3. Методы очистки сточных вод коагуляцией, флокуляцией и флотацией.

Коагуляция. Это процесс укрупнения дисперсных частиц в результате их взаимодействия и объединения в агрегаты. Применяют для ускорения процесса осаждения тонкодисперсных примесей и эмульгированных веществ. Эффективна для удаления коллоидно-дисперсных частиц, т. е. частиц размером 1-100 мкм. Может происходить самопроизвольно или под влиянием хим. и физ. процессов. В процессах очистки СВ коагуляцией происходит под влиянием веществ – коагулянтов(соли алюминия, железа или их смеси). Выбор зависит от его состава, физ.-хим. свойств и стоимости, концентрации примесей в воде, от рН и солевого состава воды. Коагулянты в воде образуют хлопья гидроксидов металлов, которые быстро оседают под действием силы тяжести. Хлопья обладают способностью улавливать коллоидные и взвешенные частицы и агрегировать их. Так как коллоидные частицы имеют слабый отрицательный заряд, а хлопья коагулянтов слабый положительный заряд, то между ними возникает взаимное притяжение.

Процесс гидролиза коагулянтов и образования хлопьев происходит по следующим стадиям: :;Конечная стадия Каогулянты;сульфат алюминия Al₂(SO₄)₃∙18Н₂0; алюминат натрия NaAlO₂; гидроксохлорид алюминия Аl₂(ОН)₅С1; тетраоксосульфаты алюминия-калия и алюминия-аммония [квасцы – алюмокалиевые KA1(SO₄)₂∙12H₂O и аммиачные NН₄А1(SО₄)₂∙12Н₂О]. Основной сульфат алюминия эффективен в интервале значений рH=5-7,5. Он хорошо растворим в воде и имеет низкую стоимость. Его применяют в сухом или в виде 50%-го раствора. Алюминат натрия применяют в сухом или в виде 45%-го раствора. Он является щелочным реагентом, при рН=9,3-9,8 образует осаждающиеся хлопья. Для нейтрализации избыточной щелочности можно использовать кислоты или дымовые газы. Из солей железа в качестве коагулянтов используют сульфаты железа Fe₂(SO₄)₃∙2H₂O, Fe(SO₄)₃∙3H₂O и FeSO₄∙7H₂O, а также хлорное железо FeCl. Наибольшее осветление происходит при использовании солей трехвалентного железа. Хлорное железо применяют в сухом виде или в виде 10- 15%-х растворов. Сульфаты используют в виде порошков. Доза коагулянта зависит от рН сточных вод. Для Fe³+ рН равен 6-9, а для Fe²+ рН 9,5 в выше. При использовании смесей Al₂(SO)₄ и FeCl₃ в соотношениях от 1:1 до 1:2 достигается лучший результат коагулирования, чем при раздельном использовании реагентов. Флокуляция. Это процесс агрегации взвешенных частиц при добавлении в сточную воду высокомолекулярных соединений, называемых флокулянтами. В отличие от коагуляции при фл-ции агрегация происходит не только при непосредственном контакте частиц, но и в результате взаимодействия молекул адсорбированного на частицах фло-нта. Фл-цию проводят для интенсификации процесса образования хлопьев гидроксидов алюминия и железа с целью повышения скорости их осаждения. Использование фло-нтов позволяет снизить дозы коагулянтов, уменьшить продолжительность процесса коагуляции и повысить скорость осаждения образующихся хлопьев.

Для очистки сточных вод используют природные (крахмал, эфиры, целлюлозы и активный диоксид кремния) и синтетические (полиакриламид) фло-нты. При выборе состава и дозы флокулянта учитывают свойства его макромолекул и природу диспергированных частиц. Процесс очистки сточных вод коагуляцией и флокуляцией состоит из следующих стадий: дозирование и смешение реагентов со сточной водой; хлопьеобразование и осаждение хлопьев (рис. 1–емкость для приготовления растворов;2 –дозатор;3–смеситель;4 –камера осаждения). Для смешения коагулянтов с водой применяют гидравлические (изменения направления движения и скорости потока воды) и механические (мешалкой) смесители. Флотацию применяют для удаления из СВ нерастворимых диспергированных примесей, которые самопроизвольно плохо отстаиваются, а так же растворенных веществ, например ПАВ. Процесс называют пенной сепарацией Достоинствами флотации: непрерывность процесса, широкий диапазон применения, небольшие капитальные и эксплуатационные затраты, простая аппаратура, селективность выделения примесей, по сравнению с отстаиванием большая скорость процесса, а также возможность получения шлама более низкой влажности (90—95%), высокая степень очистки (95—98%), возможность рекуперации удаляемых веществ. Флотация сопровождается аэрацией сточных вод, снижением концентрации ПАВ и легкоокисляемых веществ, бактерий и микроорганизмов. Элементарный акт флотации: при сближении подымающегося в воде пузырька воздуха с твердой гидрофобной частицей разделяющая их прослойка воды при некоторой критической толщине прорывается и происходит слипание пузырька с частицей. Затем комплекс пузырек – частица подымается на поверхность воды, где пузырьки собираются и возникает пенный слой с более высокой концентрацией частиц, чем в исходной сточной воде. Флотация с выделением воздуха из раствора. Применяют для очистки СВ, которые содержат очень мелкие частицы загрязнений. Сущность способа заключается в создании пересыщенного раствора воздуха в сточной жидкости. При уменьшении давления из раствора выделяются пузырьки воздуха, которые флотируют загрязнения. В зависимости от способа создания пересыщенного раствора воздуха в воде различают вакуумную, напорную и эрлифтную флотацию.

Привакуумной флотации сточную воду предварительно насыщают воздухом при атмосферном давлении в аэрационной камере, а затем направляют во флотационную камеру. Выделяющиеся в камере мельчайшие пузырьки выносят часть загрязнений. Напорные установки Напорная флотация позволяет очищать сточные воды с концентрацией взвесей до 4-5 г/л. Добавляют коагулянты. Процесс осуществляется в две стадии:1) насыщение воды О₂ подавлением; 2) выделение растворенного газа под атмосферным давлением.(Рис 1–емкость;2–насос;3–напорный бак;4–флотатор)

Эрлифтные установки применяют для очистки сточных вод в химической промышленности. Они просты по устройству, затраты энергии на проведение процесса в них в 2-4 раза меньше, чем в напорных установках. Недостаток этих установок – необходимость размещения флотационных камер на большой высоте. Сточная вода из емкости, находящейся на высоте 20-30 м, поступает в аэратор. Туда же подают сжатый воздух, который растворяется под повышенным давлением. Поднимаясь по эрлифтному трубопроводу, жидкость обогащается пузырьками воздуха, который выделяется во флотаторе. Образующаяся пена с частицами удаляется самотеком или скребком. Осветленную воду направляют на дальнейпую очистку.

Флотация при помощи пористых пластин. При пропускании воздуха через пористые керамические пластины или колпачки получаются мелкие пузырьки.

Этот способ флотации по сравнению с другими имеет следующие преимущества: простота конструкции флотационной камеры; меньшие затраты энергии (отсутствуют насосы, импеллеры). Недостатки способа: частое засорение и зарастание отверстий пористого материала; трудность подбора материала с одинаковыми отверстиями, обеспечивающего образование мелких и равных по размеру пузырьков.

Эффект флотации зависит от величины отверстий материала, давления воздуха, расхода воздуха, продолжительности флотации, уровня воды во флотаторе.