Полиакриламидный флокулянт очистка сточный электростанция

ПОЛИАКРИЛАМИДНЫЕ ФЛОКУЛЯНТЫ

ВВЕДЕНИЕ

Полиакриламидный флокулянт очистка сточный электростанция

Флокулянты - это водорастворимые высокомолекулярные соединения, которые при введении в дисперсные системы адсорбируются или химически связываются с поверхностью частиц дисперсной фазы и объединяют частицы в агломераты (флокулы), способствуя их быстрому осаждению. История применения высокомолекулярных веществ для очистки жидкостей от взвешенных примесей уходит своими корнями в глубокую древность. Так, еще за 2000 лет до н.э. в Индии вытяжки некоторых растений, содержащие природные полимеры, применялись для очистки воды, а в Древней Греции природный полимер - яичный белок использовался для осветления вин. В XVIII-XIX веках природные полимеры - желатина и крахмал стали использовать для очистки фруктовых соков. Несмотря на столь давнюю историю, практическое применение флокуляции в промышленных процессах началось в период между 30-ми и 50-ми годами XX века. Флокулянты использовали для очистки шахтных вод от частиц угля и глины, для выделения и обезвоживания шлаков фосфоритов при получении урановых солей, для интенсификации очистки промышленных сточных вод. Но действительно широкое применение флокулянты получили с середины 50-х годов в связи с необходимостью очистки увеличивающихся объемов сточных вод и модернизации технологических процессов, связанных с разделением твердых и жидких фаз. Когда возросший спрос в флокулянтах не мог больше удовлетворяться природными полимерами, началось внедрение органических искусственных (производных крахмала и целлюлозы) и чаще синтетических полимеров. Среди синтетических полимеров наибольшее распространение и применение получила группа полиакриламидных флокулянтов (ПФ). В связи с большой практической значимостью ПФ в статье рассмотрены наиболее перспективные пути управления процессом флокуляции и эффективного использования ПФ. В современной экологии флокулянты применяют для очистки сточных вод теплоэлектростанций.

ВЛИЯНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ ФЛОКУЛЯНТА

 

В зависимости от величины добавки один и тот же полимер может быть как флокулянтом, так и стабилизатором данной дисперсной системы. В большинстве случаев в присутствии возрастающих добавок полимеров устойчивость дисперсий сначала снижается, а после достижения минимума возрастает. Наблюдаемое снижение устойчивости системы (нисходящие ветви кривых) с ростом концентрации ПАА является следствием усиления агрегации частиц в результате их связывания макромолекулами и соответствует области флокуляции. При избытке ПАА происходят структурирование и стабилизация агрегативной и седиментационной устойчивости дисперсной системы (восходящие ветви кривых). Обычно дестабилизация системы наблюдается при малых добавках полимера (от тысячных до миллионных долей от массы твердой фазы), что свидетельствует о высокой эффективности флокулянтов.

Глава 2. ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПОЛИАКРИЛАМИДНЫХ ФЛОКУЛЯНТОВ НА СТАДИИ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ОЧИСТКИ ВОДЫ ТЕПЛОВЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ

 

Очистка добавочной воды для подпитки котлов тепловых электростанций осуществляется на водоподготовительных установках в несколько этапов. Первый этап (предочистка) включает в себя процессы известкования и коагуляции. На этой стадии в сырую природную воду подается насыщенный раствор извести (известковое молоко) и раствор коагулянта - железного купороса FeSO₄·7H₂O. В результате протекания реакций взаимодействия извести с растворенной углекислотой, солями жесткости, гидролиза и окисления ионов железа(II) в системе образуется шлам, состоящий из осадков CaCO₃, MgCO₃, Fe(OH)₃, CaSO₄, который в дальнейшем удаляется на осветлителе и механических фильтрах.

Для интенсификации процессов коагуляции нормативно-техническими документами предусматривается дополнительное использование на стадии предочистки флокулянтов – полиакриламидов (ПАА) [1]. В последние годы ассортимент выпускаемых как зарубежной, так и отечественной промышленностью полиакриламидных флокулянтов различных типов и состава значительно вырос, поэтому выбор реагента для использования в конкретных производственных условиях представляет собой довольно сложную задачу.

В качестве флокулянтов были выбраны два образца ПАА: анионный средней активности (Праестол 2530) и катионный средней активности (Праестол 650ВС). Краткие характеристики использованных флокулянтов приведены в табл.1.

Кинетику седиментации оценивали согласно методике для лабораторных опытов по известкованию воды [1], заключающейся в следующем. Заранее проанализированная по основным показателям (перманганатная окисляемость, содержание железа) сырая вода с заданной температурой помещалась в стакан емкостью 2 дм³, затем туда же вводились реагенты (известковое молоко, растворы железного купороса и флокулянта) в расчетных количествах, причем флокулянт вводился спустя 1.5 мин после ввода извести и коагулянта. Раствор перемешивался в течение 5 мин и отстаивался в течение 30 мин. После отстаивания осветленная вода сливалась и анализировалась по тем же показателям, что и исходная. Анализы проводились согласно стандартным методикам [2, 3]. Образовавшийся шлам сливался в мерный цилиндр емкостью 250 см³ (объем слитой воды и шлама поддерживался постоянным для всех опытов) и анализировался для определения кинетики осаждения по изменению во времени положения границы раздела между осветленной и неосветленной частями мерного цилиндра.

 

Таблица 1. Характеристики флокулянтов.

Марка флокулянта	Праестол 2530	Праестол 650ВС
Тип флокулянта	Анионный	Катионный
Вязкость 0,5%-ного раствора, Мпа/с	4000	700
Значение рН 0,1%-ного раствора	7-8	7
Граница применяемых значений рН	6-13	1-14
Приблизительная мол. масса, млн.	14	6

Рис. 1. Зависимость степени осветления (Q) от времени (t) в присутствии флокулянтов с концентрацией 0,75 мг/дм³, доза извести 3,81 мг-экв/дм³, доза коагулянта 0,5 мг-экв/дм³. а – отсутствие флокулянта, б – флокулянт Праестол 650ВС, в – флокулянт Праестол 2530

 

На рис.1 приведены типичные кинетические кривые седиментации шлама в отсутствие и присутствии флокулянтов в концентрации 0,75 мг/дм³. Аналогичные зависимости получены и для концентраций ПАА 0.5 и 1.0 мг/дм³. Из приведенных данных видно, что введение в исследуемую систему флокулянта значительно увеличивает скорость осаждения шлама и ускоряет процесс осветления воды в процессе коагуляции, причем эффективность действия флокулянта анионного типа выше, чем катионного. Более наглядно флокулирующий эффект можно оценить введя безразмерный параметр D = (V – V₀)/V₀, где V и V₀ – скорости седиментации дисперсной фазы в присутствии и отсутствии флокулянта, соответственно [4]. Для большей определенности оценки D значения V и V₀ были взяты нами для фиксированной степени осветления цилиндров Q = 0.5. Полученные данные, приведенные в табл. 2, показывают значительно более высокую эффективность анионного флокулянта Праестол 2530.

Таблица 2. Зависимость флокулирующего эффекта D_0.5 от типа и концентрации флокулянта.

Марка флокулянта	Праестол 2530			Праестол 650ВС
Концентрация флокулянта, мг/дм3	0.50	0.75	1.00	0.50	0.75	1.00
D0.5	2.55	5.25	11.50	1.00	1.35	9.00

 

Поскольку задачей процесса предочистки является не только освобождение исходной воды от грубодисперсных и коллоидных частиц, но и улучшение качества воды по таким показателям как содержание растворенных органических веществ и соединений железа, нами было изучено влияние флокулянтов на уменьшение в ходе процесса коагуляции остаточной перманаганатной окисляемости и концентрации железа. Полученные данные представлены в табл. 3.

Эффект флокулянтов нами оценивался также по параметру D, аналогичному использованному выше для оценки действия флокулянта на процесс седиментации: D = (C₀-C)/C₀, где С и С₀ – концентрация железа и перманганатная окисляемости осветленной воды по сравнению с исходной водой (%) в присутствии и отсутствии флокулянта, соответственно.

Представленные в табл. 3 данные указывают на то, что незначительное воздействие на снижение перманганатной окисляемости оказывает введение в систему флокулянта анионного типа, тогда как добавка катионного флокулянта приводит к существенному уменьшению концентрации железа в осветленной воде.

Полученные свидетельствуют, что использование флокулянтов в процессе предочистки дает несомненный положительный эффект как для ускорения процесса коагуляции, так и для улучшения качества осветленной воды. В зависимости от задач, стоящих перед конкретной водоподготовительной установкой и качества исходной воды, можно рекомендовать использование флокулянтов Праестол как анионного, так и катионного типа.

ЛИТЕРАТУРА

1. Petzold G., Geissler U., Smolka N., Schwarz S. Influence of humic acid on the flocculation of clay // Colloid Polym. Sci. 2004. V.282.

2. Шевченко T.B., Ульрих Б.В. Модифицированные катионные флокулянты на основе полиакрил-амида // Экология и промышленность России. 2005. Март.

3. Роговина Л.З., Васильев В.Г., Чурочкина НА. и др. Влияние условий синтеза на строение гидрофобно модифицированных полиакрилами-дов и реологию их растворов и гелей // Высокомолекулярные соединения. Серия А. 2004. Т.46. №4.

 

ПОЛИАКРИЛАМИДНЫЕ ФЛОКУЛЯНТЫ

ВВЕДЕНИЕ

полиакриламидный флокулянт очистка сточный электростанция

Флокулянты - это водорастворимые высокомолекулярные соединения, которые при введении в дисперсные системы адсорбируются или химически связываются с поверхностью частиц дисперсной фазы и объединяют частицы в агломераты (флокулы), способствуя их быстрому осаждению. История применения высокомолекулярных веществ для очистки жидкостей от взвешенных примесей уходит своими корнями в глубокую древность. Так, еще за 2000 лет до н.э. в Индии вытяжки некоторых растений, содержащие природные полимеры, применялись для очистки воды, а в Древней Греции природный полимер - яичный белок использовался для осветления вин. В XVIII-XIX веках природные полимеры - желатина и крахмал стали использовать для очистки фруктовых соков. Несмотря на столь давнюю историю, практическое применение флокуляции в промышленных процессах началось в период между 30-ми и 50-ми годами XX века. Флокулянты использовали для очистки шахтных вод от частиц угля и глины, для выделения и обезвоживания шлаков фосфоритов при получении урановых солей, для интенсификации очистки промышленных сточных вод. Но действительно широкое применение флокулянты получили с середины 50-х годов в связи с необходимостью очистки увеличивающихся объемов сточных вод и модернизации технологических процессов, связанных с разделением твердых и жидких фаз. Когда возросший спрос в флокулянтах не мог больше удовлетворяться природными полимерами, началось внедрение органических искусственных (производных крахмала и целлюлозы) и чаще синтетических полимеров. Среди синтетических полимеров наибольшее распространение и применение получила группа полиакриламидных флокулянтов (ПФ). В связи с большой практической значимостью ПФ в статье рассмотрены наиболее перспективные пути управления процессом флокуляции и эффективного использования ПФ. В современной экологии флокулянты применяют для очистки сточных вод теплоэлектростанций.