Кульский Л.А., Накорчевская В.Ф. Химия воды: Физико-химические процессы обработки природных и сточных вод - файл n1.doc

приобрести
Кульский Л.А., Накорчевская В.Ф. Химия воды: Физико-химические процессы обработки природных и сточных вод
скачать (12651.5 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc12652kb.19.09.2012 18:34скачать

n1.doc

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11
Глава ІІІ.4

ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ВОДЕ,

ПРЕДНАЗНАЧЕННОЙ ДЛЯ ПИТЬЕВЫХ И

ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ЦЕЛЕЙ

§ 1. КЛАССИФИКАЦИЯ ВОД ПО ОБЪЕКТАМ ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

Вода используется для питьевых и хозяйственно-бытовых нужд, большое количество ее требуется для промышленного производства, строительства, транспорта и сельского хозяйства. Требования, предъ­являемые к качеству воды, зависят от ее назначения.

Особые требования предъявляются в СССР к качеству питьевой воды, так как от этого в значительной степени зависит здоровье на­селения.

Качество воды, потребляемой промышленностью, во многом оп­ределяет эффективность работы предприятий, себестоимость и ка­чество продукции.

В зависимости от целевого назначения воды различают:

а) питьевую воду, идущую также для пищевой и бродильной про-
мышленности;

б) техническую воду, используемую для технологических процес­
сов производства;

в) воду, используемую для охлаждения агрегатов, пара, жидких и
газообразных продуктов в холодильниках и конденсаторах;

г) воду, используемую в паросиловом хозяйстве;

д) поливную воду и др.

§ 2. ТРЕБОВАНИЯ К КАЧЕСТВУ ВОДЫ РАЗЛИЧНОГО НАЗНАЧЕНИЯ

Питьевая вода. Основными требованиями, предъявляемыми к пи­тьевой воде, является безопасность ее в бактериологическом отноше­нии, безвредность химического состава, благоприятные органолепти-ческие свойства и пригодность для хозяйственно-бытовых нужд. Нормы качества, которым должна удовлетворять питьевая вода, уста­новлены ГОСТ 2874—73 «Вода питьевая». Если вода источника не отвечает требованиям этого ГОСТа, ее обрабатывают и доводят до норм, предусмотренных стандартом.

По бактериологическим показателям питьевая во­да, поступающая к потребителям, должна соответствовать следую- щим требованиям и нормам:

Общее количество бактерий в 1 мл неразбавленной воды, не более 100

Количество бактерий группы кишечной палочки: определяемой на плотной, элективной среде с применением концен­
трации бактерий на мембранных фильтрах в1л воды (коли-ин-
декс), не более 3 • |

при использовании жидких сред накопления (коли-титр), не менее 300

Показатели безвредности химического состава воды и показате­ли, обеспечивающие благоприятные органолептические свойства во­ды, включают нормы для веществ, встречающихся в природных во-

дах, добавляемых к воде в процессе ее обработки в виде реагентов и появляющихся в результате промышленного и сельскохозяйственного загрязнения водоисточников.

Показатели токсических химических веществ. Допустимые концентрации в воде химических веществ, преимущест­венно встречающихся в природных водах или добавляемых к воде в процессе ее обработки, не должны превышать следующих норм:



По согласованию с органами санитарно-эпидемиологической службы допускается использование воды с цветностью до 35 град.

Вода не должна содержать различаемых невооруженным глазом водных организмов и не должна иметь на поверхности пленку.

Специфические запахи и привкусы, появляющиеся при хлориро­вании, не должны превышать 1 балла.



По согласованию с органами санитарно-эпидемиологической службы содержание сухого остатка допускается до 1500 мг/л; общая жесткость не должна быть более 10 мг-экв/л.

При использовании подземных вод без установок по обезжелези-ванию воды по согласованию с органами санитарно-эпидемиологичес­кой службы содержание железа в воде, поступающей в водопровод­ную сеть, допускается до 1 мг/л.

При обнаружении в воде веществ, придающих привкус (сульфа­тов, хлоридов), сумма их концентраций, выраженная в долях от мак­симально допустимых концентраций каждого вещества в отдельнос­ти, не должна быть более 1.

Вода, используемая в пищевой промышленности, должна иметь такие же свойства, как и питьевая (ГОСТ 2874—73). Отдельные от­расли хозяйства предъявляют к воде свои специфические требова­ния, вытекающие из технологии производства. Так, чтобы избежать брожения в диффузорах, в воде, идущей для сахарного производст­ва, должны отсутствовать легко разлагающиеся органические ве­щества.

Для пивоваренного производства важно, чтобы содержание в во­де CaSO4, препятствующего брожению солода, было минимальным. Вода, применяемая для винокуренного производства, не должна со­держать хлорид кальция и хлорид магния, отрицательно влияющие на жизнедеятельность дрожжей. Такие же требования предъявляют­ся к воде, применяемой в молочном, консервном и других производ­ствах пищевой промышленности.

Некоторые виды вод, используемые в сельском хозяйстве (напри­мер, вода для скота), также должны отвечать требованиям, предъ­являемым к питьевой воде, хотя по таким показателям, как цвет­ность, прозрачность и запах, требования могут быть несколько сни­жены.

Температура воды по возможности должна находиться в пределах . 8—15 °С. Допустимая степень минерализованности воды определяет­ся ее вкусовыми качествами.

Техническая вода. К используемой для разнообразных техноло­гических целей технической воде предъявляются весьма различные требования. Различают: а) воду, используемую при добыче, отмывке,

гидротранспортировке, сортировке и обогащении полезных ископае­мых и другого сырья. Подготовка такой воды сводится обычно лишь к освобождению воды от грубой взвеси; б) воду, соприкасающуюся с продукцией; в) воду, входящую в состав продукта. В последних двух случаях требования к воде специфичны и диктуются не только отдельными видами производств, но и принятой технологической схе­мой. В ряде случаев эти требования более высокие, чем предъявляе­мые к хозяйственно-питьевой воде. Так, в воде, применяемой в фото­промышленности, не допускается наличие железа, марганца, крем­ниевой кислоты, больших количеств хлоридов, органических веществ и т. д.



Вода, идущая на изготовление искусственного волокна, должна иметь прозрачность не менее 40 см по шрифту, жесткость не выше 0,07 мг-экв/л, железо должно практически отсутствовать.

В воде, используемой для заводнения нефтяных пластов, должно содержаться: взвешенных веществ — не более 1 мг/л, нефти — менее 1 мг/л, железа — не более 0,2 мг/л.

Вода, используемая для охлаждения. Вода для охлаждения про­изводимых продуктов или работающих агрегатов не должна давать отложений и вызывать коррозии холодильного оборудования.

Пригодность воды для охлаждения зависит от соотношения целого
ряда факторов: температуры воды и охлаждаемых поверхностей, вели­
чины карбонатной жесткости, содержания свободной угольной кисло­
ты, взвешенных веществ, железа, микроорганизмов, системы водоснаб­
жения (прямоточная или оборотная) и т. д. Однако во всех случа­
ях она должна иметь возможно более низкую температуру, обла­
дать возможно меньшей карбонатной жесткостью и незначительной
некарбонатной жесткостью, содержать минимум взвешенных ве­
ществ, быть не коррозионноактивной, в ней не должны созда­
ваться благоприятные условия для развития биологических обрас­
таний.

Вода, используемая в паросиловом хозяйстве. Вода для паросило­вого хозяйства не должна содержать примесей, способных вызвать от­ложение накипи, вспенивание котловой воды, унос солей с паром и коррозию металла. Опасность образования накипи заключается в ее малой теплопроводности, что приводит к ухудшению теплопередачи, перерасходу топлива, повышению температуры (перегреву) металла, вызывающему разрывы на наиболее теплонапряженных кипятильных

и экранных трубах. Кроме того, накипь нарушает циркуляцию воды в котле и может полностью закупорить трубы.

Накипь образуется вследствие термического распада гидрокарбо­натов, а также увеличения концентрации других растворенных в воде солей, что связано с непрерывным выпариванием, приводящим к выпа­дению солей из раствора и отложению их на стенках котла.

Из накипеобразующих солей наиболее вредны те, растворимость которых с повышением температуры уменьшается, т. е. соли с отрица­тельным термическим коэффициентом растворимости (сульфат каль­ция, силикаты кальция, магния и карбонат кальция). Эти соли осаж­даются на стенках паровых котлов, образуя котельный камень, кото­рый особенно легко отлагается на наиболее нагретых поверхностях.

Соли с положительными термическими коэффициентами раствори­мости (Na2SO4, NaCl, Na3PO4, Na2CO3) выпадают только из сильно концентрированных пересыщенных растворов, образуя накипь в виде рыхлого шлама, отлагающуюся преимущественно на более холодных поверхностях. Однако присутствие этих солей уменьшает раствори­мость соответствующих солей кальция и магния, усиливая таким об­разом накипеобразование.

Весьма нежелательным является вспенивание воды в котлах, при­водящее к загрязнению пара и отложению увлеченных паром примесей на лопатках турбин. Образование стойкой пены вызывается наличием в воде щелочей, фосфатов, смазочных масел, нефти. Особенно устой­чивы пены в присутствии поверхностно-активных коллоидных ве­ществ.

Поскольку все накипеобразователи проходят стадию коллоидного раствора, всегда существует возможность загрязнения пара этими со­лями. Таким образом, борьба с образованием накипи способствует по­вышению чистоты образующегося пара.

Щелочи, являясь сильными пептизаторами, переводят грубодиспер-сные вещества в коллоидное состояние, усиливая тем самым опасность загрязнения пара. Однако для предотвращения коррозии металла пи­тательная вода должна обладать некоторой щелочностью, так как на­личие щелочи в воде существенно уменьшает растворимость соедине­ний железа. Вследствие этого Fe(OH)2, переходящий в воду из-за коррозии, быстро выделяется из раствора и оседает на поверхности металла, образуя плотную защитную пленку. В результате эксплуа­тационных наблюдений рекомендовано поддерживать минимальное содержание щелочи в питательной воде в пределах 25—50 мг/л NaOH.

Особо нежелательным является наличие кремниевой кислоты Н2SiOз, способной создавать плотные накипи с очень низкой тепло­проводностью. При выносе с паром кислота образует твердые отло­жения на лопатках турбин, снижающие мощность турбин и требую­щие частых остановок для чистки.

Коррозия паросилового оборудования может вызвать образование точечных изъязвлений, сквозных свищей, разрушение металла. В ос­новном она носит электрохимический характер и может быть следст­вием действия растворенных в воде кислорода, минеральных и орга­нических кислот, разнородности структуры металла, а также резуль­татом контакта разнородных металлов.

Содержание кислорода в воде, идущей для питания котлов низкого давления, не должно быть выше 3 мг/л, а в воде для котлов среднего и высокого давлений кислород должен отсутствовать.

Поливная вода. Используемая для орошения почв поливная вода должна содержать незначительное количество минеральных солей, так как в противном случае возникает опасность засоления почв в результате испарения воды и аккумуляции содержащихся в ней солей. В то же время допустимые величины минерализации могут меняться в широких пределах в зависимости от условий полива, дренажа, ме­теорологических и агротехнических факторов.

Вода с минерализацией до 1 г/л пригодна для орошения во всех случаях. При плохих условиях дренажа и плохо фильтрующих грун­тах предельное содержание солей не должно превышать 1,5 г/л.

раздел IV ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ОБРАБОТКИ ВОДЫ
Глава IV.1

ПРИНЦИПЫ ПОДХОДА К ВЫБОРУ МЕТОДОВ

ОЧИСТКИ ВОДЫ

Необходимость обработки воды возникает в том случае, когда ка­чество воды природных источников не удовлетворяет предъявляемым к нему требованиям. Такое несоответствие может быть временным (в том числе сезонным) или постоянным. Характер и степень несоответ­ствия качества воды источника требованиям потребителя определяет выбор методов обработки воды. Если при этом могут быть использо­ваны различные методы очистки, то выбор их производится на основе технико-экономических расчетов.

Химические, физические и физико-химические процессы, использу­емые при подготовке воды, можно разделить на два больших класса. К первому классу относятся процессы, связанные с корректированием физических и химических свойств воды. Второй класс объединяет про­цессы, обеспечивающие обеззараживание воды, т. е. освобождение ее от болезнетворных бактерий и микроорганизмов. Несмотря на прин­ципиальное различие задач, выполняемых при осуществлении этих процессов, последние могут быть общими в зависимости от фазово-дисперсного состояния минеральных, органических и биологических примесей воды.

Как уже сообщалось (глава I. 3), разнообразные по химической и физической характеристике примеси природных и сточных вод могут быть разделены на четыре группы. В основу технологии очистки воды от примесей каждой группы положены процессы, протекающие под воздействием сил, наиболее эффективно влияющих на данную дис­персную систему.

К первой группе загрязнений относятся взвешенные в воде вещества в пределах от тонких взвесей до крупных частичек. К этой группе принадлежат также бактериальные взвеси и другие биологи­ческие загрязнения. Удаления этих примесей — осветление воды--можно достигнуть применением безреагентных и реагентных методов Осветление и частичное обесцвечивание (устранение окраски) во­ды безреагентным методом происходит при длительном ее отстаива­нии в открытых бассейнах — отстойниках или водохранилищах. Для осветления воды (и то неполного) необходимо отстаивание не менее 1—2 суток, для частичного обесцвечивания воды — 1—2 и более меся­цев. В связи с этим такой метод применяется относительно редко, в ос­новном для предварительного отстаивания воды, содержащей большое количество грубодисперсных примесей.

В настоящее время для безреагентного удаления грубодисперсных примесей (фитопланктона и др.) применяется фильтрование через сет-

ки, микропроцеживание и т. п. Удаление тонких взвесей осуществляет­ся центрифугированием.

Реагентный метод осветления и обесцвечивания воды основан на применении специальных химических веществ — коагулянтов и флоку-лянтов — и называется коагулированием. В результате коагулирова- ния в воде образуются хлопья, включающие взвешенные и коллоид­ные частички, придающие воде мутность и цветность, фитопланктон и бактерии. Более крупные, чем природные примеси, хлопья-агрега­ты осаждаются значительно быстрее и обеспечивают более полное ос­ветление, обесцвечивание и обеззараживание воды

После осаждения основной массы взвеси процессы осветления и обе­сцвечивания воды обычно завершаются фильтрованием, при котором воду пропускают через слой зернистого материала (чаще всего песка или антрацита) с гранулами различной крупности. Различают мед­ленное и скорое фильтрование. Характерной особенностью первого яв­ляются весьма малые скорости фильтрования (0,1—0,3 м/ч), примене­ние фильтрующего материала (обычно кварцевого речного песка) с мелкими фракциями (0,25—0,35 мм) и отсутствие предварительного коагулирования. Во втором случае скорость фильтрования значитель­но выше (обычно 5—12 м/ч), используются более крупные фракции фильтрующего материала (0,5—2 мм и больше), а вода предваритель­но обрабатывается коагулянтом.

Процесс осветления и обесцвечивания воды является наиболее рас­пространенным, уступая по массовости только обеззараживанию. В процессе осветления и обесцвечивания вода одновременно освобож­дается от значительного количества бактерий (при фильтровании за­держивается до 98—99 % всех бактерий), т. е. частично обеззаражи­вается. Обеззараживание воды является обязательным при санитар­ной ненадежности источника, используемого для питьевых целей. Оно осуществляется практически во всех случаях, когда вода забирается из открытого водоема.

Обеззараживание можно рассматривать и как вполне самостоятель­ный и часто единственный процесс обработки воды. В таком виде он применяется на водопроводах, источником которых являются бесцвет­ные прозрачные поверхностные или подземные воды. Обеззаражива­ние зоды может осуществляться двумя основными методами: реагент-ным и безреагентным.

Реагентными методами называются такие, при которых для обез­зараживания воды применяются химические вещества, вызывающие гибель микроорганизмов (дезинфектанты). Такими веществами явля­ются многие окислители (хлор, озон), а также некоторые соли тяжелых металлов (в основном серебра и меди).)Соли меди из-за своей ядови­тости для организма человека применяются лишь при обработке воды, идущей для технических нужд (борьба с обрастанием поверхностей), а также как средство борьбы с цветением воды в открытых водоемах. К реагентным методам обеззараживания воды относятся также ис­пользование замутнителей (монтмориллонит, палыгорскит и др.), об­ладающих адгезионными свойствами в отношении бактерий, вирусов, спор. Последующее удаление этой взвеси освобождает воду от мик­роорганизмов.

При безреагентных методах обеззараживания вода подвергается воздействию ультрафиолетовых лучей, ультразвуковых волн, высокой температуры, токов высокой частоты, гамма-лучей и других физи­ческих факторов.

Таким образом, в основе используемых методов для очистки воды от веществ первой группы лежат физико-химические процессы: агре­гация при помощи коагулянтов и флокулянтов, адгезия на поверхности зернистых инертных загрузок, а также флотация. При наличии биоло­гических загрязнений применяются также окислители, соли тяжелых металлов, электромагнитные излучения и ультразвук.

Вторая группа загрязнений воды включает разные типы гидрофильных и гидрофобных систем, высокомолекулярные вещества и детергенты, меняющие в зависимости от условий агрегатное состоя­ние. Для удаления их из воды применяется обработка хлором, озоном и другими окислителями. В результате снижается цветность воды, раз­рушаются гидрофильные коллоиды, проявляющие защитные свойства по отношению к гидрофобным примесям воды, чем создаются благо­приятные условия для последующего коагулирования, образования и осаждения хлопьев, уничтожаются микроорганизмы.

Наиболее полное удаление коллоидных примесей и обесцвечива­ние воды достигаются с помощью коагулянтов. Степень и скорость гидролиза коагулянтов в воде зависит от ее рН, солевого состава и температуры. Особенно чувствителен к этим факторам алюминиевый коагулянт A12(SO4)3, наименее чувствителен—железный коагулянт. Использование смешанного алюможелезного коагулянта дает возмож­ность задерживать более широкую гамму загрязнений; при этом коа­гулянт обладает преимуществами каждого из компонентов и дает воз­можность проводить коагулирование воды в более широком интервале рН и температур. Применение вместе с коагулянтами небольших до­бавок флокулянтов (активная кремниевая кислота, полиакриламид и др.) способствует повышению эффекта коагулирования: ускоряет об­разование хлопьев, улучшает их структуру, приводит к быстрому и эф­фективному осветлению воды.

Хорошие результаты очистки воды от коллоидных загрязнений обе­спечивает контактная коагуляция (безотстойное фильтрование).

Вещества, относящиеся к третьей группе загрязнений воды, являются молекулярными растворами. Для их удаления из воды наиболее эффективны процессы аэрирования, окисления, адсорб­ции.

Растворенные в воде газы и летучие органические вещества (лег­кие бензины, некоторые органические сернистые соединения, низко­молекулярные эфиры и карбонильные соединения и т. п.) устраняют­ся из воды аэрированием (фонтанированием, дождеванием, барботи-рованием), а также обработкой воды соответствующими химическими реагентами. Для удаления сероводорода воду обрабатывают хло­ром, для связывания избыточной угольной кислоты — известковым раствором, мелом или фильтруют через мраморную крошку. При избытке кислорода его удаляют фильтрованием через железную стружку, обработкой сульфитом натрия или другими реаген­тами.

Растворенные в воде одноатомные и многоатомные фенолы, гуми-новые и фульвокислоты разрушаются под действием сильных окисли­телей.

Многие загрязнения, входящие в третью группу, удаляются из во­ды при помощи активных углей. Этот способ очистки основывается на том, что примеси воды вступают в молекулярное взаимодействие с высокоразвитой поверхностью угля и закрепляются на ней. На углях хорошо сорбируются гидрофобные соединения, к которым относятся растворимые в воде углеводороды нефти, ароматические углеводороды и их производные (хлорфенол), хлорированные углеводороды и другие малорастворимые в воде соединения. Для извлечения из воды низко­молекулярных соединений применяются мелкопористые угли (марки КАД и БАУ), для удаления веществ с более крупными молекулами (например, фульвокислот и гуминовых кислот) используются крупно­пористые угли (марки ОУ и А).

Устранение запахов и привкусов осуществляется различными ме­тодами в зависимости от их происхождения. Появление запахов и при* вкусов естественного происхождения, вызываемых продуктами жизне­деятельности микроорганизмов и их отмиранием, можно предупредить обработкой водоемов медным купоросом. Аналогичные запахи в во­допроводной воде устраняют с помощью сильных окислителей (озо­на, оксида хлора (II) и др.) или адсорбентов (например, активных углей).

Применение хлорирования с аммонизацией (вместо одного хлори­рования) для воды, содержащей фенол и другие производные бензо­ла, препятствует возникновению в ней хлорфенольных запахов и при­вкусов.

Запахи и привкусы, обусловленные наличием растворенных газов или солей, удаляются соответствующими методами дегазации и обес-соливания.

К четвертой группе загрязнений относятся электролиты. Устранение их из воды основано на связывании ионов в малораствори­мые и слабодиссоциированные соединения с помощью добавляемых в воду реагентов. При выборе реагентов целесообразно исходить из величин произведения растворимости образующихся соединений. В слу­чае малых их значений полнота очистки возрастает, особенно при из­бытке иона-осадителя.

Для удаления загрязнений четвертой группы широко используются ионообменные реакции, протекающие на поверхности ионообменных смол. Эти процессы рационально использовать в случаях, когда уда­ляемые ионы необходимо удержать на нерастворимом материале, за­менив их ионами, безвредными для последующего использования воды.

Воду от нежелательных ионов можно освободить путем ее испаре­ния, перевода в твердую фазу (вымораживание, получение газогидра­тов) или добавлением несмешивающегося с водой растворителя для образования двух фаз, используя неравномерность распределения ионов между этими фазами {экстракция). В некоторых случаях целе­сообразно использовать подвижность ионов в электрическом поле (электродиализ).

Умягчение воды, т. е. удаление из нее катионов кальция и магния, обусловливающих жесткость воды, осуществляется термическими, ре-агентными и ионообменными методами.

Термические методы умягчения основаны на переводе гидрокар­бонатов кальция и магния в малорастворимые карбонаты, выпадаю­щие в осадок при кипячении.

Реагентными методами умягчения воды растворимые соли кадьция и магния с помощью химических реагентов переводятся в нераствори­мые соединения, образующие взвеси, которые удаляются отстаиванием и фильтрованием. Наиболее распространенный способ — известково-содовый.

Умягчение воды ионообменным методом осуществляется фильтро­ванием ее через Na- или Н-катионит, в результате чего ионы Са2+ и Mg2+, находящиеся в воде, обмениваются на ионы Na+ или Н+.

В последнее время получил распространение новый метод, заклю­чающийся в пропускании подлежащей умягчению воды через магнит­ные или электромагнитные приборы. В результате такой обработки жесткость воды не изменяется, но осадки выпадают в виде мелких кристалликов подвижного шлама, который не прилипает к поверх­ности нагрева и легко удаляется при продувании.

Обессоливания (удаления всех растворенных в ней солей) и опрес­нения воды (уменьшения содержания растворенных солей до предела, делающего воду пригодной для питьевых и хозяйственных нужд) мож­но достигнуть термической обработкой, электрохимическим путем, ме­тодом ионного обмена, газогидратным способом, экстракцией, обрат­ным осмосом и др.

Удаление железа и марганца достигается следующими способами. При наличии в воде железа в виде гидрокарбоната обезжелезивание осуществляется с помощью аэрирования и дальнейшего отстаивания или фильтрования. Коллоидные органические соединения железа уда­ляются хлорированием с последующей обработкой коагулянтами. Обезжелезивание воды, содержащей железо в виде некарбонатных солей, достигается фильтрованием ее через Н-, Na- или Са-катио-ниты.

Соединения марганца (II), как и железа, Окисляют кислородом воздуха, переводя его в марганец (III). Марганец также можно уда­лить фильтрованием через песок или пиролюзит с предварительным подщелачиванием воды известью, обработкой воды железными коагу­лянтами или фильтрованием через Мп-катионит.

Удаление тяжелых металлов (свинца, меди и др.), а также ядови­тых и отравляющих веществ, обладающих высокой токсичностью даже в очень малых концентрациях, требует тщательно подобранных ком­бинированных методов очистки, основанных на процессах дистил­ляции, отстаивания, фильтрования, коагулирования, окисления, осаж­дения, адсорбции, ионного обмена и др.

Все примеси, загрязняющие водоемы, полностью охватываются че­тырьмя группами предлагаемой классификации. Используя особен­ности, характеризующие каждую группу веществ, можно находить эффективные способы удаления всего комплекса примесей воды с по­мощью небольшого числа элементов очистных сооружений.

Глава IV.2

ОБРАБОТКА ВОДЫ КОАГУЛЯНТАМИ

Целью коагулирования является освобождение воды от придающих ей мутность и окраску примесей, физико-химические свойства которых не позволяют или делают нерациональным удаление их методом без-реагентного отстаивания или .фильтрования.

Методом коагулирования из воды удаляются грубодисперсные и коллоидные примеси. В грубодисперсном (взвешенном) состоянии на­ходятся глинистые, кварцевые, известковые и гипсовые частички, ве­щества животного и растительного происхождения; в коллоидном —частички глин, соединения кремния и железа, сера, продукты жизне­деятельности и распада микроорганизмов, гумусовые вещества.

Способность гумуса образовывать органоминеральные комплексы преимущественно адсорбционного характера определяет устойчивость мути многих природных вод. Чисто неорганическая муть природных вод обладает невысокой устойчивостью. Если же неорганические час­тички адсорбируют гумины, получается устойчивая окрашенная муть, затрудняющая очистку воды. Таким образом, неорганическая муть при­родных вод представляет собой золи и тонкодисперсные суспензии, часто защищенные адсорбированными на них органическими коллои­дами.

Органические коллоиды воды, кроме продуктов неполного разло­жения животных и растительных организмов, в основном представля­ют собой коллоидно-диспергированный гумус почвы. Из физико-хи­мических свойств удаляемых коагулированием веществ наибольшее значение для целей водообработки имеют те, которые характеризуют их как коллоидную систему, поскольку осветление и обесцвечивание воды производится коагуляцией или сорбцией на коагулирующих гид-роксидах металлов окрашивающих и замутняющих воду веществ.

Важной особенностью коагулирования является то, что кроме ре­шения основной указанной выше задачи с его помощью можно дости­гать также заметного удаления некоторых истинно растворенных при­месей.

Коагулирование воды производится добавлением к ней минераль­ных солей с гидролизующимися катионами или анодным растворе­нием металлов.

Коагулянты в большинстве случаев представляют собой соли сла­бых оснований и сильных кислот. При растворении в воде они гидролизуются, т. е. взаимодействуют с гидроксильными ионами, присутствующими в воде вследствие ее электролитической диссоциа­ции. В результате этого образуются малорастворимые основания алю­миния или железа.

Растворимость гидроксидов алюминия и железа чрезвычайно мала. Они выделяются из раствора, образуя коллоидные частички, которые под влиянием находящихся в воде электролитов коагулируют, т. е. ук­рупняются вследствие взаимного слипания. В результате этого обра­зуются более или менее крупные хлопья, выпадающие в осадок вме­сте с коллоидами и тонкодисперсными взвесями, загрязняющими воду.

Таким образом, процесс, который известен под названием «коагу­лирование воды», состоит из трех стадий: гидролиза коагулянтов и образования разбавленных золей гидроксидов; взаимодействия золей гидроксидов с коллоидами и взвесями воды и коагуляции золей; про­цесса хлопьеобразования и удаления из воды образовавшихся агрега­тов.

§ 1. КОАГУЛЯНТЫ

В качестве коагулянтов применяются в основном соли алюминия и железа: сульфат алюминия, сульфат железа (II и III), хлорид желе­за, оксихлорид алюминия, алюминат натрия, а также смеси солей алю­миния и железа в разных соотношениях.

Соли алюминия. Виды и состав коагулянтов на основе солей алю­миния приведены в табл.IV. 1.

Сульфат алюминия является основным коагулянтом, при­меняющимся для осветления и обесцвечивания воды. Этому способ­ствует его относительно низкая стоимость, простота получения, хоро­шая растворимость, отсутствие особых требований к обращению с сухим и растворенным продуктом, высокая эффективность при очистке воды.

Очищенный сульфат алюминия представляет собой плиты серовато-желтого цвета. Его плотность—1,62 г/см3, растворимость в воде при температуре 20 °С со­ставляет 267 г/л, объемная насыпная масса— 1,05—1,1 т/м5.

Содержание в неочищенном сульфате алюминия (глинозем серно­кислый неочищенный) до 23—25 % нерастворенного осадка приводит к усложнению работы водоочистных станций. Вследствие этого его применение ограничено и может представить интерес только в случае обработки маломутных вод.

Недостатком сульфата алюминия является его чувствительность к температуре и рН обрабатываемой воды.

Алюминат натрия получают растворением гидроксида или оксида алюминия в растворе едкого натра. В отличие от сульфата алюминия алюминат натрия — щелочный реагент, его использование дает возможность получить воду с показателем стабильности, близким к единице. Применение алюмината натрия вследствие его довольно





высокой стоимости ограничивается случаями низких значений рН об­рабатываемой воды (обычно кислые сточные воды).

Оксихлорид алюминия представляет собой зеленоватые кристаллы; приготавливается растворением свежеосажденного гидро-ксида алюминия в разбавленной соляной кислоте. В нашей стране промышленностью не производится.

Коагулянт имеет по сравнению с сульфатом алюминия целый ряд преимуществ, делающих его применение весьма перспективным: боль­шее (в 3 раза) содержание водорастворимого алюминия, высокая эф­фективность как в щелочной, так и в кислой среде, меньшая степень снижения щелочности воды и повышения ее солесодержания, боль­шая скорость хлопьеобразования и осаждения коагулированной взве­си, меньший расход коагулянта при обработке малоцветных вод, не­большое количество остаточного алюминия в обработанной воде.

Соли железа. Виды и состав коагулянтов на основе солей железа приведены в табл. IV. 2.

Соли железа как коагулянты имеют ряд преимуществ по сравне­нию с солями, алюминия: более широкий диапазон оптимальных зна­чений рН и солевого состава обрабатываемой воды, лучшее действие при низких температурах, большая прочность и гидравлическая круп­ность хлопьев. К недостаткам коагулянтов относятся: корродирующее действие растворов на аппаратуру, менее развитая поверхность хло­пьев, образование с органическими соединениями сильно окрашенных . растворимых комплексов.

Хлорид железа представляет собой темные кристаллы с ме­таллическим блеском, очень гигроскопичные.

Сульфат железа (II) представляет собой прозрачные кри­сталлы зеленого цвета, сравнительно легко буреющие на воздухе в ре­зультате окисления ионов Fe2+ в Fe3+.

Недостатком использования сульфата железа (II) является необ­ходимость заблаговременного перевода двухвалентного железа в трех­валентное в связи с тем, что окисление Fe (ОН)2, образовавшегося в результате гидролиза сульфата железа (II) растворенным в воде ки­слородом, протекает медленно в нейтральной или кислой среде. Это приводит к неполному осаждению гидроксида (II) и неудовлетвори­тельному ходу коагуляции. Поэтому в технике водообработки при ис-

пользовании сульфата железа (II) вводят в воду известь или сильный окислитель (например, хлор).

Лучшие результаты при использовании в качестве коагулянта суль­фата железа (II) достигаются при окислении двухвалентного железа хлором и смещении равновесия гидролиза последующим подщелачива-нием воды известью. Расход сульфата железа (II) при добавлении только хлора уменьшается в 1,5—2 раза, а при добавлении одной из­вести— уменьшается примерно в 2,5 раза. Самостоятельное примене­ние сульфата железа (II) рекомендуется лишь при рН воды более 9.

Сульфат железа (III) получают обработкой Fe2O3 серной кислотой.

В настоящее время сульфат железа (III) оценивается как один из перспективных видов коагулянтов.

Смешанный коагулянт получают в результате смешения растворов сульфата алюминия и хлорида железа в соотношениях FeCl3: Al2 (SO4)3=1 : 1 или 2 : 1 (по массе).

Вместо предварительного смешения раствора сульфата алюминия и хлорида же­леза эти реагенты можно дозировать в смеситель раздельно, получая необходимую смесь непосредственно в очищаемой воде.

В процессе коагулирования происходит адсорбция коллоидного гндроксида алюминия на гидроксиде железа, совместное хлопьеобра-зование и осаждение. Поэтому эффект очистки воды смешанным коа­гулянтом определяется в основном свойствами гидроксида железа.

Смешанный коагулянт имеет все положительные свойства желез­ных щагулянтов.

В то же время применение смешанного коагулянта обеспечивает по сравнению с использованием одного хлорида железа более равно­мерное осаждение хлопьев, более полное осветление воды в отстойни­ках, меньшую нагрузку на фильтры, увеличение длительности межпро­мывочного периода.

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11


Глава ІІІ.4 ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ВОДЕ
Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации