Разработка технологии очистки поверхностных сточных вод

2
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ............................. 5
1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ......................... 9
1.1. Характеристика ливневых сточных вод .................... 9
1.2. Основы коагуляционной очистки............................... 15
1.2.1 Основные понятия и общие положения...................... 15
1.2.2 Основные положения теории устойчивости лиофобных коллоидов .................................................... 18
1.2.3 Теория устойчивости лиофильных и лиофилизированных коллоидов.......................... :.....................24
1.2.4 Методы снижения устойчивости дисперсных систем 28
1.2.5 Коагуляция золей электролитами ......................... 28
1.2.6 Гетерокоагуляция загрязнений с продуктами гидролиза коагулянтов................................................... 33
1.3. Сорбция и гетерокоагуляция загрязнений твердофазными реагентами.................................................... 38
1.3.1 Классификация и свойства природных сорбентов............ 38
1.3.2 Применение природных сорбентов в процессах очистки сточных вод................................................ 43
1.4. Кинетика коагуляции .-...................................... 46
1.5. Существующие методы очистки поверхностных сточных вод. . . 50
1.5.1 Безреагентные методы очистки............................ 52
1.5.2 Основные реагентные методы очистки...................... 57
1.6. Цель работы................................................. 61
2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ......................... 63
2.1. Характеристика объектов исследования........................ 63
3
2.2. Исследование основных факторов устойчивости дисперсных систем........................................................ 78
2.2.1. Основные подходы к изучению факторов устойчивости дисперсных систем............................................. 78
2.2.2.Техника проведения экспериментов......................... 83
2.2.3. Влияние основных физико-химических параметров на электроповерхностные свойства дисперсных частиц............... 84
2.2.4. Закономерности парного взаимодействия частиц латекса в условиях преобладания электростатического фактора устойчивости.................................................. 87
2.2.5. Кинетика коагуляции полистирольного латекса в присутствии неионогенных стабилизаторов............................. 95
2.2.6. Энергия потенциального барьера отталкивания, обусловленного сольватно-адсорбционном фактором стабилизации 98
2.3. Влияние гидродинамики процесса на кинетику' коагуляции 105
2.4. Реагентные методы очистки поверхностных сточных вод 108
2.4.1. Очистка сточных вод коагулянтами....................... 109
2.4.2. Очистка сточных вод совместным применением коагулянтов и модифицированных алюмосиликатов........................ 114
2.4.3. Совместное применение реагента «Экозоль-401» и флоку-лянта ВПК-402................................................ 117
2.4.4. Влияние высокодисперсного твердофазного реагента «Экозоль-401» на степень коагуляции полистирольного латекса.. 122
2.4.5. Определение оптимальных технологических параметров очистки сточных вод реагентом «Экозоль-401» и флокулянтом-402. 124
3. ТЕХНОЛОГИЯ ОЧИСТКИ ПОВЕРХНОСТНЫХ
СТОЧНЫХ ВОД............................. 145
3.1 Технологическая схема и режимы обработки воды................. 145
3.2 Характеристика используемых реагентов......................... 150
20
Параметры ДЭС изменяются при добавлении к дисперсной системе растворов электролитов и ПАВ. С повышением концентрации электролита, не содержащего потенциаюпределяющих ионов, происходит уменьшение толщины диффузной части ДЭС. Сжатие ДЭС сопровождается уменьшением 4*1 и С, потенциалов, вследствие роста концентрации противоионов при неизменном потенциале поверхности [38]. Сжатие такого типа может привести к концентрационной коагуляции. С ростом заряда противоиона при одной и той же концентрации электролита Т| и С уменьшаются в большей степени. Высокозарядные противоионы АП3, Ре“\ ТЬ4" или сложные органические ионы, вследствие ван-дерваальсовых сил могут сорбироваться сверхэквивалентно. В результате этого, изменяется не только величина, но и знак С-потенциала, в этом случае возможна коагуляция за счет специфической адсорбции. При этом зависимость С,-потенциала от концентрации проходит через изоэлектрическую точку (^=0) [38].
При сближении одинаково заряженных частиц в растворе электролита происходит их отталкивание. Причем, если расстояние между частицами (Н) больше, чем двойная толщина ДЭС (X), частицы вообще не взаимодействуют. Силы отталкивания проявляются при перекрытии диффузных слоев, при этом повышается концентрация противоионов по сравнению с невзаимодействующими слоями. Избыточная концентрация ионов создает осмотическое давление, стремящееся раздвинуть поверхности, т.е. приводит к возникновению элеклростатической составляющей расклинивающего давления [11-14].
Расчет силы отталкивания был впервые проведен Дерягиным на основе теории ДЭС Гуи-Чемпена и теории сильных электролитов Дебая-Хюккеля. При этом принимали [15], что ионы - точечные заряды, растворитель - сплошная среда с постоянной диэлектрической проницаемостью 8. а распределение ионов в наружном ионном слое подчиняется закону распределения Больцмана. В теоретических расчетах энергии отталкивания существует два подхода: постоянст-
21
ва поверхностного потенциала и постоянства поверхностного заряда.
Для больших расстояний между сферическими частицами, что существенно для расчета дальних взаимодействий, предложено уравнение, описывающие энергию электростатических сил отталкивания [15].
1ЛЛ=[8 • (кТ)2 • е • г • у2 • ехр(-х • Н)]/е2 г2, ^ 2)
где у=ехр(г • е • ЧУ2кТ)-1/ехр(2 • е • ЧУ2кТ)+1,
Н - расстояние между поверхностями, г - радиус частиц, х - параметр Дебая, Х-[(8* • е2Ы ■ сО/е ■ кТ)1'2 [41,42], (1.3)
где с - концентрация иона, е - элементарный заряд, 7 - заряд иона.
Для плоских двойных слоев и матом значении поверхностного потенциала, т.е. При 7 е %«кТ
иэл=(64 • с • кТ/х) • у2 • ехр(-хН). (1.4)
Уравнение может быть использовано при значительных расстояниях между поверхностями. Учет слоя Штерна приводит к необходимости вводить поправку на толщину слоя в уравнениях для расчета энергии ионно-электростатического отталкивания и % заменять на - потенциал на границе слоя Штерна. При высоких концентрациях электролитов % не сильно отличается от (^-потенциала, поэтому для расчетов их приравнивают [15].
У дисперсных частиц неодинаковой природы должны быть различны и заряды поверхности. При различных зарядах поверхности на любых расстояниях, соответствующих перекрытию ДЭС, возникают силы притяжения, которые вызывают слипание частиц, - гетерокоагуляцию или взаимную коагуляцию. При одинаковом знаке заряда и равных потенциалах поверхности, эти силы вызывают положительное расклинивающее давление - отталкивание; однако при некотором различии в величине потенциалов, они могут проявляться как силы притяжения [12]. Следовательно, при разноименных потенциалах поверхности или одноименных, но при некотором различии в их величинах могут возникать равновесные поверхностные силы притяжения.