Принцип метода и его применение
В сточных водах имеются как коллоидные частицы, размеры которых не превышают 0,1 мкм, так и мелкодисперсные структуры с диаметром до 10 мкм, а также более крупные образования.
Последние компоненты легко удаляются механической очисткой. Мелкие крупицы грязи имеют определенный заряд, окружены гидратной рубашкой, стабилизирующей взвешенное состояние, поэтому удалять их нелегко.
При коагуляции заряд молекул насильственно изменяют добавлением легко ионизирующихся соединений коагулянтов. После этого происходит агрегация примесей с образованием увеличенных крупиц, способных осаждаться.
Слипанию подлежат как однородные частицы, тогда процесс называется гомокоагуляцией, так и разнохарактерные молекулы, в этом случае явление называется гетерокоагуляцией.
Укрупнение примесных соединений вызывается добавлением коагулянтов, стимулируется одним из следующих способов:
- перемешиванием;
- тепловым воздействием:
- влиянием внешнего силового поля.
В повсеместной практике для очистки сточных вод, основанной на коагуляции, применяют перемешивание компонентов гетерогенной системы.
Это наименее затратный, достаточно эффективный вариант обеспечения слипания загрязняющих частиц.
Коагуляция проводится в свободном пространстве специальных камер, предназначенных для образования хлопьев, либо контактным образом в зернистой массе специальных наполнителей, например песка.
Интенсивность слипания частиц зависит от:
- их вида;
- строения;
- концентрации;
- количества других разнохарактерных примесей;
- электролитов в сточной воде;
- значения ее рН.
В некоторых случаях образование рыхлых хлопьевидных осадков происходит под действием флокулянтов. Модификация коагуляции, при исполнении которой применяются такие реагенты, называется флокуляцией.
Как основной метод коагуляции, так и его разновидности применяются для очистки стоков в:
- химической;
- фармацевтической;
- целлюлозно-бумажной;
- пищевой;
- текстильной промышленности.
Важно! Очистка сточных вод коагуляцией позволяет приводить в экологически безопасное состояние водные суспензии, образующиеся при переработке нефти, сельскохозяйственной продукции, обогащении горных руд.
Как это происходит?
В составе очистных комплексов существует отдельное подразделение, которое называют реагентным хозяйством. Коагулянты могут храниться в полностью растворенном виде или в форме твердого концентрата, помещенного в насыщенный раствор.
Резервуары размещены в помещении или около него в накрытом состоянии. Растворы готовят заранее путем перемешивания сжатым воздухом, мешалками, имеющими лопастную или пропеллерную форму. Приготовленные жидкие смеси перекачивают в другие резервуары (расходные баки), откуда дозированно вливают в сточные воды.
Массовая доля коагулянтов в растворе может достигать 10 %, флокулянтов – 1 %. Обработку сточных вод реагентами проводят в специальных резервуарах (смесителях), которые делают со следующими конструктивными особенностями:
- перегородками;
- дырками;
- шайбами;
- пропеллерными мешалками;
- лопастями.
Важно! Растворы в смесителях пребывают на протяжении максимум 2 минут, затем по лоткам или трубам поступают в камеры, где образуются хлопья, или сразу в осветлители.
Проходная способность участков, через которые подается смесь сточных вод с реагентами, рассчитывается таким образом, что бы поток перемещался со скоростью 1 м/с, поступал в следующий отсек не более чем за 2 минуты.
Главная стадия очистки – формирование хлопьеобразных агрегатов осуществляется в камерах со следующими конструкционными решениями:
- водоворотами;
- перегородками;
- вихрями;
- механическими мешалками.
Водоворотные камеры имеют вид цилиндра, в которой сверху подается вращающийся поток сточных вод с коагулянтом.
Внизу расположена конструкция для уменьшения вращения раствора, который пребывает в емкости на протяжении 20 минут.
Камеры с перегородками имеют вертикальные или горизонтальные коридоры, по которым перемещается водный поток. Жидкости перемешиваются на поворотах, их количество достигает 8 штук.
В первом коридоре скорость потока равна 0,3 м/с, в последнем она уменьшается в 3 раза. Ширина коридорных протоков не бывает меньше 0,7 м, длина варьируется, зависит от размеров отстойника. Время пребывания очистных вод в камере может достигать получаса.
В вихревой камере, имеющей вид расширяющегося к верху конуса, вода подается в нижнюю часть со скоростью, достигающей 1,2 м/с, в верхнем слое, там где поток выпускают из камеры, его скорость достигает 5 м/с. Продолжительность пребывания растворов в емкости составляет 10 мин.
В камерах, оснащенных лопастными мешалками, сточные воды перемещаются со скоростью до 0,2 м/с, находятся в них на протяжении получаса.
После формирования хлопьев приступают к их удалению, в результате которого сточные воды осветляются. Процесс проводят в отстойниках горизонтального, вертикального или радиального вида.
Образовавшийся шлам отсасывают естественным или принудительным образом. Понятно, что второй вариант уплотняет осадок эффективнее.
В целом метод коагуляции приводит к ощутимому удалению примесей, находящихся в мелкодисперсном или эмульгированном виде.
Многостадийность процесса, необходимость постоянного контроля концентраций добавочных реагентов, интенсивности перемешивания и хлопьеобразования не позволяет считать метод очистки простым и легким в исполнении.
Дополнительные виды
Помимо традиционной схемы проведения очистки посредством коагуляции, в которой к сточным водам добавляют коагулирующие реагенты, существуют другие модификации метода.
Электрокоагуляция
Вещество, инициирующее слипание примесных частиц, может быть получено электролизом, Метод, основанный на пропускании тока через загрязненные воды, называется электрокоагуляцией.
Главное требование к технологии заключается в том, что используемый анод должен быть сделан из алюминия или железа. В этом случае при электролизе в раствор переходят катионы металлов, которые с водой образуют гидроксиды, способные вызвать агрегирование.
В первую очередь электрокоагуляция применяется для очистки вод, загрязненных:
- масляными,
- жировыми,
- нефтяными,
- хроматными,
- фосфатными примесями.
Достоинства электролитической технологии очистки заключаются в том, что установка имеет компактный вид, в приготовлении рабочих растворов нет необходимости. Ограничения в применении данного методы вызваны большими затратами электроэнергии и металлических электродов, которые быстро расходуются.
Флокуляция
В некоторых ситуациях процесс слипания частиц грязи идет недостаточно эффективно и быстро, что приводит к необходимости прибегать к флокуляции.
Увеличивают размеры слипающихся частиц,упрощают их последующее отделение флокулянты вещества, которые хорошо растворяются в воде, перераспределяя при этом заряды на поверхности дисперсных крупиц.
В качестве флокулирующих добавок применяют:
- крахмалы белковые гидролизаты из дрожжей;
- порошки из водорослей; мезгу картофеля;
- жмых или вещества синтетической природы; например полиакриламиды;
- активные формы кремниевой кислоты.
Флокулянты сокращают потребность в коагулянтах, ускоряют процесс слипания. Они могут применяться параллельно с веществами коагулирующего действия или самостоятельно в концентрации, достигающей 1 % при объеме порции 2 мг/л.
В случае, если функцию флокулянтов выполняют побочные продукты каких-либо производств, экономическая эффективность процесса несоизмеримо увеличивается.
Коагулянты
Коагулирующее действие на примеси в сточных водах оказывают, прежде всего:
- сульфаты;
- хлориды алюминия;
- железа в разных валентностях;
- оксихлорид алюминия;
- натриевая соль алюминиевой кислоты.
Иногда применяют смеси представленных солей или природные минералы, в которых они содержатся, а также:
- глины;
- производственные отходы с алюминиевыми или железными компонентами;
- оксидом кремния.
Часто для увеличения щелочности среды, способствующей склеиванию частиц, в раствор добавляют гидроксиды натрия или калия, соду, известь.
Видео по теме
Предлагаем посмотреть видео с наглядным изображением очистки воды методом коагуляции:
Заключение
Коагуляция в традиционном или модифицированном исполнении – это эффективный способ очистки сточных вод от примесей, находящихся в мелкодисперсном или эмульгированном состоянии.
Затраты на реализацию метода невелики, они могут существенно уменьшаться при использовании недорогих реагентов, а в лучшем случае – отходов или побочных продуктов производств.
(Пока оценок нет)
Загрузка...