Очистка сточных вод коагулированием
Сточные воды населённых мест содержат 50 – 60% загрязнений, относящихся по физико-химическим свойствам к коллоидным. Коллоидные дисперсные частицы не осаждаются и не задерживаются обычными фильтрами. Их размер условно находится в интервале 1 – 100 нм. Они образуют устойчивые системы, по внешним признакам сходные с истинными растворами.
Для повышения эффективности очистки сточных вод от коллоидных загрязнений используют реагенты, называемые коагулянтами. Минеральные коагулянты – это гидролизирующиеся соли металлов.
В качестве коагулянтов часто используют сульфат алюминия Al2(SO4)3 ∙ 18 Н2О, алюминат натрия NaAlO2, гидроксохлорид алюминия Al2(OH)5Cl, реже – тетраоксосульфаты алюминия – калия и алюминия – аммония. Широкое распространение получил сульфат алюминия. При коагулировании сульфат алюминия взаимодействует с гидрокарбонатами, имеющимися в воде, или специально добавляемыми щелочными реагентами, образуя малорастворимые основания. В последнее время успешно применяют гидроксохлорид алюминия, для которого требуется меньший щелочной запас воды.
Железосодержащие коагулянты – это прежде всего сульфаты двух- и трёхвалентного железа Fe2(SO4)3 ∙ 2H2O, Fe(SO)4 ∙ 3H2O и FeSO4 ∙ 7H2O, а также хлорное железо FeCl3. Поскольку железо обладает переходной валентностью, перечисленные реагенты могут применяться не только для коагулирования, но и для проведения реакций окисления-восстановления с последующей седиментацией.
Для интенсификации процессов отделения скоагулированных загрязнений применяют реагенты, называемые флокулянтами. Флокулянты могут быть как неорганическими, так и органическими веществами. В последнее время для очистки сточных вод широко применяются высокомолекулярные соединения (ВМС). Молекула ВМС в воде может быть электронейтральна или нести заряд. В последнем случае вещество будет называться полиэлектролитом. Иногда полиэлектролиты полностью выполняют функции коагулянта и флокулянта.
Рис. 2 – схема коагуляции
Технологический комплекс для коагулирования сточных вод включает основные сооружения для смешивания обрабатываемой воды с раствором коагулянта, формирования крупных флоккул оседающих соединений, осветления воды, а также вспомогательные сооружения и оборудование для хранения, приготовления и дозирования реагентов.
Растворённые и коллоидные органические загрязнения городских сточных вод характеризуются многообразием компонентов. Изучение состава растворённых органических загрязнений показало, что 62 – 66% соединений относятся к группе органических кислот, 8,2 – 9,6% проявляют свойства оснований, а 28,4 – 34,0% нейтральны. С учётом адсорбции загрязнений на гидроксидах коагулированием удаётся 30 – 40% общей массы органических веществ, находящихся в растворе. Наибольшая эффективность очистки воды достигается по органическим основаниям (до 70%), наименьшая – по органическим кислотам (до20%).
Соединения фосфора, находящиеся в растворённом состоянии, в процессе коагулирования образуют малорастворимые фосфаты алюминия, железа или кальция и выпадают в осадок. Сложные и нерастворимые формы фосфата удаляются путём сорбции и хлопьях гидроксидов.
Удаление тяжёлых металлов, происходит в результате сорбции и соосаждения их гидроксидов, полнота которого зависит от рН сточной воды и свойств самих металлов.
Таким образом, в процессе коагулирования и последующего отделения осадков из сточных вод могут быть достаточно полно удалены не только взвешенные вещества, но и органические коллоидные загрязнения, некоторые растворённые загрязнения, в том числе обладающие поверхностно-активными свойствами, соединения фосфора, соли тяжёлых металлов и т.д.
Применение флотации для отделения скоагулированных загрязнений наряду с увеличением скорости извлечения загрязнений повышает эффективность очистки воды по взвешенным веществам, ПАВ, ХПК. В табл. 4 приведены результаты коагулирования городских сточных вод, прошедших полную биологическую очистку, с последующей флотацией. В качестве коагулянта использовано хлорное железо в количестве 0,5 – 1,0 мг-экв/л. Продолжительность обработки воды в компрессионном флотаторе – 20 мин.
Таблица 4.