Влияние различных факторов на процессы флокуляции
Влияние различных факторов на процессы флокуляции
Проскуряков В.А., Шмидт Л.И.
На
скорость и эффективность процесса флокуляции существенное влияние оказывают
многие факторы: концентрация частиц и свойства их поверхности, растворенные в
воде примеси, перемешивание, последовательность введения коагулянтов и
флокулянтов и др.
Частицы твердой фазы.
Расход
флокулянта зависит от суммарной удельной поверхности частиц дисперсной фазы.
При неизменном размере частиц сохраняется пропорциональная зависимость между
оптимальной дохой флокулянта и концентрацией твердых частиц. Опыты с глинистыми
и латексными частицами разной степени дисперсности показали, что оптимальная
доза флокулянта обратно пропорциональна квадрату радиуса частиц. Значительное
возрастание сте6ппени дисперсности обуславливает увеличение стерических
затруднений, снижающих эффективность флокуляции.
Растворенные в воде примеси.
Имеющиеся
данные показывают, что в присутствии гидроксидов кальция и магния процесс
флокуляции полиакриламидом активизируется. Хлорид калия и кальция, а также
карбонат калия практически не влияют на процесс флокуляции. Большое содержание
(более 1-4 г/л) таких солей, как Na2CO3, K2SO4, Na2HPO4, Fe(NH4)(SO4)2*12H2O,
Na2SO3, NaOH, Ca(NO3)2, резко ухудшает процесс флокуляции полиакриламидом.
По-видимому,
органические вещества, адсорбируясь на частицах дисперсной фазы влияют на
сорбцию макромолекул флокулянта. Например, установлено, что этиловый спирт и
керосин оказывают отрицательное влияние на процессы хлопьеобразования.
В
настоящее время не имеется данных, позволяющих прогнозировать влияние различных
органических примесей сточных вод на процессы флокуляции.
Перемешивание.
Эффективность
процесса флокуляции, размер и плотность образующихся хлопьев в большой степени
зависят от интенсивности и продолжительности перемешивания. Интенсивное
перемешивание сокращает время достижения адсорбционного равновесия, н при этом
уменьшается количество адсорбированного флокулянта, а также разрушается часть
образующихся при флокуляции агрегатов. Размер устойчивых хлопьев, определенный
Ла Мером из условия, что скорости их образования и разрушения равны,
определяется уравнением
R=Kn2Q2(1-Q)2
где
К – коэффициент; n - число частиц в единице объема жидкости; Q - часть
поверхности частиц, занятой адсорбированными молекулами флокулянта; (1-Q) -
свободная поверхность.
Из
уравнения следует, что размер устойчивых хлопьев зависит от доли поверхности
частиц Q, занятой макромолекулами флокулянта. С увеличением Q размер устойчивых
хлопьев возрастает и при некоторых оптимальных дозах флокулянта достигает
максимального значения.
Изменение
структуры хлопьев при перемешивании происходит вследствие: а) более
равномерного распределения макромолекул флокулянта, прикрепления большого числа
подвижных сегментов к большему числу частиц; б) адсорбции свободных сегментов
на тех же частицах и сокращения длины полимерных мостиков; в) разрушения
агрегатов с укороченными мостиками с последующей адсорбцией макромолекул на освободившейся
поверхности частиц.
Очевидно,
что в начальный момент перемешивания большее значение имеет первый процесс, в
результате которого образуются относительно крупные хлопья. При последующем
перемешивании доминируют второй и третий процессы. Это подтвердили
экспериментальные исследования, показавшие, что с увеличением среднего
градиента скорости G происходит сначала увеличение, затем уменьшение размера
хлопьев.
Показано
также, что прибавление небольшого количества флокулянтов резко увеличивает
прочность хлопьев, которая оценивалась по величине градиента скорости,
необходимого для полного разрушения хлопьев.
Количество и молекулярная масса флокулянта.
При
оптимальном количестве добавленного флокулянта образуется не связанные между
собой агрегаты, способные к быстрому осаждению. При очень малых и больших
количествах полимера может наблюдаться не флокуляция, а, наоборот, стабилизация
дисперсной системы. При избыточном количестве флокулянта в воде может также
образоваться густая сетка ассоциированных молекул полимера, препятствующая
сближению и агрегации частиц суспензии.
На
процесс флокуляции оказывает влияние размер макромолекул флокулянта
(молекулярная масса). С увеличением размера макромолекул возрастает количество
сегментов, способных к адсорбции на частицах. Это приводит к образованию более
крупных агрегатов. Однако значительный рост молекулярной массы флокулянтов
увеличивает стерические затруднения.
Наиболее
эффективная флокуляция должна наблюдаться при определенном соотношении между
размерами частиц и макромолекул полимера. Для обычно применяемых диапазонов
молекулярных масс полимеров (до нескольких миллионов) увеличение размеров
макромолекул приводит к снижению оптимальной дозы полимера. При значительном
различии в размерах частиц и макромолекул флокуляция затрудняется.
Влияние других факторов.
Обычно
флокулянты (например, полиакриламид) действуют в широком интервале рН воды. В
средах с различным значением рН образуются неодинаковые по размерам и плотности
флоккулы. Так, при флокуляции угольных шламов анионным полиэлектролитом –
полиакриламидом, наиболее плотные флокулы образуются при рН=5-7. Скорость
осаждения флокул при этом значении рН оказалась наибольшей, а объем осадка –
наименьшим.
Оптимальный
диапазон рН для разных флокулянтов различен. Например, гидролизованный
полиакриламид следует использовать в кислой или щелочной средах, натриевые соли
полиакриловой и полиметакриловой кислот – в области рН=3-7 и т.д.
Температура,
очевидно, должна оказывать влияние на процесс флокуляции, хотя в тех диапазонах
температур, в которых осуществляется коагуляционная и флокуляционная очистка
природных и сточных вод, заметного влияния ее на процесс флокуляции не
обнаружено. Тем не менее при низких температурах воды (0-100С) рекомендуется
применять флокулянты, резко ускоряющие образование хлопьев, при этом, например,
дозу активной кремниевой кислоты при температуре менее 3-70С следует повысить в
1,5 раза.
На
эффективность очистки воды может оказывать влияние последовательность введения
коагулянта и флокулянта. Обычно предварительная коагуляция дисперсной системы с
последующей флокуляцией обеспечивает более высокую степень очистки.
Предварительное введение в сточную воду флокулянта может привести к снижению
скорости кристаллизации коагулянта, а также уменьшению размеров образующихся
кристаллов. В результате снизится эффективность очистки, а также увеличится
объем и влажность образующихся осадков. Вводить флокулянт в сточную воду
целесообразно после завершения коагуляции коллоидных примесей (обычно через
0,5-5 мин после введения коагулянта).
Следует
отметить, что в некоторых случаях последовательность введения коагулянта и
флокулянта не оказывает существенного влияния на очистку сточных вод.
Список литературы
Для
подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://masters.donntu.edu.ua