КОАГУЛЯЦИЯ ПРИМЕСЕЙ СТОЧНЫХ ВОД Текст научной статьи по специальности «Экологические биотехнологии»

ISSN 2223-4047

Вестник магистратуры. 2018. № 5-4(80)

УДК 62

Р.А. Никонова, Д.Р. Дрягина КОАГУЛЯЦИЯ ПРИМЕСЕЙ СТОЧНЫХ ВОД

Коагуляцией называют процесс слипания твердых частиц в момент их соприкосновения. Очистка воды коагуляцией представляет собой обработку воды реагентами - коагулянтами, под действием которых мельчайшие частицы загрязнителей укрупняются, слипаются в хлопья. В статье рассматриваются основы процесса коагуляции, типы коагулянтов и основные методы коагуляционной очистки. Коагуляция является наиболее оптимальным методом очистки и экономически выгодным, так как реагент позволяет очистить воду сразу от множества примесей.

Ключевые слова: коагуляция, частица, адсорбционный слой, реагент.

Сегодня существует несколько методов очищения загрязненных вод, среди которых особую популярность получил коагуляционный метод очистки воды, относящийся к категории химических, не представляющий угрозы микрофлоре природного водоема, куда идет слив сточных вод предприятия.

Коагуляция - это слипание частиц коллоидной системы при столкновениях в процессе теплового движения, перемешивания или направленного перемешивания во внешнем силовом поле. В результате коагуляции образуются агрегаты более крупные (вторичные) частицы, состоящие из скопления мелких (первичных) частиц. Первичные частицы в таких агрегатах соединены силами межмолекулярного взаимодействия непосредственно или через прослойку окружающей (дисперсной) среды.

Коллоидные частицы, представляющие собой совокупность большого числа молекул вещества, содержащегося в сточной воде в диспергированном состоянии, при перемешивании прочно удерживают покрывающий их слой воды. Обладая большой удельной площадью поверхности, коллоидные частицы адсорбируют находящиеся в воде ионы преимущественно одного знака, которые значительно снижают свободную поверхностную энергию коллоидной частицы. Ионы, непосредственно прилегающие к ядру, образуют слой поверхностно-ядерных ионов, или так называемый адсорбционный слой. В этом слое может находиться также небольшое количество противоположно заряженных ионов, суммарный заряд которых, однако, не компенсирует заряда поверхностно-ядерных ионов. В связи с тем, что на границе адсорбционного слоя создается электрический заряд, вокруг гранулы (ядра с адсорбционным слоем) образуется диффузионный слой, в котором находятся остальные противоположно заряженные ионы, компенсирующие заряд гранул. Гранула вместе с диффузионным слоем называется мицеллой. Потенциал на границе ядра — термодинамический потенциал (ф0) равен сумме зарядов всех поверхностно-ядерных ионов. На границе адсорбционного слоя ф0-потенциал уменьшается на величину, равную сумме зарядов, находящихся в адсорбционном слое противоположно заряженных ионов. Потенциал на границе адсорбционного слоя называется электрокинетическим потенциалом (£).

На частицы коллоидов действуют диффузионные силы и частицы стремятся равномерно распределиться во всем объеме жидкой фазы. Наличие у частиц электрических зарядов одного знака вызывает у них взаимное отталкивание. Одновременно между коллоидными частицами действуют межмолекулярные силы взаимного притяжения, которые проявляются лишь при небольших расстояниях между частицами. Чтобы вызвать коагуляцию коллоидных частиц, необходимо снизить величину их ^-потенциала до критического значения добавлением ионов, имеющих положительный заряд. Таким образом, при коагуляции происходит дестабилизация коллоидных частиц вследствие нейтрализации их электрического заряда. При снижении электрического заряда частиц, т.е. при снижении ^-потенциала, силы отталкивания уменьшаются, и становится возможным слипание частиц - процесс коагуляции коллоида. Для начала коагуляции частицы должны приблизиться друг к другу на расстояние, при котором между ними действуют силы притяжения и химического сродства. Сближение частиц происходит в результате броуновского движения, а также при ламинарном или турбулентном движении потока воды [1].

Коагулянты бывают двух типов: органические и неорганические. Неорганические коагулянты, представляют собой минеральные реагенты, а органические - искусственные полимеры. Правильный выбор коагулянта предусматривает предварительный анализ воды и консультации со специалистами по использованию коагулянта для очистки воды. Выбор коагулянта осуществляется с учетом состава воды, величины pH, степени и характера загрязнения, характера установки коагуляции. От этих параметров

© Никонова Р.А., Дрягина Д.Р., 2018.

Вестник магистратуры. 2018. № 5-4(80)

ISSN 2223-4047

зависит интенсивность обработки и выбор коагулянта. В зависимости от характера загрязнения может быть выбран тот или иной минеральный или органический коагулянт. Каждый из типов коагулянтов эффективен с определенными видами загрязнений воды, поэтому в случае примесей смешанного характера допускается одновременное использование обоих типов коагулянтов. Совместное использование минеральных и органических коагулянтов позволяет повысить эффективность очистки воды, а также сократить объем осадка [2].

Недостатки метода коагуляционной очистки сточных вод (значительный объем коагулянтов, большой объем получающегося осадка, сложность его обработки и складирования, увеличение степени минерализации обрабатываемой сточной воды) не позволяют рекомендовать коагуляцию как самостоятельный метод очистки.

К основным методам коагуляционной очистки относятся: коагуляция электролитами, гетерокоагу-ляция, в том числе взаимная коагуляция коллоидов, а также коагуляция под действием физических или химических факторов (перемешивание, нагревание, замораживание и др.). Следует отметить, что гетеро-коагуляция - взаимодействие коллоидных и мелкодисперсных частиц с агрегатами, образующимися при введении коагулянтов (солей - алюминия, железа и т.п.) в воду, является основным процессом коагуляционной очистки сточных вод [3] .

Массу реагента, используемую на обработку единицы объёма воды, называют дозой. Ориентировочную дозу коагулянта можно определить в соответствии со СНиП 2.02.02-84 "Водоснабжение. Наружные сети и сооружения" по формуле, а также по методикам, изложенным в "Инструкции по нормированию расхода воды на хозяйственно-бытовые и технологические нужды, проведению лабораторно-производственного и санитарно - гигиенического контроля за качеством питьевой воды и очистки сточных вод". При содержании в воде примерно 100 мг/л взвешенных веществ доза коагулянта составляет 25 -35 мг/л.

Коагуляция играет важную роль во многих технологических процессах. Сточные воды большинства производств - это агрессивная и устойчивая система. Именно поэтому наиболее оптимальным методом их очистки является методика коагуляции, что позволяет разрушить устойчивую систему, образовав крупные частицы. Выбирая коагуляционную систему очистки воды, следует подробно изучить методы коагуляции и определиться с реагентами, предусмотренными для введения в подверженные обработке стоки. Отдавая предпочтение коагуляции, можно сэкономить, так как реагент позволяет очистить воду сразу от множества примесей.

Библиографический список

1. Захарченко В. Н.[Текст] Коллоидная химия: Учеб. для для медико-биолог. спец. вузов.-2-е изд., перераб. и доп.-М.: Высш.шк., 1989.-238 с.

2. Бабенков Е.Д. Очистка воды коагулянтами [Текст] М.: «Наука», 1977. 356 с.

3. Основные методы коагуляционной очистки [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.gaps.tstu.ru/win-1251/lab/sreda/ope/ob_ecol_html/koagulazia.html

4. Расчет дозы коагулянта [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://nomitech.ru/articles-and-blog/raschet_dozy_koagulyanta/

НИКОНОВА РАДА АНДРЕЕВНА - магистрант, Санкт-Петербургский государственный морской технический университет, Россия.

ДРЯГИНА ДАРЬЯ РОМАНОВНА - магистрант, Санкт-Петербургский государственный морской технический университет, Россия.