|
Для получения оптимальной технологической схемы важно иметь информацию не толькоо химическом составе исходной воды и концентрации загрязняющих ее веществ, но и правильно установить конкретные фазово-дисперсные состояния, в которых данные вещества (примеси) находятся в объеме воды, поступающей на очистку.
Многообразие фазово-дисперсных состоянийпримесей в воде приводит к необходимости их классификации. В настоящем документе принята следующая классификация:
I группу загрязнений составляют нерастворимые вещества, скорость осаждения или всплытия которых составляет более 0,2 (мм/сек), т.е. данные вещества способны осесть (или всплыть) на (с) глубину (ы) 1 метр быстрее, чем за 1,5 часа. Скорость осаждения зависит как от дисперсности частиц, так и от их плотности относительно плотности воды. Загрязнения I группы легко отделяются прямой сепарацией в гравитационном (отстойнике) или центробежном (циклоны, центрифуги и т.д.) поле. Обозначим названные загрязнения как тяжелые крупнодисперсные включения и грубые пленки, а их состояние в воде «взвешенным». Показателями, характеризующими концентрацию тяжелых крупнодисперсных включений и грубых пленок, являются взвешенные вещества и нефтепродукты.
II группа загрязнений состоит из нерастворимых веществ со скоростью осаждения или всплытия менее 0,2 (мм/сек), при этом их прямое отделение в отстойниках нецелесообразно по причине значительных габаритных размеров данных сооружений. Указанные вещества хорошо укрупняются с помощью флокуляции или коагуляции, а затем легко выделяются при отстаивании. Кроме того, практически полное их удаление наблюдается при фильтрации через материал с величиной поры 0,1 (мкм). По своему состоянию указанные вещества располагаются между примесями первой группы и коллоидными частицами, назовем данное состояние «ультравзвешенным», а названные загрязнения «мелкодисперсные частицы и эмульсии». Следует отметить, что при концентрации взвешенных веществ до 100 (мг/л) и нефтепродуктов до 10 (мг/л), перечисленные загрязнения находятся, как правило, в ультравзвешенном состоянии. В целом, содержание в воде мелкодисперсных частиц и эмульсий характеризуется таким показателем, как мутность. При значительной концентрации загрязнений, находящихся в воде в ультравзвешенном состоянии, наблюдается быстрый выход из строя фильтрационных устройств.
К III группе загрязнений относятся вещества, которые непосредственному отстаиванию или отстаиванию после флокуляции не подлежат, т.е. их невозможно укрупнить, используя только флокулянты. В то же время данные вещества достаточно легко укрупняются методом коагуляции и после этого хорошо отделяются в отстойниках. Применение после коагулянтов еще и флокулянтов усиливает эффект укрупнения указанных загрязнений. Кроме того, их возможно практически полностью удалить из воды при фильтрации через материал с величиной поры 0,01 (мкм). По своему состоянию названные вещества относятся к коллоидным растворам, назовем данное состояние «коллоидным», а соответствующие загрязнения «коллоидными частицами и микроэмульсиями». В целом, их содержание в воде характеризуется таким показателем, как цветность. Концентрация загрязнений, находящихся в воде в коллоидном состоянии, может быть весьма значительной.
IV группу примесей составляют высокомолекулярные вещества, причем размеры данных молекул могут быть значительно большими, чем размеры коллоидных частиц, но при этом данные загрязнения не поддаются укрупнениюметодом коагуляции, но зато хорошо удаляютсяметодами флотации и пенной сепарации (отдувки), или разрушаются при их окислении специальными агентами (ГПХ, О3 и т.д.). По своему состоянию указанные вещества располагаются между коллоидными и истинными молекулярными растворами и являются, своего рода, связующим звеном (сцепкой) между ними, что особенно ярко проявляется при коагулировании коллоидов, т.е. в случае наличия высокомолекулярных соединений полного завершения коагуляции коллоидных частиц и микроэмульсий не наблюдается, т.к. примеси IV группы препятствуют данному процессу. Таким образом, по отношению к коагулянтам высокомолекулярные вещества ведут себя как истинные молекулярные растворы, т.е. практически не реагируют. С другой стороны, у коллоидов и высокомолекулярных веществ также есть ярковыраженное общее свойство, а именно, как те, так и другие практически не подлежат очистке методом сорбции. То есть, выделить их из воды посредством сорбента, конечно же, возможно, но загрузка при этом очень быстро расходует свою сорбционную способность и за краткое время выходит из строя. Данное явление объясняется тем, что основную сорбционную активность загрузке придают микропоры (до 4 нм), количество же макропор и переходных пор ограничено, а коллоиды и высокомолекулярные вещества имеют значительные размеры и поэтому занимают именно последние, тем самым ощутимо понижая сорбционную емкость загрузки в целом. Аналогичное негативное воздействие коллоиды и высокомолекулярные вещества оказывают на ионообменные смолы, различные мембраны и пористые фильтрационные материалы, в течение краткого времени выводя их из строя. Таким образом, высокомолекулярные вещества проявляют свойства как коллоида, так и молекулярного истинного раствора, поэтому они выделены в отдельную группу, а их состояние называется «постколлоидным», а сами вещества «псевдоколлоидами или сцепками». Из IV группы наиболее часто встречаются в стоках такие загрязнения, как синтетические поверхностно-активные вещества (СПАВ). К ним относятся различные моющие средства, деэмульгаторы, некоторые спирты и т.д. Концентрация примесей IV группы в воде может быть очень значительной и, как видим, они оказывают ощутимое влияние на процесс очистки в целом.
К V группе примесей относятся вещества, находящиеся в состоянии истинных молекулярных растворов. Размеры частиц данных веществ сравнимы по величине или немного больше (в 1,5÷5 раз), чем молекулы воды (кроме молекулы Н2). Общим свойством названных загрязнений является возможность их отделения посредством сорбционных материалов, при этом сорбционная емкость данных материалов используется с максимальным эффектом. Этот факт объясняется тем, что для отделения молекулярных растворов используются микропоры, количество которых в загрузке максимально. Нужно отметить, что сорбционная загрузка и создана именно для этого случая, т.е. для выделения из воды электрически нейтральных молекул, находящихся в растворенном состоянии. Кроме того, растворенные молекулярные газы могут эффективно замещаться атмосферными газами при осуществлении процесса интенсивной продувки слоя воды сжатым воздухом. Данный процесс называется отдувкой или пенным фракционированием (сепарацией).
VI группа состоит из атомарно растворенных веществ.
Указанное состояние примесей в воде является переходным или пограничным между истинными молекулярными (V группа) и ионными (VII группа) растворами. Вещества, находящиеся в состоянии атомарных растворов, обычно нестабильны и стремяться к образованию либо молекул, либо ионов, например:
Na + H2O → NaOH + Ha ; Ha + Ha → H2↑ ; NaOH → Na+ + OH-
В тоже время, атомарно растворенные газы кислород (Оа) и водород (На) являются более химически активными, чем их молекулы (О2 и Н2) и гораздо интенсивнее вступают в реакцию окисления и восстановления с другими веществами, содержащимися в воде.
Таким образом, свободные примеси из VI группы в исходной воде, как правило, отсутствуют.
VII группу загрязнений составляют примеси, молекулы которых находятся в воде в диссоциированном состоянии, другими словами, данные загрязнения имеют состояние истинных ионных растворов. Ионы могут быть сравнимы по размерам с молекулами воды, а так же быть больше или меньше (в ~ 2,5 раза атом Н). Общим свойством названных загрязнений является возможность их отделения от воды на обратноосмотической мембране. Обратноосмотическая мембрана, по сути, и предназначена именно для отделения электрически зараженных частиц(ионов), за счет особого свойства своей поверхности, которое позволяет проходить электрически нейтральным молекулам и задерживает электрически заряженные ионы. Таким образом, примеси V и VI групп через обратноосмотическую мембрану пройдут. Кроме того, ионы, содержащиеся в воде, замещаются на другие ионы, находящиеся в ионообменной смоле, в процессе обработки воды на ионитовых фильтрах. Концентрации примесей, находящихся в сточной воде в состоянии ионных растворов, как правило, характеризуются следующими показателями: натрий, кальций, магний (катионы), хлориды, сульфаты, карбонаты, нитраты (анионы), сухой остаток (общая минерализация).
Представим принятую классификацию фазово-дисперсных состояний загрязняющих воду веществ в виде диаграммы.
Классификация, используемая в данном документе, подразделяет состоянияпримесей в воде на основные, к которым относятся вещества I (взвешенное состояние), III(коллоидное состояние), V (молекулярно-растворенное) и VII (ионно-растворенное) групп, и пограничные(переходные), состоящие из включений II (ультравзвешенное состояние), IV (постколлоидное состояние) и VI (атомарно растворенное) групп. Вещества II группы являются связующим звеном между крупнодисперсными частицами и коллоидами, примеси IV группы объединяют коллоиды с истинными молекулярными растворами, а VI группа сопрягает истинные молекулярные и ионные растворы. Вещества из пограничных групп отличаются нестабильностью и достаточно легко выводятся из состояния равновесия с их переходом либо в одну, либо в другую сопрягаемые основные группы. Концентрации веществ, находящихся в промежуточных состояниях, могут быть значительными, а их влияние на процесс очистки в целом, весьма ощутимым. |
