення пластівців у камерах відбувається протягом 10-30 хв.

1 - ємність для приготування розчину; 2 - дозатор; 3 - змішувач; 4 - камера утворення пластівців; 5 - відстійник, флотатор

Рисунок 3.5 - Схема установки реагентного оброблення стічних вод

1.2.1