Сточных вод

Одним из наиболее широко применяемых на практике приемов снижения содержания взвешенных и коллоидных примесей в сточных водах является их коагуляция. Коагуляцией называется процесс укрупнения (агрегации) диспергированных частиц, происходящий вследствие их взаимного слипания под действием сил молекулярного притяжения. Коагуляция завершается образованием видимых невооруженным глазом агрегатов – хлопьев и их осаждением.

Диспергированные коллоидные частицы в сточных водах в большинстве случаев имеют одинаковые заряды, что обусловливает возникновение межмолекулярных сил отталкивания и агрегативную устойчивость загрязнений в сточных водах. В технологии очистки сточных вод коагуляцией производят частичное или полное удаление взвешенных примесей, нарушая агрегативную устойчивость систем за счет уменьшения заряда частиц до очень малых значений или нуля. Это достигается введением в сточные воды коагулянтов: сульфатов или хлоридов алюминия и железа, алюмината натрия, гидроксихлоридов алюминия или других гидролизующихся солей. Вследствие гидролиза образуются частицы с активной поверхностью, способные укрупнять коллоиды или сорбировать другие примеси.

При обработке сточной воды агрегация или адсорбция примесей протекает на фоне сложной смеси электролитов, присутствующих в исходной воде и вносимых в воду с коагулянтом. Присутствующие в сточных водах текстильных производств поверхностно-активные вещества обычно способствуют агрегативной устойчивости примесей воды. Наличие в воде смеси электролитов и неэлектролитов осложняет процесс коагуляции, так как эффекты влияния отдельных коагулянтов усиливаются или ослабляются.

Наличие гидрофильных свойств у частиц взвешенных веществ и коллоидов определяет их способность удерживать значительное количество воды в шламах и осадках, малую чувствительность к содержанию электролитов. Для некоторых из них, в частности продуктов распада белковых веществ или гуматов, характерно проявление защитного действия по отношению к золям, взаимодействию с гидроксидами алюминия или железа. Устойчивость коллоидов нежелательна, так как влечет за собой образование стойких связей и существенно замедляет процесс осаждения.

Частицы гидрофильных органических примесей представляют собой цепочки молекул, свернутых в рыхлый клубок (глобулу), промежутки в котором заполнены средой. Для нарушения агрегативной устойчивости гидрофильных систем необходима дополнительная химическая обработка воды перед введением коагулянтов, например предварительное хлорирование.

При введении коагулянтов происходит их гидролиз с образованием малорастворимых гидроксидов. При этом в воде могут накапливаться ионы водорода и она приобретает кислую реакцию. Полнота реакции гидролиза и растворимость гидроксидов имеют решающее значение для хода процессов коагуляции и достижения заданного качества очищенной воды. При неполном гидролизе в воде может повышаться содержание металлов, что часто недопустимо.

Гидролиз коагулянта протекает ступенчато, а скорость гидролиза прямо пропорциональна концентрации реагирующих веществ:

МеА_n + nН₂O Ме(ОН)А_n-1 + Н⁺ + (n-1)Н₂O + А^–

Ме(ОН)А_n-1 + (n-1) Н₂O Ме(ОН)₂А_n-2 + Н⁺ +(n-2)Н₂O

Ме(ОН)₂А_n-2 + (n-2)Н₂O Ме(ОН)₃+ Н⁺ + (n-3)Н₂O + А^-

МеА_n + nН₂O Ме(ОН)_n + nНA (1.1)

Обычно скорость гидролиза пропорциональна концентрации катионов коагулянтов, а так как их концентрации невелики, то можно считать, что скорость гидролиза прямо пропорциональна дозе коагулянта. Обязательным условием для полного протекания гидролиза является связывание ионов водорода. При недостатке щелочных агентов в воде в нее обязательно вводят подщелачивающие реагенты (соду или известковое молоко). В результате гидролиз протекает практически полностью в течение нескольких минут.

Влияние реакции среды на эффективность действия коагулянтов весьма существенно. Например, для гидроксида алюминия концентрация ионов водорода, при которой он имеет минимальную растворимость, лежит в интервале рН = 6.5–7.5, причем при коагуляции осаждение гидроксида алюминия начинается уже при рН = 3 и достигает максимума при рН = 7, после чего выпавший гидроксид начинает растворяться. Особенно это заметно при рН более 9, когда образуется алюминат.

Важно отметить, что при гидролизе солей алюминия и железа образуются коллоидные частицы гидроксидов, обладающие высокоразвитой поверхностью с большой активностью, что способствует адсорбции на них красителей и обесцвечиванию воды.

Природа взвеси в значительной мере определяет закономерности коагуляционного осветления воды. При наличии в воде тонкодиспергированных частиц осветление воды определяется в основном их обменными свойствами или обменной емкостью. В этом плане важным является анионный состав сточных вод и поэтому иногда целесообразно применение смеси коагулянтов.

В целом, на процесс коагуляции гетерогенных примесей в водных растворах оказывают влияние следующие факторы: концентрация водородных ионов, анионный состав воды, доза коагулянта, щелочность воды, температура, условия перемешивания, природа и количество взвешенных частиц. Выяснение влияния указанных факторов или некоторых из них на закономерности процесса осветления воды с помощью коагулянтов и является задачей настоящей работы.