Аннотация. В данной статье рассмотрено влияние химических реагентов на степень очистки оборотной воды, описывается физико-химический процесс коагуляции и представлены результаты анализов, которые показывают эффективность данных реагентов.
Вода является драгоценным сырьем, заменить которое невозможно. Запасы и доступность водных ресурсов определяют размещение производств, а проблема водоснабжения становится одной из важных в жизни и развитии человеческого общества.
Самыми крупными водопотребителями обычно являются промышленные предприятия.
Применение оборотных систем водоснабжения требует постоянного совершенствования с целью снижения потребления речной воды и улучшения качества сточных вод.
В данной статье будет рассмотрен блок оборотного водоснабжения, предназначенный для охлаждения горячей оборотной воды, поступающей с технологических установок завода.
В качестве усовершенствования технологического процесса, а также для снижения потребления речной воды были введены химические реагенты, способствующие улучшению процесса очистки воды.
Для осветления воды, а также удаления из воды примесей, находящихся в коллоидно-дисперсном состоянии, применяется специальный метод обработки воды, называемый коагуляцией.
Коагуляция – процесс, при котором происходит понижение степени дисперсности коллоидно- растворенных примесей в результате агломерации их частиц с образованием макрофазы. По механизму образования твердой макрофазы процесс коагуляции отличается от процесса кристаллизации, при котором также происходит образование твердой макрофазы, но в результате выделения на поверхность кристаллического зародыша отдельных молекул или ионов раствора последние располагаются в узлах кристаллической решетки, образуя правильный кристалл. При соединении двух коллоидных частиц даже в случае, когда каждая из них обладает кристаллическим строением, единого кристалла не получается. Твердая макрофаза, образующаяся в результате коагуляции коллоидного раствора, называется коагулянтом, который обычно имеет аморфное строение и отличается малой плотностью и механической прочностью [1].
Процесс коагуляции происходит в результате нарушения агрегативной устойчивости коллоидной системы. Агрегативная устойчивость коллоидных систем обусловлена тем, что в данном растворе все коллоидные частицы имеют электрический заряд, одинаковый по знаку. Поскольку между частицами с одинаковым по знаку зарядом действуют силы электростатического отталкивания, взаимного соединения таких частиц не происходит.
Возникновение электрического заряда коллоидных частиц обуславливается либо адсорбцией ими из раствора ионов одного какого-либо знака заряда, либо отдачей ими в раствор ионов также одного какого- либо знака.
Коллоидная частица по отношению к остальному объему окружающей ее жидкости является отрицательно заряженной. Заряд ее определяется значением потенциала на границе между адсорбционным и диффузионным слоями. Потенциал движущейся коллоидной частицы относительно окружающего ее объема жидкой фазы получил название электрокинетического или ξ (дзета) – потенциала. ξ – потенциал характеризует агрегативную устойчивость коллоидной системы. Чтобы ее нарушить, необходимо устранить силы отталкивания, действующие между коллоидными частицами и препятствующие их соединению друг с другом, т.е. нужно понизить ξ – потенциал.
Сущность взаимной коагуляции состоит в том, что к коллоидному раствору, частицы которого имеют отрицательный заряд, добавляют другой коллоидный раствор с положительно заряженными частицами, в результате чего образуется твердая микрофаза. Так как коллоидно-дисперсные примеси природных вод характеризуются отрицательным знаком ξ – потенциала, для их коагуляции применяют коллоидные растворы, имеющие положительный ξ – потенциал. Положительно заряженные коллоидные растворы образуют различные труднорастворимые в воде основные соли и гидроокиси металлов, в частности Al(OH) , Fe(OH) , Fe(OH) . Возникновение положительного заряда этих коллоидов может быть объяснено отдачей ими в раствор в результате диссоциации отрицательно заряженных ионов гидроксила.
При коагулиции воды положительно заяженный коллоидный раствор вводят не в готовом виде, а получают непосредственно в обрабатываемой воде. Так, положительно заряженные коллоидные растворы гидроокисей железа и алюминия получают в результате гидролиза их сернокислых или хлористых солей.
Наибольшее распространение получили сернокислые соли Al (SO4) Коагуляция исходной воды солями железа применяется в сочетании с известкованием, поэтому в нашем случае не рассматривается. В качестве коагулянта мы применяем Al (SO ) . При добавлении к воде сернокислые соли алюминия, как сильные электролиты, полностью диссоциируют:
В результате происходит образование труднорастворимой соли Al(OH)3, которая разрушает электростатическое равновесие коллоидной системы и происходит коагуляция примесей исходной воды.
Оптимальная доза коагулянта зависит от свойств дисперсной системы: температуры, количества взвешенных веществ и коллоидно-дисперсных веществ, значения рН коагулируемой воды. Как правило доза коагулянта находится в пределах от 0,5-2,0 мг-экв/л, устанавливается экспериментально для каждого водоисточника в зависимости от времени года в лабораторных условиях.
Далее для интенсификации процесса коагуляции добавляют флокулянт. Применение флокулянта на основе полиакриламида (ППА), как правило, приводит к увеличению прозрачности воды, к обезвоживанию осадков, к агломерации хлопьев коагулированной смеси и увеличению скорости осаждения осадка [2]. Для интенсификации процесса применяют флокулянт PRAESTOL 650 BC. Был выбран именно этот вид, так как были проведены сравнительные испытания флокулянта PRAESTOL 650 BC в сравнении с PRAESTOL 530, PRAESTOL 2530. Результаты показали, что предпочтительным на данный момент является PRAESTOL 650 BC. В частности, его преимущество заключается в более интенсивном уплотнении осадка по сравнению с другими видами, образующими более крупные и тяжелые хлопья [3].
Результатом коагуляции воды с последующей флокуляцией являются увеличение ее прозрачности и снижение содержания взвешенных веществ, окисляемости, соединений железа.
В связи с непостоянным составом исходной воды, в течение нескольких дней были проведены анализы, которые показали эффективность данных реагентов.
Результаты приведены в таблице 1.
Таблица 1 – Результаты исследования исходной воды
В заключение следует отметить, что использование реагентов, таких как сульфат алюминия в качестве коагулянта и PRAESTOL 650 BC в качестве флокулянта приводит к значительному увеличению ее прозрачности и снижению содержания взвешенных веществ, окисляемости, соединений железа, а значит их добавление в процесс очистки воды является эффективным.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
- Сомов М.А. Водопроводные системы и сооружения. – М.: Стройиздат, 1998. – 304 с.
- Фрог Б.Н., Левченко А.П. Водоподготовка. – М.: МГУ, 1996. – 185 с.
- Проскуряков В.А., Шмидт Л.И. Очистка сточных вод в химической промышленности. – М.:1997.– 285 с.