Эффективность применения физико-химических методов при очистке мутных вод от взвешенных частиц

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 628.16:535.434

Эффективность применения физико-химических методов при очистке мутных вод от взвешенных частиц

Г.К.Матниязова

Аннотация

высокомолекулярный мутный вода флокулянт

В статье рассмотрены вопросы об эффективности применения высокомолекулярных веществ при очистке мутных вод от взвешенных частиц и актуальности изыскания новых высокоэффективных нетоксических флокулянтов.

Annotation

The questions about the effectiveness of use in the treatment of turbid water from suspended solids and urgency of finding new high-performance nontoxic flocculants.

Очистка природных и сточных вод тесно связана с охраной окружающей среды и является актуальной проблемой современности. В последние десятилетия отмечено значительное повышение в водах открытых водоемов содержания тяжёлых металлов, нефтепродуктов, трудноокисляемых органических соединений, синтетических поверхносто-активных веществ, пестицидов и других загрязнений вследствие сброса промышленными и коммунальными предприятиями недостаточно очищенных сточных вод.

Воды поверхностных водоисточников - рек, озер, водохранилищ - обычно содержат взвешенные и коллоидальные вещества, обуславливающие мутность воды. Снижение мутности воды до пределов, позволяющих использовать эту воду для водоснабжения того или иного объекта, является одной из наиболее часто встречающихся задач, которые необходимо решать /1/.

Снижение мутности воды, то есть ее осветление может быть достигнуто естественным путем без добавления реагентов - отстаиванием, процеживанием или фильтрованием воды. Естественное осветление воды применяется в тех случаях когда - либо содержащаяся взвесь состоит из крупных быстро оседающих частиц, либо когда по условиям использования воды допустимо содержание в ней тонкодисперсной мути. Естественное осветление воды требует больших объемов сооружений, так как обычные взвеси оседают чрезвычайно медленно. Поэтому естественное осветление отстаиванием применяется редко.

Коллоидальные вещества не удаляются из воды ни длительным отстаиванием, ни фильтрованием. Так как в природных водах часть глинистых и грунтовых частичек бывает диспергирована до коллоидального состояния, полного осветления воды естественным путем достигнуть обычно не удается, и тогда прибегают к коагулированию, флокулированию содержащихся в воде коллоидальных частиц для их укрупнения до величины, при которой они задерживаются отстойниками и фильтрами /2/.

Несмотря на большое число разработок, отраженных в литературе /3-5/, проблему очистки природных и сточных вод нельзя считать решенной. Это вызывает необходимость совершенствования технологии очистки воды, которая существенно зависит от интенсификации реагентной и, в частности, флокуляционной её обработки /1/.

Большим разнообразием отличаются требования к качеству воды для производственно-технических целей, они зависят от специфики производства и особенностей технологического процесса. На производстве вода используется для технологических целей в качестве реагента, для приготовления растворов и суспензий, а также в качестве теплоносителя в энергетике для питания паровых котлов и парогенераторов атомных электростанций, для охлаждения различного технологического оборудования. Если вода используется для технологических целей, то чем чище производимый продукт, тем меньше посторонних примесей должно содержаться в очищенной воде. Охлаждающая вода не должна содержать солей карбонатной жесткости, которые образуют осадки на теплопередающих поверхностях и ухудшают теплообмен. Вредными загрязнениями воды, применяемой для закачки в нефтяные горизонты с целью поддержания пластового давления, являются взвешенные вещества, нефтепродукты и соединения железа. Эти загрязнения могут вызывать закупорку фильтратов скважин, что затрудняет закачку воды в пласт. Из краткой характеристики производственно-технических и хозяйственно-питьевых вод следует, что в большинстве случаев требуется очистка от взвешенных и коллоидно-дисперсных веществ, с применением коагулянтов и флокулянтов.

В технологии химической обработки воды для удаления из нее дисперсных частиц и органических примесей используют три основных процесса отделения твердой фазы: осаждение в отстойниках, осветление во взвешенном слое и фильтрование через зернистую загрузку. Для ускорения и повышения эффективности этих процессов в последнее время широко применяются анионные, катионные и неионные высокомолекулярные соединения ВМС.

Применение флокулянтов на станциях обработки воды позволяет ускорить формирование и осаждение хлопьев в камерах хлопьеобразования и отстойниках, улучшить осветление воды и скорость ее движения в очистных сооружениях. В осветлителях со взвешенным осадком флокулянты способствуют увеличению концентрации частиц во взвешенном слое, а также уменьшению выноса из него взвешенных веществ. Применение флокулянтов на фильтрах и контактных осветлителях приводит к увеличению прозрачности фильтрата. При внесении небольших доз флокулянтов в воду перед отстойниками или осветлителями их работа в значительной мере интенсифицируется.

Применение высокомолекулярных флокулянтов на всех указанных стадиях обработки воды позволяет существенно повысить производительность отдельных сооружений и станций в целом /3/.

При флокуляции происходит образование крупных агрегатов, которые быстрее, чем при коагуляции, оседают под действием силы тяжести; при этом повышается механическая прочность хлопьев и изменяется пористость осадка. Добавление высокомолекулярных веществ (ВМВ) сокращает расход низкомолекулярных электролитов, необходимых для агрегации коллоидных частиц.

При определенных условиях ВМВ могут способствовать стабилизации частиц коллоидов и суспензий. Это выражается в повышении агрегативной устойчивости, замедлении осаждения под действием силы тяжести и увеличении расхода электролита, необходимого для коагуляции /5/.

Сфлокулированные агрегаты частиц имеют большую прочность по сравнению с коагуляцией простыми электролитами или гидрофобной флокуляцией собирателями.

Поэтому в процессах отстаивания и фильтрования скорость осаждения сфлокулированных полимерами частиц, намного превышает скорость осаждения коагулированных осадков. Флокуляция захватывает и наиболее мелкие частицы, поэтому отстои и фильтраты также получаются более чистыми. При этом дозировки полимерных флокулянтов на 2-3 порядка ниже, чем простых электролитов, и на 1-2 порядка ниже, чем дозировки собирателей при гидрофобной флокуляции /4/.

Очистка природных и сточных вод флокуляцией, как и коагуляцией, включает приготовление водных растворов флокулянтов, их дозирование, смешение растворов с очищаемой водой, хлопьеобразование и отделение твердой фазы.

Флокулянты могут применяться самостоятельно и в совокупности с коагулянтами. Самостоятельно они применяются при обезвоживании осадков городских и производственных сточных вод фильтрованием и центрифугированием, а также при уплотнении осадков на иловых площадках /3/.

Выбор реагентов определяется принятой технологией водоочистки, качеством исходной воды и требованиями к степени ее очистки. Расчетные дозы реагентов по их активной части устанавливаются в зависимости от качества обрабатываемой воды с учетом допустимых их количеств в очищенной воде. В процессе эксплуатации сооружений дозы реагентов должны уточняться для каждого периода колебаний качества воды.

Ориентировочная доза коагулянта определяется по таблице 1 в зависимости от мутности исходной воды. При применении контактных осветлителей или контактных фильтров эта доза может быть уменьшена на 10-15%.

Таблица 1. Доза коагулянта в зависимости от мутности исходной воды

Дозы флокулянтов ПАА, применяемых для улучшения процесса хлопьеобразования ориентировочно определяются по таблице 2.

Таблица 2 Дозы флокулянтов ПАА в зависимости от мутности и цветности исходной воды

При большом содержании органических веществ в исходной воде для улучшения процессов коагуляции и обесцвечивания производится предварительное ее хлорирование дозой хлора не более 3,0 мг/л /6/.

Прикладные исследования флокулянтов связаны с необходимостью синтеза изучаемых полимеров и с разработкой методик анализа микроколичеств полимеров в растворах и на поверхности частиц сложного состава, а также с рядом других затруднений. Из этих исследований практически наиболее важны работы, связанные с изучением деструкции полимеров и способов предотвращения ее модификацией полимеров, способами приготовления эффективных рабочих растворов и их подачей в суспензию.

Основным направлением прикладных исследований флокулянтов представляется изучение их свойств и особенностей взаимодействия с технологическими растворами и поверхностью минеральных частиц. Необходимо отметить, что проведено большое число лабораторных исследований флокуляции промышленных и искусственно приготовленных суспензий с применением отечественных и зарубежных полиакриламидных и других флокулянтов. Однако трудности сравнительной оценки результатов подобных исследований связаны с отсутствием количественной характеристики флокуляции (скорость и полнота образования флокул, их размеры, скорость осаждения, остаточная концентрация несфлокулировавшихся частиц и т. п.). Наиболее интересны с точки зрения практического использования результаты лабораторных испытаний, свидетельствующие об увеличении в результате флокуляции скорости осаждения суспензий в десятки и сотни раз с получением отстоев, практически не содержащих взвешенных частиц минералов, за очень короткие промежутки времени - менее 5-10 мин. Результаты исследований, в которых скорость осаждения либо прозрачность отстоев увеличиваются на 20-30% или даже в 2-3 раза, значительно реже используются на практике /4/.

Имеющиеся данные об использовании флокулянтов для очистки вод от минеральных частиц и биологических клеток свидетельствуют о значительной общности закономерностей и механизма флокуляции этих дисперсий, что обуславливает возможность направленного выбора реагентов для тех или иных систем. В то же время ряд факторов: неодинаковая адсорбция ВМС частицами различной природы при одних и тех же дозах добавленного реагента, часто наблюдаемая непропорциональность между флокулирующей концентрацией полимера и содержанием дисперсной фазы, существенная зависимость условий флокуляции от кинетического фактора и другие затрудняет направленное регулирование устойчивости дисперсий. В значительной мере эти трудности связаны не с выбором типа флокулянта, а с определением оптимальных условий проведения флокуляции.

Критериями эффективности флокулянтов считают мутность воды после отстаивания в течение 10, 30 и 60 мин, мутность фильтрата, оптимальную дозу, дозу, при которой мутность исходной воды в стандартных условиях испытания уменьшается на 50%, и другие показатели /5/.

Таким образом, использование флокулянтов на станциях обработки воды позволяет ускорить в камерах хлопьеобразования и отстойниках формирование хлопьев и их осаждение, улучшить эффект осветления воды и увеличить скорость ее движения в очистных сооружениях. В осветлителях со взвешенным осадком они способствуют увеличению концентрации частичек во взвешенном слое и уменьшению выноса из него взвешенных веществ при одновременном повышении скорости восходящего потока воды. На фильтрах и контактных осветлителях применение флокулянтов способствует удлинению времени защитного действия загрузки, улучшению качества фильтрата, повышению скорости фильтрования и относительному сокращению расхода промывной воды.

Флокулянты могут также значительно улучшить качество очищенной воды, если эксплуатируемые технологические сооружения по типу или расчетным параметрам не соответствуют загрязняющим воду примесям /7/.

Использованию флокулянтов в технологии обработки воды принадлежит большое будущее. Изыскание новых высокоэффективных нетоксических и экономичных флокулянтов, а также исследование их технологических свойств остается одной из важных задач науки об очистке воды.

Литература

1. Куренков В.Ф., Hans-Georg Hartan, Лобанов Ф.И. Химия и компьютерное моделирование. Бутлеровские сообщения. 2002. №11. С. 31-40.

2. Клячко В.А., Кастальский А.А. Очистка воды для промышленного водоснабжения. М.: Стройиздат. 1950. С. 32.

3. Запольский А.К., Баран А.А. Коагулянты и флокулянты в процессах очистки воды. Л.: Химия. 1987. С. 149-154, 174, 184.

4. Небера В.П. Флокуляция минеральных суспензий. М., Недра, 1983. С. 10, 19.

5. Вейцер Ю.И., Минц Д.М. Высокомолекулярные флокулянты в процессах очистки природных и сточных вод. М.: Стройиздат. 1984. С. 60, 64.

6. Журба М.Г., Соколов Л.И., Говорова Ж.М. Водоснабжение. Проектирование систем и сооружений. Т.2. Очистка и кондиционированиеприродных вод: издание второе, переработанное и дополненное. Учебное пособие. -М.: Издательство АСВ. 2004. С. 141-142.

7. Кульский Л.А., Строкач П.П. Технология очистки природных вод. Киев: Вища школа. 1986. С. 67-68.

Размещено на Allbest.ru