Влияние толуола на сточную воду

Наиболее  часто приоритет отдается сернокислому алюминию (Al₂(SO₄)₃•18H₂O), сернокислому (FeSO₂•7H₂O) и хлорному (FeCl₃•6H₂O) железу.

     При растворении указанных реагентов  в воде происходит их гидролиз с  образованием труднорастворимых гидратов окисей хлопьевидной структуры, на которой сорбируются коллоидные частицы и грубые взвеси, оседающие на дно и осветляющие воду.

     Химические  реакции взаимодействия коагулянтов  с водой выглядят следующим образом:

1. Использование сернокислого глинозема:

Al₂(SO₄)₃ + 3Ca(HCO₃)₂ = 2Al(OH)₃ + 3CaSO₄ + 6CO₂ ; 
Al₂(SO₄)₃ + 3Mg(HCO₃)₂ = 2Al(OH)₃ + 3MgSO₄+ 6CO₂

2. Использование железного купороса (сернокислой закиси Fe):

FeSO₄ + Ca(HCO₃)₂ = Fe(HCO₃)₂ + CaSO₄

Для ускорения  процесса в воду добавляют известь:

Fe(HCO₃)₂ + Ca(OH)₂ = Fe(OH)₂ + Ca(HCO₃)₂ 
2Fe(OH)₂ + H₂O + O = 2Fe(OH)₃

     Доза  коагулянта для вод разного состава  не одинакова и должна устанавливаться  путем опытного (пробного) коагулирования исходной воды в производственной лаборатории. Необходимое количество коагулянта зависит от ряда факторов: солевого состава воды, величины ее рН, количества и характера взвешенных веществ в ней, температуры, химических свойств коагулянта и температурных условий проведения процесса. Оптимальная доза коагулянта вызывает образование крупных, быстро оседающих хлопьев, и не дает опалесценции воды.

     Наибольшее  значение для эффективности процесса коагуляции имеет щелочность воды, т.е. содержание в воде карбонатов (СО₃)^2- и гидрокарбонатов (НСО₃)^-. Установлено, что для нормального течения процесса коагуляции щелочность воды должна быть не менее 1,4-1,8 мг-экв/л. Если она ниже, на водопроводных станциях прибегают к подщелачиванию воды содой, негашенной или хлорной известью.

     По-разному  подвергаются коагуляции взвешенные вещества. Так, если гидрофильные коллоиды (гуминовые  вещества и др.) плохо сорбируются на поверхности хлопьев коагулянта и не способствуют их образованию, то гидрофобные коллоиды (глина, почва и т.д.) хорошо сорбируются на поверхностях, утяжеляют их и быстро оседают.

     Низкая  температура воды замедляет процесс  хлопьеобразования, поэтому время коагуляции зимой больше, чем летом.

     К недостаткам коагуляции следует  отнести то обстоятельство, что использующиеся "неочищенные" соединения (т.е. не "химически чистый" кремнезем) являются источниками попадания  в воду мышьяка, фтора и меди.

     Для смешения коагулянтов с водой  применяют специальные сооружения - смесители. После смешения воды и реагентов в специальных камерах осуществляется вторая стадия процесса коагуляции - хлопьеобразование. Для получения достаточно крупных хлопьев необходимо, чтобы вода находилась в камере от 10 до 40 минут при условии постоянного плавного перемешивания. Этим же целям служат отстойники, в которых хлопья коагулянта со взвешенными примесями под действием силы тяжести выпадают в осадок.

     Осаждение взвешенных веществ происходит с  различной скоростью, которая зависит от формы, размеров, плотности, шероховатости поверхности частиц и от температуры воды. Первоначально процесс отстаивания происходит с наибольшей эффективностью. После осаждения наиболее плотных частиц взвеси процесс отстаивания замедляется. Поэтому практически осветление осуществляется на 70-87% от теоретически возможного.

    В процессе коагуляции вместе со взвешенными  веществами в осадок увлекаются и  микроорганизмы, что способствует обеззараживанию  воды.

    1.2.2 Флокуляция

    Флокуляция  широко применяется в процессах очистки сточных вод. Цель флокуляции – сформировать агрегаты или хлопья из тонко диспергированных и коллоидно устойчивых частиц. Флокуляция – транспортный этап, приводящий к столкновению между устойчивыми частицами, стремящимися к образованию крупных частиц (агрегатов), которые могут быть легко удалены из обрабатываемых сточных вод при помощи отстаивания, фильтрации или флотации.         

Флокуляция  получила широкое практическое распространение  в технологиях водоочистки в 30-е  годы. В настоящее время флокуляция широко используется в технологии очистки сточных вод промышленного и бытового происхождения.         

Механизм  действия флокулянтов основан на явлении адсорбции молекул флокулянта на поверхности коллоидных частиц; образование сетчатой структуры молекул флокулянта; слипании коллоидных частиц за счет сил Ван-дер-Ваальса. При действии флокулянтов между коллоидными частицами образуются трехмерные структуры, способные к более быстрому и полному отделению жидкой фазы. Причиной возникновения таких структур является адсорбция макромолекул флокулянта на нескольких частицах с образованием между ними полимерных мостиков.         

Таким образом, флокуляция  - это  процесс, при котором происходит  адсорбционное взаимодействие частицы загрязнений сточных вод с высокомолекулярными веществами (флокулянтами). При этом, в процессе флокуляции происходит процесс хлопьеобразования (при взаимодействии высокомолекулярных веществ с частицами, находящимися в очищаемой сточной воде), с образованием агрегатов (хлопьев, комплексов), имеющих трехмерную структуру.  

      Процесс адсорбции происходит в две стадии:

1. сначала каждая макромолекула прикрепляется несколькими сегментами к одной частице (первичная адсорбция),
2. затем свободные сегменты закрепляются на поверхности других частиц, связывая их полимерными мостиками (вторичная адсорбция).    

 

        Возможны различные  механизмы закрепления макромолекул флокулянтов на поверхности частиц. Неионогенные полиэлектролиты закрепляются на частицах с помощью полярных групп (чаще всего гидроксильных) благодаря образованию водородных связей между водородом гидроксила и кислородом, азотом и другими атомами, находящимися на поверхности частиц. Наличие водородных связей установлено экспериментально с помощью инфракрасной спектроскопии. Хотя энергия водородной связи значительно меньше энергии химической связи, большое количество гидроксильных групп способствует прочному закреплению молекул флокулянта.         

Анионные  флокулянты способны закрепляться на поверхности частиц не только с помощью  водородных связей, но и благодаря химическому взаимодействию (хемосорбции) анионов с катионами, находящимися на поверхности частиц.         

Катионные полиэлектролиты, помимо образования  агрегатов по механизмам, аналогичным  вышеизложенным, способствуют флокуляции благодаря нейтрализации отрицательного заряда частиц.           

Флокулянты  представляют собой водорастворимые  линейные полимеры, состоящие из большого числа групп. Длина цепочки может  достигать 1 микрона. Молекулярная масса  флокулянтов может достигать нескольких миллионов, степень полимеризации – несколько тысяч.         

В технологии очистки сточных вод  флокулянты обычно применяют в дополнение к минеральным коагулянтам, так как они способствуют расширению оптимальных областей коагуляции (по рН и температуре), повышают плотность и прочность образующихся хлопьев, снижают расход коагулянтов, повышают надежность работы и производительность сооружений очистки сточных вод.         

Добавление  флокулянта в обрабатываемые сточные  воды увеличивает скорость  возникновения и последующего осаждения возникающих при коагуляции хлопьев. При этом плотность осадка увеличивается, а действие веществ-коагулянтов становится эффективным в более широком диапазоне рН очищаемых сточных вод.        

Если  в обрабатываемых сточных водах содержится большое количество взвешенных частиц, то  их осаждение может быть обеспечено только при помощи флокулянтов, без использования реагентов для коагуляции. 

      Флокулянты  можно разделить на несколько  классов: органического и неорганического  происхождения, природные и произведенные синтетическими методами.        

К природным флокулянтам можно отнести, например,  крахмал,  декстрин, эфиры целлюлозы, альгинат натрия и гуаровые смолы.             

Из неорганических флокулянтов можно выделить активную кремниевую кислоту.

Флоккулирующая  способность активной кремниевой кислоты  зависит преимущественно от образования  в процессе их созревания агрегатов  коллоидных размеров, представляющих собой цепеобразные, разветвленные  структуры, способные взаимодействовать с коллоидными частицами и грубодисперсными взвесями гидроксидов алюминия, железа, магния и других металлов с образованием крупных, прочных и тяжелых хлопьев.        

Синтетические флокулянты - это органические растворимые в воде высокомолекулярные соединения,  молекулярная масса которых может лежать в диапазоне от тысяч до нескольких миллионов.              

Флокулянты  бывают анионными, катионными или нейтральными.

Универсальным флокулянтом является нейтральный  флокулянт - полиакриламид (ПАА). Полиакриламидные флокулянты получили широкое применение для очистки сточных вод химических и нефтехимических производств. ПАА успешно используется в процессах очистки сточных вод от эмульгированных частиц нефтепродуктов и смол, сточных вод производств полистирольных пластмасс, поливинилхлорида, сульфатной целлюлозы и др. Доза 0,1% раствора полиакриламида составляет 0,5–1,5 мг ПАА на 100 г взвешенных в сточных водах веществ. Раствор полиакриламида вводится через 0,5–2,0 минуты после ввода в стоки коагулянта.        

Анионные  флокулянты – сополимеры акриламида с акриловой кислотой, имеющие  молекулярную массу 3000000–200000000, заряд 0–100%.         

Катионные флокулянты – сополимеры акриламида с диметиламиноэтилметакрилатом и  другими катионными мономерами –  имеют молекулярную массу 300000–10000000 и заряд 0–100%.         

Выпускаются отечественные флокулянты катионного типа ВА-3, ВА-102, ВПК-402, КФ. В отличие  от ПАА, они вызывают образование  крупных хлопьев без введения в сточные воды коагулянтов и  могут использоваться самостоятельно. Такой процесс имеет существенные преимущества по сравнению с коагуляцией, поскольку не меняется солевой состав воды и в нее не вводятся дополнительные примеси. 

      Флокуляция  в процессах очистки сточных  вод, может использоваться в следующих случаях:

• очистка сточных вод от суспендированных твердых частиц
• биохимическая потребность в кислороде в первичных отстойниках
• кондиционирование сточных вод, содержащих определенные промышленные отходы
• улучшение работы вторичных отстойных резервуаров, следующих за процессом обработки активным илом
• как этап предварительной очистки сточных вод для фильтрации вторичных промышленных отходов    

 

        Флокуляция может  проводиться в отдельных емкостях или резервуарах, специально спроектированных для этой цели, в трубопроводах, соединяющих оборудование очистки сточных вод, или в комбинации с флокулятором. Флокуляция обычно следует за быстрым перемешиванием, в процессе которого к нестабильным частицам добавляют химические реагенты. Дестабилизация частиц, происходящая в результате добавления химических реагентов, называется коагуляцией.

Существует  два типа флокуляции: микрофлокуляция  и макрофлокуляция. Они различаются  размерами частиц.         

Микрофлокуляция – термин, используемый в тех случаях, когда необходимо сослаться на скопление частиц, получившееся в результате случайного теплового движения молекул жидкости, известного как броуновское движение. Микрофлокуляция позволяет удалять из сточных вод частицы, размеры которых находятся в диапазоне от 0.001 до 1 микрона.         

Макрофлокуляция используется в том случае, если размер частиц, от которых должны быть очищены сточные воды, превышает 1 микрон. Макрофлокуляция может быть достигнута с помощью вынужденного градиента скорости и неравномерного отстаивания. Частицы в сточной жидкости могут объединяться вместе (флокулировать) посредством вынужденного градиента скорости. Быстро двигающиеся частицы достигнут медленно двигающихся в поле скоростей. Если сталкивающиеся частицы агрегируют, то образуется более крупная частица, которую легче удалить из сточных вод посредством гравитационного разделения. В случае макрофлокуляции, происходящей благодаря неравномерному осаждению, более крупные частицы достигают более мелких частиц в процессе гравитационного осаждения. Когда две частицы сталкиваются и слипаются, образуется более крупная частица, которая осаждается в очищаемой сточной воде с большей скоростью, чем исходные частицы