Методы физико-химической очистки воды, нх общие принципы и конструктивные особенности аппаратов.

Физико-химические методы очистки используются для удаления из воды тонкодисперсных примесей:

Флотация, адсорбция, коагуляция, ионный обмен, экстракция, обратный осмос, ультрафильтрация, выпаривание и др.

«+»- степень очистки в среднем равна 90%

- возможность удаления токсичных, биохимических и неокисляемых веществ.

- возможность рекуперации (извлечения)

- компактные размеры аппаратов

«-»- высокая стоимость Me из-за дорогих реагентов и сложности аппаратуры

- размер частиц 1-100 мкм

Флотация – процесс молекулярного прилипания частиц флотируемого материала к поверхности раздела 2ух фаз (газа и жидкости), обусловленный поверхностными явлениями смачивания.

Адсорбция - это процесс поглощения вещества из раствора поверхностным слоем твёрдого тела, т.е. процесс разделения, характеризуемый переходом вещества из газов/ жидкости в твёрдую фазу.

Коагуляция - это процесс укрупнения мелкодисперсных частиц.

Коагуляция происходит при введении в СВ минеральных веществ – коагулянтов (соли алюминия, железа их смеси).

Ионный обмен - процесс взаимодействия раствора с твёрдой фазой (ионитом), в результате чего происходит обмен ионами, находящимися в растворе и ионами на поверхности ионита. Применяется для очистки СВ от ионов металлов, а также мышьяка, фосфора, радиоактивных веществ.

Экстракция – извлечение веществ, растворённых в жидкости, другой жидкостью, которая практически не смешивается с первой. При этом извлекаемый компонент переходит из одной жидкой фазы в другую.

Обратный осмос и ультрафильтрация – процессы фильтрования растворов через полупроницаемые мембраны, которые пропускают молекулы растворителей, задерживая растворяемые вещества.

Выпаривание - СВ нагреваются (обычно острым паром), вода испаряется, соли выпадают в виде кристаллов или образуются высококонцентрированные растворы солей (рапа).

 

23. Коагуляция и флокуляция. Физическая сущность и конструктивные оформление процессов.

Коагуляция - это процесс укрупнения мелкодисперсных частиц.

Коагуляция происходит при введении в СВ минеральных веществ – коагулянтов (соли алюминия, железа их смеси).

Физико-химическая сущность процесса: коллоидные частицы представляют собой совокупность большого количества молекул вещества. Обладая большой площадью удельной поверхности, они адсорбируют находящиеся в воде ионы преимущественно одного знака (адсорбционный неподвижный слой), а вокруг ядра с адсорбционным слоем образуется диффузионный подвижный слой. Разность потенциалов, возникающая между ними на границе адсорбционного слоя – ξ – потенциал, значение которого определяет величину электростатических сил отталкивания частиц (препятствующие их слипанию).

При введении коагулянтов в воде происходит их гидролиз с образованием гидроксидных хлопьев. Хлопья

имеют положительный заряд, поэтому к ним притягиваются отрицательно заряженные взвешенные частицы, следовательно, увеличиваются в размерах и оседают в осадок.

Al₂(SO₄) ₃ + HOH = Al(OH) ₃ + H₂SO₄

Al³⁺ + 3HOH = Al(OH) ₃(осадок)+ 3H⁺

Ме ³⁺ +НОН = Ме(ОН) ²⁺ + Н⁺

Ме(ОН) ²⁺+НОН= Ме(ОН) ₂⁺ + Н⁺

Ме(ОН) ₂⁺+НОН = Ме(ОН) ₃⁺ + Н⁺

Флокуляция - процесс укрупнения частиц при добавлении в воду высокомолекулярных соединений - флокулянтов. В отличие от коагуляции укрупнение происходит не только при непосредственном контакте частиц, но и в результате взаимодействия молекул адсорбирующего на частицах флокулянта Часто проводят для интенсификации процесса образования хлопьев гидроксида алюминия и железа. В качестве флокулянта испльзуется ПАА[СН₂-СН-СОNH₂] _n – полиакриламид, доза которого зависит от мутности и цветности.

Флокулянты обычно применяются вместе с коагулянтами - процесс убыстряется.

Процесс флокуляции и коагуляции состоит из 3 стадий:

1 - смешивание со сточной водой;

2-хлопьеобразование;

3- осаждение хлопьев

«-»- повышенный расход Me; - повышенный расход электроэнергии.

 

1- ёмкость для приготовления раствора коагулянта

2- дозатор, через него раствор попадает в смеситель

3 – камера смешивания

4- камера хлопьеобразования

5- отстойник

 

24. Электрокоагуляция и электрофлотацня. Физическая сущность и конструктивные оформление процессов.

Электрокоагуляция - процесс прохождения СВ через межэлектродное пространство, в этом

случае проводится электролиз СВ с использованием растворимых стальных или алюминиевых

анодов. Под действием электрического тока происходит растворение Me с образованием в воде

положительно заряженных катионов алюминия и железа(образование коагулянта), азатем образуются хлопья гидроксидов Me.

Al⁰ – 3e^- = Al³⁺ на

Fe⁰ – 2e^- =Fe²⁺ аноде

 

2Н₂О + 2е^- = Н₂ + 2ОН^- (подщелачивание воды) – на катоде

За счёт подщелачивания становиться возможным удаление ионов тяжёлых металлов по общей схеме:

Ме ⁿ⁺ + nOH ^- = Me(OH)_{n (в осадок)}

В присутствии ионов коагулянта первичные молекулы гидроксида быстро превращаются в крупные хлопья, что облегчает их дальнейшее отстаивание и улучшает свойства осветлённой воды.

Если в СВ содержатся частицы жировых и масленых загрязнений в виде иммульсий, то обеспечивается их слипание и последующее всплывание.

Если есть соединения 6-валентного хрома, то происходит их обезвреживание ионами железа:

3Fe²⁺ + Cr(VI) = 3Fe³⁺ + Cr³⁺

Продукты реакции взаимодействуют с катодной щёлочью.

Fe^{3 +}+ 3ОН^-= Fe(OH)_{3 (в осадок)}

Cr³⁺+ 3ОН^-= Cr(OH)_{3 (в осадок)}

Т.о. электрокоагуляция позволяет очистить СВ от катионов тяж. Ме, от иммульсий, жиров нефтепродуктов, масел, от ионов 6-валетного хрома и удалить мелкодисперсные примеси.

Электрокоагулятор представляет собой ванну с двумя электродами. Применяется для

очистки от минеральных частиц, от жиров и нефтепродуктов.

«+»- компактность установки; - отсутствие реагентов; - эффективность очистки 92-99%; - в очищенной воде содержится большое количество ионов алюминия и водорода.

Электрофлотация - очистка СВ от взвешенных частиц, нефтепродуктов, ПАВ, масел при помощи пузырьков воздуха или газа, образующихся при электролизе воды. Также применяют для очистки воды после аэротенков для раздела иловой смеси, глубокой очистки биологических СВ.

Для электрофлотации применяют 2 и 3 камерные установки с горизонтальными или вертикальными электродами. В качестве катодов «-» используется никель или нержавеющая сталь (пластины или сетки), в качестве анодов «+»- пластины из графита или орт – оксид рутения на титановой основе.

Схема электрофлотации: