Реагентная обработка

Большинство осадков, образующихся в процессе очистки промышленных и городских сточных вод, гальванические шламы и пр. представляют собой трудноразделяемые суспензии. Дляих успешного обезвоживания необходима предварительная подготовка -- кондиционирование. Цель кондиционирования -- улучшение водоотдающих свойств осадков путем изменения их структуры и форм связи воды. От условий кондиционирования зависит производительность обезвоживающих аппаратов, чистота отделяемой воды и влажность обезвоженного осадка. Кондиционирование может осуществляться несколькими способами, различающимися по своему физико-химическому воздействию на структуру обрабатываемого осадка. Наибольшее распространение из них получили: химическая (реагентная) обработка; тепловая обработка; жидкофазное окисление; замораживание и оттаивание.

В практике обработки осадков промышленных сточных вод чаще всего применяются химические (реагентные) методы обработки. Реагентная обработка -- это наиболее известный и распространенный способ кондиционирования, с помощью которого можно обезвоживать большинство осадков сточных вод. При реагентной обработке происходит коагуляция -- процесс агрегации тонкодисперсных и коллоидных частиц, образование крупных хлопьев с разрывом сольватных оболочек и изменение форм связи воды, что приводит к изменению структуры осадка и улучшению его водоотдающих свойств. Для реагентной обработки используются минеральные и органические соединения -- коагулянты и флокулянты.

В качестве минеральных коагулянтов применяют соли железа, алюминия и известь. Эти реагенты вводят в обрабатываемый осадок в виде 10%-ных растворов. Наиболее эффективным является хлорное железо, которое применяют в сочетании с известью. Дозы внесения в среднем составляют соответственно 5--8 и 15-20 % (на сухое вещество обрабатываемого осадка). Кристаллическое хлорное железо у нас в стране является дефицитным продуктом. Заменить его может раствор хлорного железа, являющийся отходом некоторых промышленных производств. В ряде случаев успешно используется 27--28%-ный раствор хлорного железа -- отход титаномагниевого производства, доставляемый в гуммированных цистернах. Его ориентировочная стоимость 100 руб. за 1 т активной части сухой массы.

Химический механизм взаимодействия коагулянтов с осадком следующий. Введенный в водную среду сернокислый алюминий взаимодействует с содержащимися в воде бикарбонатами, образуя первоначально гелеобразный гидрат оксида алюминия:

Если щелочность среды недостаточная, она увеличивается путем добавления извести, и тогда

Образующиеся хлопья гидрата захватывают суспендированные и находящиеся в водной среде в коллоидном состоянии вещества и при благоприятных гидродинамических условиях быстро оседают в уплотнителе и хорошо отдают воду нааппаратах для механического обезвоживания путем фильтрации или центрифугирования.

При применении солей железа образуются нерастворимые гидроксиды железа

Наибольший эффект коагулирования достигается при рН = 4—8,5. С точки зрения полноты реакции и экономии реагента большое значение имеет хорошее и быстрое его смешение с обрабатываемым осадком. Расходы подаваемых в смеситель реагентов можно измерять с помощью ротаметров типа РПД.

Сернокислое оксидное железо менее эффективный, но зато более дешевый и легкодоступный реагент. Ориентировочно можно сказать, что при дозах сернокислого железа, в 1,5—2 раза превышающих дозы хлорного железа, производительность обезвоживающих аппаратов и влажность обезвоженного осадка одинаковы.

Известь используют не только в сочетании с солями железа, но и как самостоятельный коагулянт, оказывающийся в ряде случаев весьма эффективным. При использовании в качестве коагулянта наблюдается тенденция к ее регенерации из золы после сжигания обезвоженных осадков. Недостатками минеральных реагентов являются дефицитность, высокая стоимость, коррозионность, а также трудности при их транспортировании, хранении, приготовлении и дозировании.

За рубежом для кондиционирования осадков промышленных сточных вод наряду с минеральными реагентами находят применение синтетические флокулянты. Специально для этих целей флокулянты выпускаются зарубежными фирмами "Доу", "Геркулес"(США), "Диа-Прозим"(Франция) и -др.

Синтетические полиэлектролиты, или полимеры, вводятся в осадок непосредственно перед центрифугированием или фильтрованием. Эти полимеры уничтожают или уменьшают электрические отталкивающие усилия суспендированных твердых частиц, которые стремятся удержать их на расстоянии. За счет притяжения этих частиц образование хлопьев и сепарирование происходят значительно быстрее и эффективнее.

Синтетические органические флокулянты -- линейные, водорастворимые макромолекулы со степенью полимеризации до (50—200)×10³. По физико-химическим свойствам они подразделяются на следующие группы:

· неионные - полиакриланид, полиоксиэтилен и т.д.;

· ионогенные гомополимеры -- анионные, полиметакриловая кислота и др., катионные (полиамины и др.);

· ионогенные сополимеры — анионные, катионные. Поскольку в осадках сточных вод в основном находятся отрицательно заряженные коллоиды, то наибольший интерес представляют катионные флокулянты. Катионные синтетические органические флокулянты содержат связанный с полимером атом азота, заряженный в воде положительно, и свободно движущийся противоион кислотного остатка (С1-, Сн3so4-, Вг-и т.д.).

Катионные гомополимеры получают путем полимеризации аминов, диметиламиноэтилметакрилата (ДМАЭМА), четвертичного ДМАЭМА и т.д. Эти флокулянты выпускают в жидкой (например, Праестол 185 К фирмы "Штокхаузен") или порошкообразной форме (Праестол 444 К) и применяют при кондиционировании осадков перед обезвоживанием на иловых площадках или на ленточных фильтр-прессах.

Сополимеры, как и гомополимеры, выпускают в жидкой или порошкообразной форме и применяют при центрифугировании и фильтр-прессовании осадков. Флокулирующий эффект сополимера определяется содержанием катионоактивных групп и его молекулярной массой.

Ведущие фирмы-поставщики ("Штокхаузен" и "Эллайд Коллоиде", "Налко" и "Доу" и др.) выпускают флокулянты практически с любой катионной активностью — от 0 до 100 %. Это обстоятельство позволяет выбрать оптимальный тип флокулянта для кондиционирования конкретного вида осадка.

На адсорбционную способность флокулянта влияет химический состав макромолекул,их гибкость, молекулярная масса, функциональность (количество ионных групп, приходящихся на единицу длины макромолекулы), распределение активных групп по длине макромолекул. Флокулянты хорошо растворяются в воде и обычноих свойства исследуются в водных растворах. Наиболее употребительным параметром для оценки размеров макромолекулы, а также ее молекулярной массы является предельное число вязкости

[h]- предельное число вязкости, см³/г, h_отн-- относительная вязкость раствора; с- концентрация раствора, г/см³.

К достоинствам синтетических флокулянтов следует отнести отсутствие коррозионных свойств, хорошие санитарные

условия эксплуатации сооружений, низкие затраты на транспортирование.

Молекулярная масса синтетических флокулянтов колеблется от 0,5 до 2×10⁶. Исследования показывают, что с увеличением молекулярной массы эффективность действия флокулянта повышается.

Исследования, проведенные во Франции, показали, что для осадков, содержащих большое количество органических веществ (зольность 25-50 %), целесообразно использовать катионные флокулянты. Для осадков со средним содержанием органических веществ (зольность 55-65 %) следует комбинировать катионные и анионные флокулянты. При малом содержании органических веществ (зольность 66-70 %) следует применять преимущественно анионные соединения.

Флокулянты вводятся в осадок так же, как и минеральные реагенты, в виде растворов концентрацией около 0,01-0,5 % по активной части сухой массы.

Доза введения флокулянтов при фильтровании составляет от 0,2 до 1,5 % сухого вещества осадка. При этом производительность фильтров и влажность обезвоженного осадка те же, что и при кондиционировании минеральными коагулянтами.

Стоимость флокулянтов значительно выше стоимости минеральных реагентов, однако за счет уменьшения их доз по сравнению с дозами минеральных реагентов общая стоимость обработки при их применении, по зарубежным данным, сокращается приблизительно на одну треть.

Наиболее широко синтетические флокулянты применяют при центрифугировании осадков сточных вод. Доза флокулянта при этом составляет 0,05-0,2 % для сырых и 0,15-0,4 % для сброженных осадков, что позволяет достигнуть 95--96 %-ной эффективности задержания твердой фазы при влажности обезвоженного осадка примерно 50 %.

Использование флокулянтов пока не получило широкого распространения в нашей стране из-за их недостаточного выпуска, малого ассортимента и высокой стоимости. Исследования, проведенные в НИИКВОВ по применению некоторых флокулянтов отечественного производства для кондиционирования активного ила показали, что наиболее эффективными являются катионные флокулянты типа ВА, однако было отмечено, что влажность обезвоженного на вакуум-фильтре осадка остается высокой, приблизительно 85 %.

Среди синтетических флокулянтов в СССР наибольшее распространение получил полиакриламид (ПАА) - растворимый в воде полимер, содержащий в своей цепочной молекуле ионогенные группы. При его диссоциации образуется высокомолекулярный поливалентный анион и много простых маловалентных катионов, поэтому такие вещества называют полиэлектролитами. Действие ПАА объясняется адсорбцией его молекул на хлопьях гидроксида, образующегося при гидролизе коагулянтов. Из-за вытянутой формы адсорбция происходит в разных местах несколькими частицами гидроксида, в результате чего последние оказываются связанными вместе.

Дата добавления: 2015-07-19