CC BY
11
Удк 661.183.123
НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ ПРИМЕНЕНИЯ СИЛЬНЫХ ПОЛИЭЛЕКГРОЛИТОВ В ПРОЦЕССАХ ВОДООЧИСТКИ
А.П. Платонов. С.Г. Ковчур
Чаще всего природная вода используемая в промышленности, содержит примеси в виде глины и гумусовых или гуминовых веществ - продуктов распада растений. Эти частицы при столкновении друг с другом обычно отталкиваются, так как обладают агрегативной устойчивостью Цля обеспечения коагуляции необходимо нарушить агрегативную устойчивость т.е. довести заряд частицы до минимума. Частицы гумуса и глины способны к обменной адсорбции Kai ионов диффузного слоя \ л двух и трехвалентные катиоьы. Пои поглощении частицами из воды катионов Мс Сг их устойчивость понижается. В еще большей степени устойчивость частиц снижается при адсорбции катионов AI и Fe"h Поэтому в практике коммунального водоснабжения для снижения агрегативной устойчивости примесей, содержащихся в воде, применяют коагулянты с трехвалентными катионами: железный купорос, хлорное железо, сульфат алюминия. При растворении таких солеи в воде происходит их гидролиз Химические реакции взаимодействия коагулянтов с водой выглядят следующим образом:
Л/2(50,)з + ЗСЦ#С0,). =2А1(ОН Х + ЪСаЪ0А+ЬС02^ Al2(S04)3+3Mí>(HC03)2 = 2Al(0H)} 4- + 3MgSOA + 6СО: Т
reSO, + Са ( НСОх = Fe ( НСО ) + CaSO4
Для ускорения процесса в воду добавляют известь: Fe(HCOy)2+Ca(OH) = Fe(OH), 1+Са(ИС03]
4Fe(0H)2 + 0_+2H20=4Fe(0H <
Доза коагулянта для вод разного состава не одинакова и должна устанавливаться путем опытного коагулирования исходной воды Необходимое количество коагулянта зависит от ряда факторов солевого состава воды величины ее рН, температуры, химических свойств коагулянта. Оптимальная доза коагулянта вызывает образование крупных, быстро оседающих хлопьев и не дает опалесценции воды. Затем хлопья коагулянта со взвешенными примесями под действием силы тяжести выпадают в осадок. Осаждение взвешенных веществ происходит с различной скоростью которая зависит от формы размеров, плотности частиц и от температуры воды. После осаждения наиболее плотных частиц взвеси процесс отстаивания замедляется. Поэтому практически очистка воды осуществляется на 70-87 % от теоретически возможного.
Применению неорганических коагулянтов свойственны следующие недостатки [1,
2]:
1. Невозможность обеспечить в воде нормируемое количество остаточного алюминия, железа или других токсичных катионов металлов.
2. Необходимость подщелачивания для осуществления гидролиза коагулянта, т.к коагулирующим действием обладают в основном продукты его гидролиза.
3. Значительный расход коагулянтор в результате чего повышается коррозионная активность воды увеличивается скорость коррозии трубопроводов
По сравнению с неорганическими коагулянтами полимерные коагулянты обладают следующими преимуществами
1 Обеспечивают такой же или лучший результат при значительно меньших дозах
2. Работают в широком диапазоне рН и щелочности.
3 Не изменяют рН очищенной воды
104
Вестник УОВГТУ
4. Не снижают эффективность пои хлорировании.
5. Не добавляют в очищенную воду растворенных металлов железа и алюминия).
6. Увеличивают скорость разделения жидкой и твердой Фазы.
7. Увеличивают срок службы фильтров прямой фильтрации 8 Минимизируют объем образующегося осадка
9. Сокращают расходы на обработку и удаление осадка. Ниже приведена схема очистки коллоидной суспензии.
Стабильная коллоидная суспензия
Минеральный коагулят
П
Стадия коагуляции (дестабилизация коллоидной системы
и образование микрохлопьев)
________
Органический сЬлокулянт (полиэлектролит)
Стадия флокуляции (образование макрохлопьев)
Осаждение суспензии
Полиэлектролиты обладают флокулирующими, стабилизирующими и структурообразующими свойствами и применяются в качестве флокулянтов, коагулянтов эмульгаторов. Процесс слипания одинаковых по природе и заряду частиц с образованием крупных агрегатов называется коагуляцией, а агрегация разнородных частиц, отличающихся природой, знаком или величиной поверхностного заряда называется гетерокоагуляциеи. Для интенсификации процесса агрегации частиц и достижения разделения фаз дисперсной системы применяют коагулянты и флокулянты, а также их смеси [3].
Подобен гетерокоагуляции и процесс флокуляции, происходящий при действии на дисперсные системы высокомолекулярных органических или неорганических соединений. В отличие от компактных коагулянтов, возникающих при действии на дисперсную систему низкомолекулярных электролитов, при флокуляции образуются более крупные и рыхлые агрегаты. Флокуляция является необратимым процессом по сравнению с коагуляцией когда возможна дезагрегация (пептизация) осадка. Макромолекула флокулянта в результате одновременной адсорбции на двух или нескольких частицах дисперсии связывает их в агрегаты полимерными мостиками.
В качестве высокомолекулярных водорастворимых флокулянтов используют неорганические полимеры (например, полимерную кремниевую кислоту), природные полимеры (производные целлюлозы, крахмала) и синтетические органические полимеры (полиэлектролиты и полиакриламидные флокулянты) [4].
В настоящей работе использовались водорастворимые полиэлектролиты хлорид поливинилбензилтриметиламмония (С1Р) и полистиролсульфокислота (НР) или ее соли Полистиролсульфокислота получена сульфированием полистирола с мольной массой 150000. Очистка НР осуществлялась с помощью диализа через целлофановую полупроницаемую мембрану, а также пропусканием через катионит Мольная масса С1Р составила 180000. Исследовалась возможность применения полиэлектролитов в качестве флокулянтов при водоподготовке на ТЭЦ «Южная»
Витебского телезавода, где в качестве коагулянта применяют /чг,
Эффективность флокулянтов оценивалась по количеству взвешенных частиц в осветленном слое воды фотоколориметрическим и весовым методами. Пробы воды подвергались исследованию в день отбора. Мутность неочищенной воды изменялась в пределах от 10 до 12 г/л Концентрация НР и С1Р составила 30 мг/л,
Рё. [30 ( - 100 мг/л. Л[ - 100 мг/л. Результаты исследований
приведены на рисунке.
Установлено, что оптимальная концентрация полиэлектролитов составляет 30 мг/л, время отстаивания - 110-120 мин. При такой концентрации полиэлектролита образуются крупные хлопья, которые быстро выпадают в осадок. Флокулирующее действие С1Р выше по сравнению с НР по следующим причинам"
1. Поликатионит является монофункциональным и имеет основной характер.
2 Хлорид поливинилбензилтриметиламмония способен диссоциировать в широком интервале рН среды.
3 Катионные водорастворимые полиэлектролиты обладают большой обменной емкостью и вязкостью, что обусловлено наличием хлорметильных групп
4. Промышленные воды содержат больше отрицательно заряженных частиц.
5. Появляется возможность использовать в качестве флокулянтов отходы промышленных предприятий, содержащих полиэлектролиты (ПО «Полимир»)
Применение водорастворимых полиэлектролитов в процессе водоподготовки на теплоэлектроцентралях является целесообразным и дает возможность достичь высокой степени осветления воды.
106
вестник УОВГТУ
14 Т
12 ••
10
8 -■
6 ■■
4
2 ■■
■CIP ■HP
-Fe2(S04)3 -AI2(S04)3
i I I—I I I—I—I I I I—I I I I I I I .
I I i—I—I—I—I > I—I—I—I—I-
20
40
60
80
100
120 140
т, мин
Рисунок - Зависимость массы взвешенных частиц от времени отстаивания воды
после добавления коагулянта и флокулянта: 1 - CIP 2 - HP. 3 - Fe2 S04
Список использованных источников
1. Матов Б.М. Флотация в пищевой промышленности. - Москва: Пищевая промышленность, 1976. - 167 с.
2. Тимофеева С.С. Современные методы очистки сточных вод предприятий мясоперерабатывающей промышленности // Химия и технология воды, 1993. - Т. 15. - № 7-8. - С. 571-577.
3. Вейцер Ю.И., Минц Д М. Высокомолекулярные флокулянты в процессах очистки природных и сточных вод. - Москва: Стройиздат, 1984. - 202 с.
4. Полиакриламид / Под ред. В.Ф Куренкова. - Москва: Химия, 1992. - 192 с.
SUMMARY
This work is devoted to the research of influence of polyelectrolytes (polybenzylthrimethylammonium chloride and polystyrenesulphoacid) at the quality of purification the water formed on thermal power-station. The estimation of polyelectrolytes efficiency as coagulants has been studied. The optimum concentration of polyelectrolyte in water is equal 30 mg/l.
о
о
