Новые современные коагулянты в технологии очистки сточных вод (стр. 2 из 4)
Температура. С ростом температуры увеличивается интенсивность броуновского движения, а, следовательно, и вероятность столкновения частиц, возрастает скорость кристаллизации коагулянта и уменьшается продолжительность инкубационного периода.
При невысоких температурах образуются мелкие медленно оседающие хлопья, увеличиваются необходимые дозы коагулянтов и снижается эффективность очистки воды.
Перемешивание. С увеличением интенсивности перемешивания возрастает вероятность столкновения частиц, повышается скорость кристаллизации коагулянта, уменьшается продолжительность инкубационного периода. Однако существует некоторая скорость перемешивания, выше которой продолжительность инкубационного периода не изменяется. Перемешивание способствует увеличению скорости роста кристаллов, которая зависит от условий диффузии.
Образующиеся в процессе коагуляционной очистки воды аморфные и мелкокристаллические структуры формируются в крупные хлопьевидные агрегаты. Механическое перемешивание этих агрегатов приводит к их разрушению. Однако тиксотропность частиц обусловливает восстановление разрушенных связей. Тем не менее, интенсивное перемешивание приводит к необратимым процессам, обусловливающим ухудшения агрегации частиц.
Таким образом, перешивание оказывает влияние на всех стадиях коагуляционной очистки сточных вод.
Другие факторы. На процессы коагуляционной очистки сточных вод значительное влияние. Могут оказывать электрические и магнитные поля, ультразвуковые колебания и др. Так, наложение электрического и магнитного полей может, приводит к снижению устойчивости дисперсной системы. Ультразвуковые колебания также при определенных условиях могут обусловливать снижение устойчивости дисперсных систем и особенно устранение адсорбционно-сольватного и структурно-механических факторов стабилизации эмульсий типа масло – вода.
Электрические и магнитные поля, а также ультразвуковые колебания обычно оказывают ускоряющее действие на процессы кристаллизации. По-видимому, следует ожидать их положительного действия на процессы коагуляционной очистки сточных вод. Влияние электрических полей на коагуляцию показано ниже [7].
2. Минеральные коагулянты, применяемые для очистки сточных вод
Для очистки сточных вод применяют различные минеральные коагулянты, аморфные или мелкокристаллические структуры, малорастворимые в воде. Наиболее широкое распространение получили соединения алюминия, железа, магния и кальция.
Характеристика минеральных коагуляторов приведена в таблице 1.
Таблица 1. Характеристика растворимости в воде минеральных коагулянтов
| Вещества, добавляемые в воду | Коагулятор | Произведение растворимости коагулятора при 250С | Растворимость коагулятора в 100 мл при 250С |
| AI2SO4* 18H2O NaAIO2 Fe2(SO4)3 FeSO4 Ca(OH)2+CO2 Ca(OH)2+Na3PO4 MgCI2+Ca(OH)2*При 200С | AI(OH)3 AI(OH)3 Fe(OH)3 Fe(OH)2 CaCO3 Ca3(PO4)2 Mg(OH)2 | 1.9*10-33 1.9*10-33 4*10-38 4.8*10-16 4.8*10-9 3.8*10-29 5*10-12 | 2.26*10-8 2.26*10-8 2.13*10-9 4.4*10-5 1.4*10-3 2.5*10-5* 9*10-4* |
2.1 Соли алюминия
Сульфат алюминия получил широкое распространение в России и за рубежом для очистки природных и сточных вод. Плотность А12(S04)3*18NаOH – 1,62 г/см3, насыпная масса 1,05–1,1 т/м3, растворимость в воде при 20°С 362 г/л. Гидроксид алюминия, образующийся при гидролизе солей алюминия, является типичным амфотерным соединением. В кислой и щелочной среде Гидроксид алюминия растворяется:
AI (OH)3 + 3H+ = AI3+ + 3 H2O
AI (OH)3 + OH- = AIO-3 + 2H2O
Гидроксид алюминия практически не растворим в дистиллированной воде, однако растворимость его в сточных водах может быть большей.
На рисунке 2 представлены данные по растворимости гидроксидов алюминия и железа в зависимости от рН [8].
Из рисунка 1 видно растворимость А1 (ОН)3 в сточной воде выше чем в дистиллированной. Растворимость гидроксида алюминия резко возрастает в пределах 4,5 > рН > 8.
С увеличением температуры растворимость гидроксида алюминия снижается. Зависимость растворимости гидроксида алюминия в воде от температуры при различных рН на рисунке 2.
Рис. 2 Зависимость растворимости Гидроксида алюминия от температуры при различных рН
Для быстрого и полного протекания процесса гидролиза не обходим некоторый щелочной резерв воды для связывания ионов водорода выделяющих при гидролизе этим щелочным резервом могут быть бикарбонат – ионы, 3 присутствующие в воде, или специально введенные щелочные реагенты – известковое молоко, кальцинированная или каустическая сода [3,16].
В результате применения сульфата алюминия увеличивается степень сточной воды.
Очень перспективным коагулянтом является оксихлорид алюминия А12(ОН)5С1. В Японии этот коагулянт применяется с 1966 г. Он получается из гидроксида алюминия и соляной кислоты. Основные преимущества оксихлорида алюминия, по сравнению с глиноземом – большое содержание алюминия в продукте, меньшее снижение щелочности воды и меньшее повышение ее солесодержания. Оксихлорид имеет более сильное коагуляционное действие и большую скорость хлопьеобразования Хорошо растворяется в воде.
Для рекуперации белковых веществ из сточных вод рекомендуется использовать в качестве коагулянта лигносульфонат алюминия, получаемый из лигносульфоната натрия или путем ионообменной реакции.
В качестве коагулянтов могут быть применены алюмокалиевые квасцы [А1К(SО4)2*12NаОH] или алюмоаммонийные квасцы [А1 (NН4) (S04)2*12Н2O], имеющие меньшую стоимость и менее дефицитные, чем глинозем. Следует отметить, что при использовании алюмоаммонийных квасцов и наличии в очищаемой воде свободного хлора наблюдалось образование токсичных хлораминов.
Дешевыми коагулянтом является хлорид алюминия, который получают на нефтехимических комбинатах термическим гидролизом каталитического комплекса отработанного хлорида алюминия, применяемого в процессах изомеризации и при производстве этилбензола. Показана возможность использования этого коагулянта для очистки сточных вод производства синтетического спирта.
Известен коагулянт на основе алюминия, так называемый гидрокарбоалюминат кальция в виде однородного порошка серо-белого цвета. Гидрокарбоалюминат кальция получают как попутный продукт производства глинозема способом гидрохимического синтеза кальция из щелочно-карбоалюминатных растворов и извести при комплексной переработке нефелинов. Недостатками этого коагулянта – гидрокарбоалюмината кальция – являются высокая его стоимость и дефицитность, поскольку для его получения в качестве минерала используют нефелин, более редко встречающийся в природе, чем, например, бокситы, что и сказывается на его высокой стоимости.
2.2 Соли железа
Сульфат железа (11) или железный купорос FeSO4*7Н2О. Железный купорос представляет собой прозрачные кристаллы зеленого цвета. Под действием кислорода воздуха двухвалентное железо окисляется в трехвалентное приобретают бурый оттенок. В воде растворяется 265 г./л железного купороса при 20°С.
Растворимость гидроксида железа (II) в воде приведена на рис. 1, из которого видно, что этот коагулянт может применяться при рН > 9–10. Для уменьшения концентрации растворенного гидроксида железа (II) при более низких величинах рН производят окисление двухвалентного железа в трехвалентное. Процесс окисления осуществлять за счет растворенного в воде кислорода: 4FeSO4 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3.
Для окисления железа может быть использован метод хлорирования. Расход хлора при составляет 0,24 мг на 1 мг FeSO4.
Положительное качество солей железа как коагулянтов – высокая плотность гидроксида (3,6 г/см3), обеспечивающая получение плотных, тяжелых хлопьев оседающих с большой скоростью.
Коагуляция с использованием солей железа неприемлема для сточных вод, содержащих фенолы, так как образующиеся растворимые в воде феноляты железа интенсивно окрашены. Кроме того, гидроксид – железа является катализатором, способствующим окислению некоторых органических веществ и образующим комплексные окрашенные соединения, растворимые в воде.
Хлорид железа (III). FeCI3 * 6Н2O представляет собой темные кристаллы с металлическим блеском, очень гигроскопичен.
С целью повышения эффективности очистки сточных вод предложено использовать коагулянт, состоящий из смеси растворов сульфата алюминия и хлорида железа в соотношении 1: 1 (по массе). Преимущества смешанного коагулянта повышение эффективности очистки воды при низких температурах и улучшение седиментационных свойств хлопьев.
Однако трудности, связанные с хранением и приготовлением коагулянта, а также возможность повышения содержания железа в очищенной воде при нарушениях технологического процесса, ограничивает применение смешанного коагулянта.
2.3 Соли магния
Хлорид магния предложено использовать для очистки сточных вод производства полистирольных пластмасс, а также вод, загрязненных эмульгированными маслами. Очистка производится при рН = 11,0. Растворимость гидроксида магния в воде при 200С – 9 мг/л – плотность – 2,4 г/см3. С. Уменьшением величины рН растворимость гидроксида магния в воде увеличивается.
Использование солей магния позволяет сократить продолжительность хлопьеобразования. Снижение температуры очищаемой воды практически не уменьшает эффективности ее очистки. В качестве коагулянтов могут быть использованы сульфат магния (МgSO4*7Н2О) и хлорид магния (МgС12 * 6Н2О).