Вопрос №3: Коагуляция и флокуляция загрязнений сточных вод

В процессе механической очистки из сточных вод достаточно легко удаляются частицы размером 10 мкм и более, а мелкодисперсные и коллоидные частицы практически не удаляются. Таким образом, сточные воды после сооружений механической очистки представляют агрегативно-устойчивую систему. Для очистки таких стоков применяют методы коагуляции и флокуляции.

Коагуляция − это слипание частиц коллоидной системы при их столкновениях в процессе теплового движения, перемешивания или направленного перемещения во внешнем силовом поле. В результате коагуляции образуются агрегаты − более крупные (вторичные) частицы, состоящие из скопления более мелких (первичных) частиц, которые далее удаляются из сточных вод механическими методами.

Коагуляционные способы очистки сточных вод относятся к реагентной очистке, они основаны на применении специальных веществ (коагулянтов), обеспечивающих перевод частиц коллоидных примесей в осадок. Коагулянты гидролизуются в воде с образованием рыхлых хлопьевидных структур, обладающих высокими адсорбционными свойствами. В качестве коагулянтов чаще всего используют сернокислый алюминий, хлорное железо, гидроокись алюминия и др.

При введении коагулянтов в воду они обволакивают взвешенные частицы, полностью меняя их поверхностные свойства и нейтрализуя их заряд. Поэтому происходит их слипание в крупные агломераты, имеющие большую скорость осаждения. Коагулянты не только вызывают укрупнение частиц загрязнений, но и образуют, гидролизуясь, малорастворимые продукты, способные объединяться в крупные хлопья. Коагуляцией могут удаляться не только коллоидные, но и частично растворенные загрязнения. Это важное свойство коагулянтов расширяет практическую ценность метода.

После обработки коагулянтами водная фаза может иметь повышенную кислотность, которую устраняют последующей нейтрализацией (растворами соды, извести, щелочи и др.). После коагуляционной обработки эмульсия (например, смесь нефтепродуктов и воды) разделяется на водную фазу и всплывшую наверх липкую массу (смесь хлопьев коагулянта и нефтепродуктов), практически непригодную для дальнейшей утилизации, и в основном направляется на сжигание.

Типовая схема установки разделения фаз седиментационным, механическим и коагуляционным методами представленные на рис. 3.1. Сточная вода, содержащая нефтепродукты (масло), подается в отстойник 1, где она отстаивается в течение 6-12 часов. Всплывающее масло поступает в сборник 4, а шлам, осевший на дне отстойника, ‑ в сборник 10. Отстоянная эмульсия сначала подается в смеситель 2(одновременно с серной кислотой) для снижения pH до 7), затем – в центробежный сепаратор 3. Масло, выделившееся в результате центрифугирования, поступает в сборник 4, а частично очищенная эмульсия проходит доочистку в реакторе 9, где обрабатывается коагулянтом (сернокислым алюминием), поступающим из бака 5. Жидкость с коагулянтом перемешиваются сжатым воздухом в течение 20 минут, после чего раствор отстаивается. Всплывший осадок отправляется в сборник 8, а в очищенную воду из баков 6 вводиться известковое молоко для повышения pH до 7-8. После нейтрализации вода пускается в оборотный цикл или сбрасывается в канализацию. Накопившийся в сборнике осадок обрабатывают серной кислотой, поступающий из бака 7, в результате чего выделяется масло, а в растворе остается коагулянт, который перекачивается в емкость 5. Всплывшее масло утилизируется или сжигается.

Рис.3.1 - Схема разделения фаз нефтесодержащей сточной воды:

А−подача нефтесодержащей сточной воды; Б−серная кислота; В−нефтешлам; Г−сжатый воздух; Д−на коагуляцию; Е−сток очищенной воды

Флокуляция−это агрегация частиц коллоидной системы за счет адсорбированного высокомолекулярного вещества органического или неорганического происхождения, называемого флокулянтом. В этом состоит отличие процесса флокуляции от коагуляции. Технология применения флокулянтов зависит от многих факторов, и в первую очередь от физико-химических свойств обрабатываемой жидкости.

Совместное использование коагулянтов и флокулянтов позволит еще более расширить использование этих реагентов для очистки сточных вод.

Очистка сточных вод реагентным (коагуляционным) способом включает несколько стадий, основными из которых являются:

− приготовление и дозирование реагентов (коагулянтов);

− смешение реагентов с водой;

− хлопьеобразование;

− отделение хлопьевидных примесей от воды.

Для осуществления этих процессов применяются дозаторы, смесители, камеры хлопьеобразования и аппараты разделения (отстойники, центрифуги, флотаторы).

Дозаторы, должны надежно работать при подаче растворов, содержащих взвешенные частицы, осадки, шламы, так как часто в качестве реагентов используют отходы различных производств. При использовании предварительно осветленных растворов реагентов можно применять насосы-дозаторы с ручным или автоматическим регулированием производительности.

Процесс перемешивания воды с реагентами необходимо проводить с максимальной скоростью. Для смешивания сточной воды с коагулянтом применяют механические смесители: дырчатые, перегородчатые, вертикальные и с лопастными мешалками.

Электромагнитные смесители целесообразно применять прежде всего при контактировании воды с растворами электролитов, например с растворами кислот, щелочей, солей. Наиболее просты смесители, содержащие камеру электрообработки, в которой установлены два или несколько электродов. В результате воздействия электрического поля на растворы электролитов происходит эффективное смешение воды с коагулянтом, что позволяет существенно сократить время перемешивания, а также расход реагентов на очистку стоков.

Камеры хлопьеобразования служат для перемешивания воды и обеспечения более полной агломерации мелких хлопьев коагулянта в крупные хлопья.

При горизонтальных отстойниках следует устраивать следующие виды камер хлопьеобразования: перегородчатые, вихревые, встроенные со слоем возвещенного осадка и лопастные; при вертикальных отстойниках − водоворотные.

Очистка воды от взвешенных коагулированных частиц является многостадийным процессом, включающим, по крайней мере, образование агрегатов и отделение их от воды. Процесс начинается с образования агрегатов частиц, затем происходит их распад, переход агрегатов в осадок, выпадение агрегатов частиц из осадка снова в жидкую фазу, выпадение монодисперсных частиц из жидкости в осадок, минуя стадию агрегатообразования. Интенсификация процесса отстаивания связана как с улучшением седиментационных характеристик скоагулированных частиц примесей, так и с оптимизацией конструкций отстойников.

Для отделения коагулированных частиц примесей от воды, кроме отстойников, также используют флотацию или фильтрацию.

Список литературы

1. Карелин Я.А., Попова И.А., Евсеева Л.А. и др. Очистка сточных вод нефтеперерабатывающих заводов, М., Стройиздат, 1982

2. Роев Г.А., Юфин В.А. Очистка сточных вод и вторичное использование нефтепродуктов, М., Недра, 1987

3. Стахов Е.А. Очистка нефтесодержащих сточных вод предприятий хранения и транспорта нефтепродуктов, Л., Недра, 1983

4. Роев Г.А. Очистные сооружения. Охрана окружающей среды, М., Недра, 1993

5. Позин М.Е., Зинюк Р.Ю. Физико-химические основы неорганической технологии: Учебн. пособие для вузов. - Л.: Химия, 1985. - 384 с.

6. Вассерман И.М. Химическое осаждение из растворов. - Л.: Химия, 1980. - 208 с.

7.Матусевич Л.Н. Кристаллизация из растворов в химической промышленности. М.: Химия, 1968. - 304 с.

8. Штриплинг Л.О., Туренко Ф.П. Основы очистки сточных вод и переработки твердых отходов. Учебное пособие – Омск: Изд-во ОмГТУ, 2005. – 192 с.