ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Применение коагулянтов и флокулянтов из "Курс коллоидной химии 1984" Природные воды, подлежащие очистке для питьевого водоснабжения, содержат дисперсные частицы микронного и субмикрон-ного размера (преимущественно 0,1 — 10 мкм), электрокинетический потенциал которых составляет обычно десятки милливольт, а также органические и макромолекулярные примеси биологического происхождения. В последние десятилетия в связи с бурным развитием промышленности и применением удобрений и инсектицидов в сельском хозяйстве уровень загрязнений воды, поступающей на очистные сооружения, резко возрастает. [c.340] Сложность состава загрязнений воды и его изменчивость в широких пределах в различных источниках воды затрудняет теоретическое обоснование подбора коагулянтов для водоочистки, так что сегодняшняя практика коагулирования основана преимущественно на эмпирических исследованиях. [c.340] Коагулирование загрязнений воды производится добавлением к ней минеральных солей с гидролизующимися катионами или анодным растворением металлов. Чаще всего используют соли А1 или Ре [в частности, сульфат алюминия и хлорное железо (П1)]. [c.340] Своеобразие коагулирования многовалентными ионами связано с процессом гидролиза. Во-первых, в результате конденсации простых продуктов гидролиза возникают полиядерные гидроксидные соединения, которые обладают гораздо более сильной коагулирующей способностью, чем катионы А1 +, Ре +. Во-вторых, для катионов А13+ и Ре + характерно образование соединений не только с ионами гидроксила, но и с ионизованными группами гидрофильных органических веществ фосфатными, сульфатными, карбоксильными и др. В-третьих, предполагается, что с ростом pH среды от 4 до 7 увеличивается степень полимеризации гидроксокомплексов, и поэтому полиядерные формы соединений алюминия можно рассматривать как промежуточное звено между простыми ионами и полиэлектролитами. Отсюда следует, что отрицательно заряженные органические примеси могут связываться с продуктами гидролиза многовалентных ионов, и в этом состоит механизм снижения цветности. Кроме того, некоторые исследователи допускают существование флокуляции, вызванной полимерными комплексами (полиэлектролитами), наподобие флокуляции высокомолекулярными соединениями. В-четвертых, при pH = 5—7,5 преобладают нерастворимые продукты гидролиза, прежде всего золь А1(0Н)з, а содержание растворимых форм ничтожно. Исследования гидроокиси алюминия показали, что первоначально образуются аморфные шарики размером 0,2 мкм, переход которых в кристаллическую форму протекает крайне медленно но возможен дальнейший рост частиц, которые при pH = 4—8 имеют в основном размер 2 мкм при pH = 8,5—9,3 преобладают частицы с размером 0,01—0,05 мкм. Золи гидроокисей алюминия и железа в дальнейшем превращаются в микрохлопья. В гелях Ре(ОН)з первичные частицы имеют размер 10—30 мкм. [c.341] Положительно заряженные микрохлопья гидроокисей А1 и Ре объединяются с отрицательно заряженными загрязнениями воды. Последующее формирование из микрохлопьев крупных, быстро седиментирующих хлопьев и приводит к водоочистке. Если учесть, что частицы гидроокиси заряжены положительно, а частицы загрязнений— отрицательно, то суммирование электростатической отрицательной компоненты расклинивающего давления с молекулярной составляющей приводит к значительно больщей глубине ямы, чем в случае одноименно заряженных загрязнений. Таким образом, механизм, которому обычно приписывают наибольшее значение в водоочистке, фактически должен описываться на основе теории ДЛФО как гетерокоагуляция. [c.341] Особенности структурообразования золей гидроокисей А1 и Ре, проявляющиеся в формировании крупных хлопьев, способствуют и достаточно быстрой коагуляции. Поглощение частиц загрязнений крупными хлопьями протекает значительно быстрее, чем без последних. Этому способствует режим перемешивания, приводящий к так называемой градиентной коагуляции, скорость которой пропорциональна кубу размеров хлопьев и градиенту скорости течения. [c.341] Центробежное поле не применяют в сочетании с коагулированием, так как при характерных для этих методов высоких градиентах скорости агрегаты разрушаются. Для отделения хлопьев применяют процессы, протекающие при малых скоростях потока в отстойниках, тонкослойных отстойниках используют осветление во взвешенном слое осадков, а также медленные и скорые фильтры. [c.342] В тонкослойных отстойниках агрегированная суспензия движется в тонком слое между наклонными пластинами. Осадок, формирующийся на наклонных пластинах, непрерывно удаляется, сползая под действием силы тяжести. При фильтровании через зернистую загрузку седиментация агрегированных загрязнений и их последующее прилипание протекает полнее, однако формирующийся на зернах осадок не увлекается течением жидкости, как в тонкослойных отстойниках. Преимущества фильтрования состоят в том, что процесс выделения взвеси протекает быстро, требует меньших доз коагулянта, возможен при малой мутности взвеси. Эти преимущества связаны с тем, что достаточно только дестабилизировать частицы загрязнений, так как значительная поверхность для контактной коагуляции обеспечена самой загрузкой (порошковой мембраной). [c.342] При очень малых скоростях фильтрования загрязнения успевают осесть при прохождении малого пути в глубь фильтра ( 1 см). Так как при этом и гидравлический напор невелик, он оказывается недостаточным для разрушения осадка, полностью перекрывающего поры фильтра в его начальном тонком слое. В дальнейшем вода протекает через этот слой, а частицы задерживаются на нем, так что осадок растет в направлении, встречном потоку. [c.342] Фактически после перекрытия пор осадком в режиме медленного фильтрования реализуется точно такой же режим очистки, что и при микрофильтрации. Это и явилось причиной причисления медленного фильтрования к механическим методам очистки. [c.342] В процессе водоочистки постепенно расширяется применение флокулянтов (см. раздел ХП1. 6). [c.342] Флокуляция, как правило, процесс необратимый здесь невозможно путем уменьшения содержания в растворе реагента, как в случае электролитной коагуляции (ем. ниже), добиться пептизации (дезагрегации) осадка. Благодаря этим особенностям, а также высокой эффективности (часто добавка флокулянта в количестве меньше 0,01 % от массы твердой фазы вызывает суш,ествен-ное снижение устойчивости) и относительной дешевизне, флоку-лянты широко используют для ускорения седиментации, концентрирования и обезвоживания промышленных суспензий (например, при получении алюминия из бокситов, концентрировании медных, свинцовых, никелевых руд после флотации), очистки природных и сточных вод от дисперсных примесей, улучшения фильтрационных характеристик осадка, структуры почв и их механических свойств (при строительстве аэродромов, укреплении стен буровых скважин и др.). [c.343] Флокуляция часто очень эффективна при добавлении к дисперсиям смесей полиэлектролита и электролита, содержащего многозарядные ионы, способные образовывать химические соединения с функциональными группами ВМС. В этом случае возможно образование сложных агрегатов, например, типа частица — макроион — многозарядный ион — макроион — частица . [c.343] Веским доводом в пользу мостичного механизма флокуляции служат наблюдения, согласно которым максимальная флокуляция золя Agi добавками поливинилового спирта и золей Au и Agi добавками полиэтиленоксидов наступает, если коллоидный раствор с покрытыми полимером частицами равен по объему исходному золю. Иначе говоря, устойчивость минимальна при равном числе полимерсодержащих и голых частиц, так как в этом случае обеспечивается приведенное в гл. XIII условие 0 0,5. [c.343] При добавлении к коллоидному раствору полиэлектролитов, заряд которых противоположен заряду частиц, следует учитывать и другой возможный механизм нарушения устойчивости — снижение фгпотенциала частиц (аналогично нейтрализационной коагуляции многозарядными противоионами). [c.343] В реальных процессах флокуляции полиэлектролитами, вероятно, возможны оба механизма в случае высокомолекулярных слабозаряженных полимеров превалирует мостичное связывание, тогда как для сильно заряженных полиэлектролитов с не очень высокой массой большую роль играет электрический фактор дестабилизации. Об этом свидетельствуют результаты ультрамикроскопических исследований кинетики флокуляции золей Agi, F eO(OH) и латекса полистирола противоположно заряженными полиэлектролитами . [c.343] Влияние электрического поля на процессы, суш,ественные для фильтрования, многообразно. Электрическое поле вызывает электрокоагуляцию в объеме дисперсии (см. раздел XIII. 8), влияет на транспортировку частиц и агрегатов к поверхности, обеспечивает формирование осадка на поверхности гранул и определенную его прочность. [c.344] Вернуться к основной статье