Коагуляція і флокуляція - студопедія
Коагуляція - це злипання частинок колоїдної системи при їх зіткненнях в процесі теплового руху, перемішування або спрямованого переміщення в зовнішньому силовому полі.
В результаті коагуляції утворюються агрегати - більші (вторинні) частинки, що складаються зі скупчення більш дрібних (первинних).
У процесі механічної очистки з стічних вод досить легко видаляються частинки розміром 10 мкм і більше; дрібнодисперсні і колоїдні частинки в результаті механічної очистки практично не видаляються. Таким чином, стічні води багатьох виробництв після споруд механічної очистки є агрегативно-стійку систему.
Для очищення таких стоків застосовують методи коагуляції і флокуляції. Агрегативна стійкість при цьому порушується, утворюються більші агрегати частинок, які видаляються з стічних вод механічними методами.
Для очищення виробничих стічних вод застосовують різні мінеральні коагулянти (табл. 4.1).
Таблиця 4.1 Мінеральні коагулянти, використовувані при очищенні виробничих стічних вод
Шматки, гранули, брикети білого кольору
Шматки сірого кольору
БПКполн в побутових стоках до 300
Зважені речовини в побутових стоках до 350
У разі використання в якості реагентів залізного купоросу слід використовувати аеріруемие змішувачі, аеріруемие пісколовки або преаератори, що забезпечують переклад заліза (II) гідроксид заліза (III). Час перебування в змішувачі в цьому випадку має бути не менше 7 хв, інтенсивність подачі повітря 0,7-0,8 м 3 / м 3 оброблюваної стічної води в 1 хв, глибина змішувача 2-2,5 м.
Утворені в результаті коагуляції опади представляють собою пластівці розмірами від декількох мікрометрів до декількох міліметрів. Пухка просторова структура пластівців осаду обумовлює їх високу вологість - до 96-99,9%. Щільність пластівців осаду становить зазвичай 1,01-1,03 т / м 3.
Для інтенсифікації процесів коагуляції і осадження утворюються пластівців широко використовуються органічні природні і синтетичні реагенти - високомолекулярні речовини, звані флокулянтами. Ці речовини можуть застосовуватися самостійно і в поєднанні з мінеральними коагулянтами. Сутність флокуляції полягає в агрегації частинок, при якій контакт частинок відбувається через молекули адсорбованого флокулянта. У цьому полягає відмінність процесу флокуляції від коагуляції. Флокуляція характеризується швидким утворенням великих і міцних пластівців, стійких до турбулентним впливів водного потоку.
Залежно від складу полярних груп флокулянти бувають:
- неіоногенні - полімери, що містять неіоногенні групи: ОН,> СО (крохмаль, оксиетилцелюлоза, полівініловий спирт, поліакрилонітрил і ін.);
- аніонні - полімери, що містять аніонні групи: -СООН, -SO3 H, -OSO3 H (активна кремнієва кислота, Поліакрилат натрію, альгінат натрію, лігносульфонати і ін.);
- катіонні - полімери, що містять катіонні групи: -NH2. = NH (поліетиленімін, сополімери вінілпіридину, ВА - 2, ВА - 102, ВА - 212 та ін.);
- амфотерні - полімери, що містять одночасно аніонні і катіонні групи: полиакриламид, білки та ін.
Найбільшого поширення набули полиакриламид, поліоксиетилен, поліетиленімін, натрієві солі і ефіри акрилової і поліметакрилових кислот, полівінілпірідін, сополімери малеїнового ангідриду і вінілацетату, полімери на основі стиролу і активна кремнієва кислота.
Змішувачі. Для змішування стічної води з коагулянтом застосовують змішувачі: дірчасті, перебірчасті, вертикальні і з лопатевими мішалками.
Дірчастий змішувач (рис. 4.1) являє собою залізобетонний або металевий лоток з дірчастими перегородками. Відстань між перегородками приймають рівним ширині лотка. Діаметр отворів 20-100 мм. Сумарна площа отворів в кожній перегородці Fотв = Q / Wо. Швидкість руху води в отворах Wо = 1 м / с, в лотку за останній перегородкою w ≈ 0,6 м / с. Рівень води за останній перегородкою приймають рівним Але = 0,4-0,5 м. Втрату напору в отворах визначають за формулою
де - коефіцієнт опору.
Додаючи до Ho значення втраченого напору h. знаходять рівень води в кожному відділенні змішувача.
Мал. 4.1. Дірчастий змішувач:
1 - подача води; 2 - перегородка з отворами
Перегородчастої змішувач (рис. 4.2) являє собою лоток з перегородками, що мають отвори. Відстань між отворами дорівнює подвійній ширині лотка. Швидкість руху води в лотку w ≈ 0,6 м / с, а в отворах wo ≈ 1 м / с. Час перебування води в змішувачі 3-5 хв.
Мал. 4.2. Перегородчастої змішувач:
1 - підведення реагентів; 2 - підведення води; 3 - перегородка; 4 - патрубок для скидання води
Вертикальний змішувач (рис. 4.3) являє собою циліндр з конічним днищем. Перемішування в ньому досягається зміною швидкості руху в конічної частини. Швидкість в нижній частині конуса дорівнює 1 м / с, а у верхній циліндричної частини 25 мм / с. Час перебування води в камері # 964; = 1,5-2 хв.
Знаючи витрату води Q. м 3 / с, і швидкість її руху в циліндричної частини w. можна розрахувати діаметр циліндричної частини:
Мал. 4.3. Вертикальний змішувач: 1 - подача стічних вод; 2 - подача реагентів; 3 - лоток; 4 - випуск стічних вод
Висоту конічної частини знаходять із співвідношення
де dп - діаметр вхідного патрубка; # 966; - кут конусності.
Місткість конічної частини знаходять за рівнянням
де h к - висота конічної частини.
Висота циліндричної частини визначається по співвідношенню
Загальна висота змішувача
Швидкість руху в жолобі wж приймають 0,5 - 0,8 м / с. Ухил дна лотка i = 0,02. Діаметр вхідного патрубка dп розраховують для швидкості руху води 1 м / с.
Камери хлопьеобразования. Призначення камер - забезпечити утворення пластівців коагулянту. Використовуються такі камери: перебірчасті, вихрові, водоворотних і з мішалками.
Перегородчаста камера (рис. 4.4) являє собою резервуар, розділений перегородками на 8-10 коридорів. Ширина коридору не менше 0,7 м. Швидкість руху води в камері 0,2-0,3 м / с. Знаючи витрату води і час перебування її в камері, визначають обсяг камери. Втрати напору:
де n - число поворотів; hт - втрати на тертя по всій довжині камери; # 958; - коефіцієнт місцевого опору (поворотів).
Водоворотних камери (рис. 4.5) конструктивно об'єднують з вертикальними відстійниками. Час перебування води в камері приймають рівним # 964; к = 15 ... 20 хв, а час осадження # 964; ос = 1 ч. Швидкість виходу води з сопла w = 2 ... 3 м / с. Висота камери утворення пластівців Нк.х = 3,6 ... 4 м.
Переймаючись числом камер утворення пластівців пк.х і знаючи витрата води, визначають площу однієї камери і її діаметр:
Сопло розміщують на відстані 0,2dк.х від стінки камери на глибині 0,5 м від поверхні води. Діаметр сопла дорівнює:
де - максимальна витрата стічної води на одне сопло, м 3 / с; # 956; - коефіцієнт витрати (дорівнює 0,908).
Місткість зони осадження обчислюють за співвідношенням
Висота зони осадження
Діаметр відстійника розраховується за формулою
В освітлювачах із зваженим шаром зміщення, коагулирование і осадження відбуваються в одному апараті.
Успішне застосування знаходять вертикальні (вихрові) камери утворення пластівців, які поділяються на камери без шару зваженого осаду і зі зваженим осадом.
Вихрові камери (рис. 4.6). Швидкість руху води в нижній конічної частини 0,7 м / с; у верхньому перетині 4-5 мм / с. Час перебування води в камері 6-10 хв. Розміри камери визначають так само, як і розміри вихрового змішувача.
Камери хлопьеобразования доцільні в тому випадку, коли для подальшого освітлення води застосовують відстійник. Якщо освітлення води проводиться в освітлювачах з виваженим шаром осаду, то камери утворення пластівців не потрібні, тому що пластівці досить ефективно утворюються в підвішеному шарі осаду.
Камера хлопьеобразования з механічними мішалками. Час перебування в камерах хлопьеобразования (рис. 4.7) приймають, хв: при відділенні скоагульованого зважених речовин відстоюванням для коагулянтів - 10-15, для флокулянтів 20-30, при очищенні стічної води флотацией для коагулянтів - 3-5, для флокулянтів - 10 20.
Оцінку процесів утворення пластівців при механічному перемішуванні рекомендується проводити за критерієм G × t. запропонованого Кемп, де - середній градієнт швидкості, з -1; - час, с.
Середній градієнт швидкості визначається по залежності
де - потужність, що витрачається на перемішування, Дж / с; # 956; - в'язкість води, Па × с; Q - обсяг води, м 3.
Одиниця середнього градієнта швидкості - секунда в мінус першого ступеня (з -1). Оптимізацію процесу утворення пластівців слід оцінювати за значенням G × t.
Цей критерій служить параметром моделювання механічних змішувачів і камер утворення пластівців: для змішувачів з коагулянтами - 200, з флокулянтами - 300-500; для камер утворення пластівців: при відстоюванні для коагулянтів і флокулянтів - 25-50; при флотації - 50-75.
Мал. 4.7. Камери хлопьеобразования з механічними мішалками:
а - на горизонтальному валу; б - на вертикальному валу; 1 - подача вихідної стічної води; 2 - подача реагенту; 3 - змішувач; 4 - лопаті механічної мішалки; 5 - редуктор з приводом; 6 - відстійник; 7 - відведення прокоагулірованной води
Електрокоагуляція. Коагуляція вод, що містять дрібнодисперсні і колоїдні частинки, може відбуватися при пропущенні стічних вод через електролізер з анодом, виготовленим з алюмінію або заліза. Метал анода під дією постійного струму іонізується і переходить в оброблювану воду, частки забруднень якої коагулируются з утворилися важко розчинними гидроксидами алюмінію або заліза.
Розчинення у воді 1 г алюмінію еквівалентно введенню 6,3 г Al2 (SO4) 3. розчинення 1 г заліза - введення 2,9 г FeCl3 і 3,6 г Fe2 (SO4) 3. Теоретична витрата електроенергії для розчинення 1 г алюмінію 12 Вт · год, 1 г заліза - 2,9 Вт · год. Щільність струму рекомендується не більше 10 А / м 2. відстань між електродами - не більше 20 мм, а швидкість руху води між електродами - не менше 0,5 м / с.