Материал: Промышленная безопасность в технологических процессах и аппаратах. Колодяжный С.А., Иванова И.А

Внимание! Если размещение файла нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам

коагуляция представляет собой процесс слипания частиц дисперсной фазы при потере коллоидной системой агрегативной устойчивости.

Агрегативная устойчивость представляет собой способность коллоидной

системы сохранять	степень	дисперсности	образующих её	частиц, т.е.
противостоять их	агрегации.	Основными	условиями такой	устойчивости

являются следующие факторы:

- наличие у коллоидных частиц одноимённых электрических зарядов,

что

мешает им объединяться

в агрегаты – действуют

электростатические силы

отталкивания;

- вокруг

коллоидных частиц

образуются

тесно связанные

ними

сольватные оболочки из молекул растворителя.

Очевидно,

что нарушение любого

из названных факторов приведёт

потере коллоидной системой

агрегативной

устойчивости

и коагуляции

составляющих её частиц.

На границе раздела

коллоидной

частицы

дисперсионной

среды

образуется

двойной электрический слой (ДЭС). Образование ДЭС приводит к

появлению

определённых электрических потенциалов на границе

раздела

твёрдой и жидкой фаз.

Разность потенциалов между поверхностью

ядра коллоидной частицы и

жидкостью называется термодинамическим или ϕ-(фи)-потенциалом.

Термодинамический

потенциал

можно

определить как работу

по

переносу элементарного заряда

из бесконечно удалённой точки

в объёме

раствора на поверхность твёрдой фазы.

Разность потенциалов между поверхностью

скольжения и жидкостью

называется

электрокинетическим

или

ζ-(дзета)-потенциалом.

Электрокинетический потенциал

можно

определить

как работу

по

переносу

элементарного заряда из бесконечно

удалённой точки в объёме

раствора на поверхность скольжения.

Поскольку

ζ-потенциал зависит

от толщины диффузного слоя,

наличие

которого предохраняет

частицы

от

слипания, то значение

ζ-потенциала

характеризует

величину

электростатических

сил

отталкивания

между

частицами,

которые мешают им объединяться в агрегаты. Другими словами,

уменьшением величины

ζ-потенциала агрегативная устойчивость коллоидной

системы падает и возрастает вероятность её коагуляции.

Величина ζ-потенциала может изменяться

под влиянием таких внешних

воздействий, как разведение коллоидного

раствора,

изменение

его

температуры,

введение

в коллоидный раствор

электролитов,

действие

электрических полей и др.

В процессах очистки сточных вод снижение величины ζ-потенциала

коагуляцию коллоидных частиц вызывают добавлением специальных веществ – электролитов, называемых коагулянтами. В качестве коагулянтов используют различные минеральные вещества – чаще всего соли алюминия, железа

(Al2(SO4)3, Fe2(SO4)3, FeCl3, FeSO4 и т.п.) или их смеси и др.

При введении коагулянтов в воду их молекулы подвергаются гидролизу, в

результате	чего образуются рыхлые хлопья		гидроксидов металлов, которые
обладают	высокоразвитой	поверхностью и	образуют с коагулирующими
коллоидными частицами		агрегаты, постоянно растущие в размерах.
Образующиеся агрегаты быстро осаждаются			под действием силы тяжести,

механически захватывая при этом и другие взвешенные примеси.

Кроме электролитов, в качестве коагулянтов используют также вещества с

высокими адсорбционными свойствами						–	различные глины,		золы и шлаки,
активированный уголь и т.п.
Кроме коагуляции путём добавления						в раствор различных веществ,					для
очистки сточных вод используют				электрокоагуляцию. Для этого						проводят
электролиз	воды с	использованием			растворимых			анодов	– стальных		и
алюминиевых, которые становятся					источником ионов M3+ в воде.						При
использовании нерастворимых электродов							коагуляция может происходить в
результате	электрофоретических явлений,						разряда	заряженных частиц на
электродах	или выделения		на них		газов (Cl2, O2			и др.),	разрушающих
сольватные	оболочки на поверхности				коллоидных			частиц	и тем	самым
способствующих потере коллоидной системой агрегативной устойчивости.
Для ускорения процессов коагуляции							и увеличения скорости осаждения
образующихся хлопьев при очистке				сточных вод в промышленности обычно
применяют флокуляцию.
Флокуляция		– это	процесс	агрегации взвешенных					частиц	за	счёт

добавления в раствор специальных веществ – флокулянтов.

Флокулянты – высокомолекулярные соединения, представляющие собой водорастворимые полимеры цепеобразного строения с полярными концевыми функциональными группами. В качестве флокулянтов используют крахмал,

декстрин	поливиниловый спирт, целлюлозу, полиакрилонитрил,
полиакрилоамид, полиэтиленамин, кремниевую кислоту и др.
Механизм	действия флокулянтов заключается	в адсорбции концов

макромолекулы флокулянта на взвешенных частицах или хлопьях гидроксидов металлов с образованием полимерных мостиков между ними, что приводит к их связыванию за счёт сил Ван-дер-Ваальса в рыхлые крупные трёхмерные агрегаты, которые осаждаются под действием силы тяжести.

Экстракцию применяют для удаления из сточных вод растворённых органических веществ, представляющих техническую ценность (органические кислоты, фенолы, нитросоединения и др.), при концентрации их в воде более 2- 4 г/л. На рис. 9.4 представлена схема флотатора-отстойника.

Рис. 9.4. Схема флотатора-отстойника: 1- отстойник; 2 - флотационная камера; 3 - кольцевой водосборный лоток;

4 - радиальные водосборные лотки;

5- насос; 6 - воздухорастворитель (сатуратор); 7 - вода на очистку; 8 - вода после тьавгиупсрочистки;

9 - рециркуляционная линия аэрированной воды;китеноф 10 - сжатый воздух

Экстракция – это процесс извлечения вещества, растворённого в одном растворителе другим растворителем, который не смешивается с первым и лучше растворяет извлекаемое вещество.

Экстракция основана на смешении двух взаимно нерастворимых жидкостей (воды и неполярного органического растворителя) и распределении вещества между ними в соответствии с его растворимостью в каждой из жидкостей. При этом в условиях постоянства температуры и давления по истечении некоторого времени в системе будет наступать динамическое равновесие, условием которого является равенство химических потенциалов растворённого вещества в обеих жидких фазах:

	μ0 (I) + RT	lna (I) = μ0 (II) + RT		lna (II),		(9.1)
где μi0 (I) и μi0 (II) – стандартныеi		химическиеi i	потенциалыi		i-го компонента в
первой и второй фазах;
ai (I) и ai (II)	– активности i-го компонента в первой и второй фазах.
Так как	стандартные химические потенциалы			являются		постоянными
величинами, то постоянным будет и отношение активностей:
		KP = ai (I) / ai (II) ≈ const .				(9.2)

Данное равенство является общим выражением закона распределения: отношение равновесных активностей третьего компонента в двух взаимно

нерастворимых	жидкостях есть величина			постоянная	при постоянной
температуре и называемая термодинамической константой распределения.
Отношение	равновесных концентраций		вещества в		водной (Ciвод) и
органической	(Ciорг) фазах при постоянной			температуре характеризуется
коэффициентом распределения:
	орг	вод	.		(9.3)
	KЭ = Ci	/ Ci

Экстракция основана на законе распределения, очевидно, что извлечение вещества экстракцией тем полнее, чем больше коэффициент его распределения превышает единицу. Как правило, после достижения динамического равновесия концентрация извлекаемого вещества в органической фазе во много

раз превышает	его концентрацию в водной фазе (KЭ может достигать 300 и
более).
Сконцентрированное таким образом в органическом				растворителе
вещество затем	отделяется от него	и	либо утилизируется,	либо является
товарным продуктом.
Процесс очистки сточных вод методом экстракции состоит из 3-х стадий:
1) интенсивное смешение сточной			воды с органическим растворителем
(экстрагентом)	для достижения	максимального развития		поверхности

соприкосновения двух жидких фаз;

2)как можно более быстрое и полное разделение фаз (экстракта и рафината) после экстракции;

3)извлечение экстрагента из экстракта и рафината.

Экстракт – фаза, содержащая извлекаемое вещество и экстрагент. Рафинат – фаза, содержащая очищенную сточную воду и экстрагент.


Адсорбционные методы широко		применяют для глубокой		очистки
сточных	вод от растворенных органических		веществ после биохимической
очистки,	а также в локальных установках, если концентрация этих веществ в
воде невелика и они биологически		не	разлагаются или	являются
сильнотоксичными (фенолы, пестициды, красители, ПАВ и т.д.).
Достоинством метода является		высокая эффективность, возможность
очистки	сточных вод, содержащих несколько		веществ, а также рекуперации

этих веществ.

Адсорбционная очистка может быть регенеративной, т. е.				с извлечением
вещества из	адсорбента и его утилизацией, деструктивной,			при которой
извлеченные	из сточных вод вещества	уничтожаются вместе с адсорбентом.
Эффективность адсорбционной очистки		достигает 80-95	%	и зависит от
химической	природы адсорбента, величины адсорбционной		поверхности и ее

доступности, от химического строения вещества и его состояния в растворе.


Адсорбенты. В качестве		сорбентов	используют активные угли,
синтетические	сорбенты и некоторые отходы		производства	(золу, шлаки,
опилки и др.).	Минеральные сорбенты — глины, силикагели,			алюмогели и

гидроксиды металлов для адсорбции различных веществ из сточных вод используют мало, так как энергия взаимодействий их с молекулами воды велика — иногда превышает энергию адсорбции. Наиболее универсальными из адсорбентов являются активные угли, однако они должны обладать определенными свойствами.

Свойства, необходимые для активированных углей:

1)активные угли должны слабо взаимодействовать с молекулами воды и хорошо с органическими веществами;

2)быть относительно крупнопористыми (с эффективным радиусом адсорбционных пор в пределах 0,8-5,0 нм или 8-50 А);

3)их поверхность должна быть доступна для больших и сложных органических молекул;

4)при малом времени контакта с водой они должны иметь высокую адсорбционную емкость;

5)высокую иметь селективность и малую удерживающую способность при регенерации;

6)угли должны быть прочными, быстро смачиваться водой, иметь определенный гранулометрический состав. В процессе очистки используют

мелкозернистые	адсорбенты с частицами размером		0.25-0.5 мм и
высокодисперсные угли с частицами размером менее 40 мкм;
7) важно,	чтобы угли обладали	малой каталитической активностью по
отношению к реакциям окисления,		конденсации и др.,	так как некоторые

органические вещества, находящиеся в сточных водах, способны окисляться и

осмоляться.	Осмолившиеся		вещества	забивают поры адсорбента,			что
затрудняет его низкотемпературную регенерацию;
8) наконец		они должны иметь		низкую	стоимость,	не уменьшать
адсорбционную	емкость после регенерации и обеспечивать					большое число
циклов работы.
Сырьем	для	активных	углей	может	быть практически		любой
углеродсодержащий материал: уголь, древесина,					полимеры, отходы пищевой,
целлюлозно-бумажной и других отраслей промышленности.

Адсорбционная способность активных углей является следствием сильно развитой поверхности и пористости.

Основы процесса адсорбции. Вещества, хорошо адсорбируемые из водных растворов активными углями, имеют выпуклую изотерму адсорбции, а плохо адсорбирующиеся — вогнутую. Изотерму адсорбции вещества, находящегося в сточной воде, определяют опытным путем. Ее можно приближенно вычислить без экспериментов.

Источник: https://studfile.net/preview/16563816/

Смотрите также:


_1966(~1
_Антонян Ю.М., Сексуальные преступления. Чикатило и другие
_РГР № 1 (2)
'Образ–Я' и его развитие средствами диалога
"Логистическая технология JIT"
"Особенности правовой системы Российской Федерации" по дисциплине "Теория государства и права"
«Анализ ликвидности и платежеспособности предприятия» (на материалах ОАО Московская кондитерская фабрика «Красный Октябрь»)
«В истории мы черпаем мудрость». Фрэнсис Бэкон
«Дизайнерские дети» как профилактика инвалидизации общества