полимеры. Однако, как выяснилось, в этом отношении весьма эффективны отрицательно заряженные (анионные) и неионные полимеры.

Влияние анионного полимера может объясняться тем, что связкой между полимером и коллоидом служит какой-нибудь многозарядный катион, например ион кальция.

Действие неионного полимера может быть связано с тем, что в его структуре содержатся полярные группы, образующие положительно и отрицательно заряженные области вокруг опреде­ ленных атомов. Эти заряженные области могут взаимодействовать с заряженными коллоидными частицами.

Следует подчеркнуть, что полимеры не только выполняют роль мостиков, но и частично нейтрализуют поверхностный заряд кол­ лоидных частиц и, следовательно, уменьшают силы отталкивания. Это обстоятельство обсуждается также далее при рассмотрении механизма в.

Механизм б. Необходимым условием для осуществления этого механизма является наличие в потоке воды флокул, например рыхлого осадка гидроксида металла, который может захватывать

изапутывать коллоидные частицы.

Механизм в. Уменьшение силы отталкивания между части­ цами может иметь место, если катионы, например Са2+, Fe3+, А13+, накапливаются около отрицательно заряженных коллоидных частиц. Это означает сдвиг изоэлектрической точки частицы. Аналогичное влияние могут оказывать кислоты и основания.

10.2.3.Флокуляция

Впроцессе флокуляции первичные частицы объединяются в бо­ лее крупные образования — флокулы. Применительно к процессу очистки воды цель флокуляции — увеличение размеров осаждае­ мых частиц с тем, чтобы их можно было затем отделить методом седиментации или флотации.

Флокуляцию часто проводят в системе, изображенной на

рис. 10.13.

Вкаждой флокуляционной камере вода слегка перемешивается

спомощью механического устройства, называемого лопастным флокулятором. Перемешивание приводит к сталкиванию и агрега­ ции первичных частиц. На схеме показаны три флокуляционные камеры, тогда как на практике число их колеблется от 1 до 4.

Рис. 10.13. Схема флокуляционной камеры.

Иногда на станции очистки с активным илом флокуляцию и осаждение проводят в аэротенке (одновременное или симультантное осаждение). В данном случае перемешивание осуществляется в результате аэрации и может быть настолько интенсивным, что приведет к частичному распаду химически организованных флокул. В результате выходящая из аэротенка вода может содержать настолько мелкодисперсные частицы, что их дальнейшее отделение на следующей стадии может быть проблематичным.

Образование флокул в воде при перемешивании происходит в результате того, что создаваемый градиент скорости заставляет первичные частицы сталкиваться и склеиваться друг с другом.

В процессе флокуляции работают два противоположно направ­ ленных механизма (рис. 10.14):

-образование флокул, сопровождающееся удалением первичных частиц,

-разрушение флокул, сопровождающееся образованием первич­ ных частиц.

Далее мы обсудим кинетические закономерности этих процес­ сов, основываясь на данных работы [6].

Скорость образования флокул ry.f равна скорости удаления первичных частиц гу,р, т. е.

где rv,f — скорость образования флокул (например, число первич­ ных частиц, собранных во флокулы/(м3воды •с)), гу,Р — скорость

<■

° V oeV°

Рис. 10.14. Образование флокул из первичных частиц. Считается, что флокулы способны оседать, а первичные частицы не способны.

образования первичных частиц (например, число удаленных из флокул первичных частиц/(м3воды -с)), Кр — константа флокулообразования (например, м3воды/м3флокул), пр — число первичных частиц в единице объема воды (например, число первичных частиц/(м3воды), Ф — объемное отношение флокул, т. е. объем флокул в единице объема воды (например, м3флокул/м3воды), G — средний градиент скорости (например, с-1 ).

Если объемную концентрацию флокул обозначить nf, а их радиус rf (считаем, что все флокулы сферические и все одного и того же размера), то находим:

(10.10)

где af — объем флокулы, а р — объем первичной частицы, прд — объемное число первичных частиц в подаваемом в камеру флоку­ ляции стоке.

Средний градиент скорости G выражает турбулентность жид­

где W — мощность, приложенная на единицу объема жидкости, /ха — абсолютная вязкость жидкости.

Пример 10.2. Определите средний градиент скорости G в камере флокуляции объемом 10 м3 при мощности 8 Вт. Абсолютную вязкость сточной воды считайте равной 0,001 кг/(м •с), см. табл. 1.10.

Для определения G воспользуемся выражением (10.11):

с " 3/м 3, абсолютная вязкость /ха равна 0,001 кг/(м •с). Подставляя W и р& в выражение (10.11), получаем

G = (0,8 кг •м2 •с 3/м 3)/(0,001 кг/(м •с))1^2 = 28 с 1

Это значение соответствует (по порядку) величинам G, которые обычно необходимы в камерах флокуляции (10-50 с *).

В соответствии с выражением (10.9) образование флокул — это реакция первого порядка по отношению к пр, Ф и G.

Концентрация, выраженная как число первичных частиц пр, является неудобным параметром, поскольку ее трудно измерить.

Таблица 10.1. Значения KF •Ф и Кв для различных веществ, исполь­ зуемых для постосаждения [6]. Подаваемый сток: 9,7 г Р/м3, щелочность 2 экв/м3

G — средний градиент скорости, с- 1 ; в —время гидравлического удерживания, с; п — число реакторов идеального перемешива­ ния (безразмерная величина); Ф — объемное отношение флокул,

м3флокул/м3воды; Кр — константа (безразмерная); Кв — константа (=K g •а р), с.

Итак, в уравнении появляется параметр Кр *Ф. Если количество подаваемого осадителя постоянно, то Ф постоянно, следовательно, постоянно и выражение Кр •Ф. В табл. 10.1 суммированы значения Кр •Ф и Кв для различных осадителей.

Кв в выражении (10.14) равна К'в в выражении (10.13), умноженной на константу а р, которая в соответствии с (10.10) описывает объем первичной частицы.

Чтобы дать представление о зависимости процесса от типа осадителя, числа камер флокуляции , среднего градиента скорости

исреднего времени гидравлического удерживания, на рис. 10.16 и

10.17мы приводим результаты расчетов, основанных на данных табл. 10.1.

Из рисунков следует: способность вызывать флокуляцию у раз­ личных осадителей весьма различается; для достижения лучшей флокуляции полезно разбивать реактор на отдельные секции; для достижения данной степени флокуляции необходимо поддерживать минимально возможное время удерживания; существует некое оптимальное значение среднего градиента скорости G.

Пример 10.3. Фосфор осаждают добавлением продукта, содержащего сульфат алюминия, 250 г/м 3. Содержание алюминия составляет 8 вес. %. Сточная вода, 180 м3/ч, содержит 14 г Р/м3.

1. Каково молярное соотношение А1/Р?

Алюминия добавлено: (0,08 •250 г/м 3)/(27 г А1/моль) = 0,74 моль А1/м3.

Рис. 10.16. Зависимость степени флокуляции от времени гидравличе­ ского удерживания в и числа камер флокуляции п при использовании в качестве осадителя А13+ и при G = 20 с""1 (верхний рисунок).

Зависимость степени флокуляции от времени гидравлического удержи­ вания 9 и типа осадителя при использовании двух последовательно соединенных камер флокуляции [6 ] (нижний рисунок).

Содержание фосфора: (14 г Р/м3)/(31 г Р/моль) = 0,45 моль Р/м3. Молярное соотношение А1/Р: 0,74/0,45 = 1,64 моль Al/моль Р.

2 . Флокуляция происходит в двух идентичных последовательно соединенных камерах. Необходимая степень флокуляции 30.

Найдите требуемый средний градиент скорости и объем реактора. Из рис. 10.17 можно определить, что степень флокуляции 30 достигается при времени гидравлического удерживания 55 мин при среднем градиенте скорости G = 2 0 с-1. Это можно установить,

используя уравнение (10.14).