Физико-химични основи на процеса на флокулация - studopediya

Съгласно разбира флокулация образуване флокулирана утайка от две отделни колоидни системи. Въведение обем флокуланти в отпадъчните води, съдържащи суспендиран и колоидни частици води до процес на ускорение на флокулация и утаяване, плътност нараства утаяване.

Процеси флокулация и стабилизиране наблюдава в системи за много различна степен на дисперсия, вариращи от колоидни разтвори с размер на частиците от около 0.1 микрона и завършващи груби суспензии, промишлени утайки и почва агрегати с размер на частиците от 100 микрона, широка гама от концентрации на твърдата фаза от 0001 до 15-30%.

Флокулиращи свойства са високи съединения молекулно тегло (ВМС). Обикновено при малки количества на Втората световна война е процес на флокулация, и като цяло - стабилизиране.

процес флокулация включва три етапа: адсорбция; mostikopodobnoy образуване структура; директно флокулация. Адсорбционни флокуланти дисперсната фаза частици могат да възникнат чрез електростатично или химическо взаимодействие, йонообменна, на ван дер Ваалс сили.

Механизмът на действие на флокуланти е тяхната адсорбция на няколко частици да образуват полимерни мостове, свързване на частиците заедно. Macromolecules флокулант, като по свързват голям брой коагулирани частици образуват голям бързо нарастващата зърнени култури.

Флокулирането протича ефективно в определено съотношение между размера на колоидни частици и смола макромолекули, както и при специфична конформация на полимерните молекули с дължина на веригата. С голяма разлика в размера на колоидни частици и полимер макромолекулите флокулация става невъзможно поради ниската вероятността от образуване на полимерните мостове. Macromolecules малки размери се адсорбират само на една голяма частица, не образуват полимерни мостове и не се свързват частиците заедно.

За флокулация обработва типична скорост на образуване на агрегат, когато се прилагат относително ниски полимерни дози. Флокулирането практически завърши по време на смесването на колоиден разтвор или суспензия на полимера.

В зависимост от химичния състав на примесите се отстраняват и техните физически и химически състояние, както и задачата възможни случаи на коагуланти и флокуланти самостоятелно или в комбинация. Механични примеси се отстраняват с успех в използването на флокулант. Един пример за използването на комбинация от двата вида на реагентите може да бъде питейна вода. В флкулант насърчава загрубяването на твърдата фаза в люспи и бързото уреждане на последните.

Добавяне на малки дози от флокуланти преди утаители или утаители се усилва и подобрява производителността, тъй като тези структури и филтри. За да се подобри процеса на филтриране се прибавят флокуланти непосредствено преди пристигането на вода към филтрите или контактни бистрители.

На контакт бистрители и филтри използват флокуланти помага удължи времето на защитно действие натоварване, подобряване на качеството на филтрата, и нивото на филтрация увеличи относителното намаляване на консумацията на вода за измиване.

Използването на флокуланти за оперативна обработка на вода станции позволява да се увеличи производителността на отделните структури и станцията като цяло. По време на наводнения, ниска температура на водата и др. Когато технологичните съоръжения осигуряват стандарт на качеството на водата само на по-ниска производителност, използването на флокуланти, позволява да се поддържат желаните структури за изпълнение.

Флокулянти принадлежат към класа на линейни полимери, които се характеризират с форма на верига макромолекули. Модното масата на флокуланти в интервала от десетки хиляди до няколко милиона, дължината на веригата на стотици хиляди ангстрьома.

Macromolecules могат да се йонизират във вода или отделени държави.

Съответно, флокулантите се различават:

· Полиелектролит (анионни, катионни флокуланти и полиамфолити).

Macromolecules флокуланти във вода взема различни форми в зависимост от химичната структура, молекулно тегло, полярен съдържание група в валентни катиони вода ниски и анионите, ориентация и взаимното разстояние между макромолекули.

Размер макромолекула зависи от броя на дисоциирани групи (например, присъствието на силни електролити KCI, Na 2SO 4 - насърчава образуването на повече компактни макромолекули).

Увеличаването на рН резултати в компресия на анионни макромолекули и да се увеличи размера на молекулите на флокулант катионен.

В държавните флокуланти твърди са аморфни или кристални материали.

Разтварянето на макромолекулни вещества във водата е бавен. Първоначално има оток на полимера и след това се образува хомогенен разтвор от взаимна дифузия на полимерни макромолекули и водни молекули. Тези процеси могат да бъдат ускорени чрез нагряване и интензивно, за да се избегне разбъркването разграждане.

За полиелектролити включва полимери, които имат в молекулата група с киселинни или основни свойства: -СООН; -SO2 ОН; -РО (ОН) 2; = NH; -NR2; NR3 ОН; -NHR2 ОН и др. В зависимост от естеството на тези групи полиелектролити са силни или слаби киселини или основи и техните соли.

Както флокуланти за природни и отпадъчни води от боя и колоидните частици са анионни полиелектролити, съдържащи група -СООН, -SO3 Н, -ОН, (активна силициева киселина, натриев полиакрилат, лигносулфонати, полиакриламид, Praestol - високо молекулно тегло съединения полиакриламидна основа, и т.н. .), катионни полимерна съдържащ -NH2 групи. = NH (полиетиленимин, винилпиридин съполимери), амфотерни съдържащи катионни и анионни групи (хидролизиран полиакриламид).

Анионните флокуланти могат да бъдат закрепени върху повърхността на частиците чрез водородно свързване и химическата взаимодействието на аниони с катиони, присъстващи на повърхността на частиците. Катионни полиелектролити могат да бъдат осигурени благодарение на неутрализират отрицателния заряд на частиците.

На флокулация процес засяга флокулант молна маса. Тъй като размерът увеличава броя на сегменти макромолекули способен адсорбция на частиците. Това води до образуването на по-големи агрегати. Въпреки това, значително повишаване на моларната маса води до пространствено пречене и намалена ефективност на процеса.

Основните видове индустриални флокуланти:

активна силициева киселина на (АА) - анионен тип полиелектролит получава чрез кондензация на нискомолекулни силициеви киселини или техните умерено разтворими соли.

Степента на полимеризация на макромолекули (размер на частиците) на активните киселинни разтвори AK свойства силициеви зависи от техните методи за получаване, продължителност и условия решения за съхранение и други фактори.

В повечето случаи, суровини за АК е водно стъкло - воден разтвор на натриев силикат, съдържащ 22,9-39% SiO2 и 8,6-14,6% Na2 О. Съставът на натриев силикат се изразява с формулата Na2 О · m SiO2 · п Н 2О , моларно съотношение SiO2 / Na2 О силикат нарича модул (М). Препоръчително е да се използва течно стъкло с М> 2,9. За AK предложи да се използва калциев силикат и магнезиев три.

За разлагане на натриев силикат използване минерални киселини (НС1, H 2SO 4 и др.), Въглероден диоксид и сяра (СО2. SO2), киселинни соли (NaHSO4. NaHSO3. NaHCO3), както и соли, които киселинна хидролиза [Na2 SiF6. Al2 (SO4) 3. A1CI3. FeCl3. FeSO4. (NH4) 2 SO4 и т.н.]. Разлагането на активатор на натриев силикат може да се използва успешно хлоро, йонообменни смоли; Тя насърчава разлагане и електролиза.

Получаване AK се състои от три етапа: 1) разграждане на натриев силикат с разпределение силикати (активиране водно стъкло), 2) на полимеризацията (поликондензация) силициеви Wi-mations високо продукти молекулно тегло (съзряване активен крем и Магнезиев киселина) и 3) разреждане на получената активното силициева киселина, за да предотврати по-нататъшно полимеризация и желиране.

В резултат на разлагане се неутрализира силикат разтвор и намаляване на рН до 5-8 т. Е. постигнати условията, при които реакцията на поликондензация протича силициеви киселини с висока скорост. Тази реакция може да бъде представена както следва:

Скоростта на тази реакция се увеличава концентрацията на силициева киселина (концентрация на течност стъклото е обикновено 1,5-2%), съдържанието на някои йони в (Са2 + Mg 2+ Fe 3+ ..) и температура; Това е сложна функция от рН на разтвора. Зрели силиказол се разрежда с вода до SiO2 0,5-0,75% и се използва като работен разтвор в продължение на 8-10 часа. Продължителност Узряване AK зависи от концентрацията и рН стойност на водно стъкло разтвор след добавяне на реагент на. Като цяло, с нарастващи концентрации на SiO2 и понижаване на рН (рН> 7) времето, необходимо за получаване на АА се намалява.

Механизмът на действие АА е във взаимодействие с положително заредени колоидни частици или колоидни частици коагулант и създаване на допълнителни центрове за образуване на люспи. За да продължите успешно трябва да се вземат heterocoagulation золове в количество за осигуряване на повече или по-малко пълна неутрализация на заряда на частиците.

Установено е експериментално, че най-бързо образуване флокулация и гел се провежда при рН = 5.5. Наличието на електролити във водата - и един хлориди и двувалентен метални сулфати (.. Fe 3+ Са2 + Mg 2+) ускорява коагулация на колоидни частици от силициева киселина. AK доза от 2-3 мг / л.

Ефективността на флокулиращ действие AK повлияе концентрацията на натриев силикат, степента на неутрализация, продължителността на зреене и съхранение на получените разтвори.

решения за съхранение на АК повече от 7-8 дни не се препоръчва.

Полиакриламидните флокуланти (РАА) - акриламид полимери на база СН2 = SNSONN2.

Техническа полиакриламид (РАА), получен под формата на вар гел или амоняк (TU 6.01-1049-80). РАА е бистър, вискозен, жълто-зелен гел съдържаща от 4 до 9% активен продукт - полимер, макромолекула, която се състои от единици на акриламид и акрилова киселина соли. Той съдържа като онечиствания, гипс или амониев сулфат и малко количество мономер. Открит на РАА влага се изпарява, и се превръща в тънка, крехка плоча.

РАА - ниско токсично вещество. MPC полимер 2 мг / л; при дози, по-голяма от 3 мг / л РАА прави вода subastrigent вкус.

Полиакриамидни се втвърдява при температура под 273 К, така че е препоръчително да се запази при положителни температури в затворени съдове. Чрез добавяне РАА да води рязко увеличава вискозитета поради водородни връзки между амидните групи на полимера (-NH2) и кислород-метални хидроксиди. Това обяснява силата на получените люспи.

Полиакриламидна е термично стабилен, когато се нагрява до 120-130 ° С Изходният полимер разграждане при по-високи температури, отделянето на амоняк, образуването на имидни групи, поява на вътрешномолекулни и междумолекулни връзки от типа:

Полиакриламидна е лесно разтворим в полярни разтворители, способни да образуват водородни връзки. ЗЗТ се смесва с вода във всяко едно отношение.

Водни разтвори на РАА имат висок вискозитет, който се увеличава с увеличаване на молекулното тегло на полимера. Концентрирани разтвори (особено в случай на полимери с високо молекулно тегло (MW)) е желе като маса. В неутрална, слабо киселинни и слабо алкална област РАА се държи като нейонен полимер.

Размерът от макромолекули РАА във вода и вискозитета на неговите водни разтвори зависи от рН - на околната среда и в съдържанието на вода на прости електролити. Тъй като йонната сила намалява разтвор вискозитет. Максималната стойност диализира вискозитет на разтвора съответства на рН = 4.5; в разтвори, съдържащи прости електролити, максималния вискозитет се премества до рН = 7-8.

В неутрална, слабо киселинни и слабо алкална среда РАА се държи като нейонен полимер. В алкална среда, активността на РАА е драстично намалена поради силна хидролиза.

РАА доза е само 0.05 - 1.5% от общото съдържание на суспендирани твърди вещества. Това намалява доза коагулант 2-3 пъти и ускоряване на отлагането на люспи е 10-20 пъти. При лечението на вода, съдържаща отрицателно заредените колоидни примеси, един ЗЗТ не се прилага, тъй като тя не може да бъде техен се коагулира и само засилва процеса на флокулация.

В момента, на базата на ЗЗТ получите флокуланти марка "Praestol". Praestol изгодно използван за получаване на повърхностни и подземни води, отпадъчни води от различни видове, след първично лечение, обезводняване утайка, флокулация и минерална хидроксид твърди частици и колоиди. Принципът на действие се основава главно на обмена на електрически заряди между полимерните вериги и заряди на суспендираните твърди частици на повърхността. повърхност на частиците се дестабилизира и да се превърне в състояние да коагулация и флокулация.

Praestol свойства зависят от молекулното тегло. Таблица. 3.4. Основните физични и химични свойства на някои марки Praestol.

Физико-химичните свойства на някои марки Praestol

Сортове ЗЗТ марка Praestol

Катионни флокуланти (IA-2, IA-3, IA-2T, BA-102, BA-212, BA-202), разработен в академия комунални услуги. K.D.Pamfilova, за разлика от анионни и нейонни флокуланти са ефективни коагулант колоидни примеси с отрицателен заряд. Те са кватернерни амониеви соли, базирани на полистирен и поливинилтолуен. Според химичната природа на полимери, които се разпадат във вода за образуване на активен катион.

Флокулант 2 BA-реагира с хумусни вещества, които са неразтворими агрегати. Като положителен заряд, той се адсорбира върху отрицателно заредените колоидни-диспергирани частици от вода, да ги направи в по-големи агрегати. Следователно, коагулация в случай на тип катионен флокулант става без конвенционалните минерални коагуланти - А12 (SO4) 3 или FeS13. високо молекулно тегло хуминови киселини, налични в природната вода за образуване на флокулант IA-2, неразтворими агрегати. Фенолни хидроксилни групи и хуминови киселини, взаимодействащи с основните групи на флокулант, little- дисоциират сол. Чрез почистване ефективност прилагане 1.0 мг / л BA-2 съответства на около 6 мг / л на Al2 О3. За пречистване на мътни води неговите оптимални дози до 0.4-4.0% от дисперсната фаза, и при избелване - 0,2-1,0 мг / л за всеки 10 цветност. При използване на VA-2 а защитният ефект на филтърна среда увеличава няколко пъти и падът на налягането - намалена. Флокулант е приложим за пречистване на отпадъчни води от минерални примеси. MPC това флокулант във вода е 0.5 мг / л.

За получаването на питейна вода се оставя да се използват флокуланти VA-212 и VA-202. MPC тези флокуланти - 2 мг / L.

Като природни флокуланти използват нишесте, декстрин, водорасли зърно, протеин хидролиза дрожди, картофено маса, лигносулфонови киселини и техните соли.

Лигнинсулфонови киселини представляват твърда триизмерен омрежен полимер, който се основава на фенолна основни фенилпропан и сулфогрупи. Както флокулант използване пречиства сол сулфитна луга, получена при производството на пулп сулфит. Молекулното тегло на така получените анионни полиелектролити варира в широки граници - от 2-100000 известен модифициран лигнинсулфонова киселина, съдържаща, например, кватернерни амониеви соли .. Лигнинсулфонови киселини се препоръчват за пречистване на отпадъчни води на месо от домашни птици и растения.

Както флокуланти също използването на смес от водоразтворими полимери (полизахариди, нуклеинови киселини, протеини), които се образуват в резултат на способността да живеят на активирани утайки микроорганизми и могат да бъдат изолирани чрез третиране с алкали. В повечето случаи тази смес се използва за флокулация на суспензии на глинести минерали.

Характеризиране физико-химичните свойства на някои видове полимерни флокуланти, които обикновено се използват в практиката води, са показани в таблица. 3.5.