Классификация сточной воды, основанная на фазовом состоянии примесей и их дисперсности

Продолжаем рассматривать классификацию сточных вод. Существуют так же классификации сточной воды, базирующиеся на степени загрязненности стоков, реакции водной среды, но более четко систематизирующей сточные воды для последующего выбора технологии их очистки является классификация, основанная на фазовом состоянии и дисперсности загрязнений. К ее положениям относится то, что поведение соединений в воде определяется их не только их химическими свойствами, а так же дисперсностью и их фазовым состоянием в водной среде. Эти же характеристики загрязнений определяют эффективные методы их удаления из очищаемой воды. Кроме того, так как многие вещества способны изменять свое фазовое состояние и дисперсность под влиянием изменения физико-химических свойств среды, таких как температура, рН и ее солевой состав, это предполагает возможность регулирования процессов и методов очистки сточной воды. Так же существенно на процесс удаления примесей оказывает влияние и форма, в которой находятся загрязнения сточной воды, позволяя применять для этого реакции, идущие по ионному, молекулярному механизму, или приводящие к дестабилизации коллоидных систем.

Первая группа классификации по дисперсности и фазовому составу загрязняющих веществ включает примеси, нерастворимые в воде, и имеющие размеры частиц от 10^-4 см и более. К ним относятся такие вещества, как глины, карбонатные породы, песок, ил, взвеси органических веществ и другие подобные вещества.

Вторая группа состоит из коллоидных растворов, имеющих в своем составе гидрофильные и гидрофобные частицы, а так же высокомолекулярные взвеси с размерами от 10^-5до 10^-6см. Под эту классификацию попадают, в том числе, обладающие высокой цветностью и мутностью коллоидные растворы гуминовых веществ.

К третьей группе относятся стоки с растворенными в них газами и молекулярными органическими соединениями с размерами частиц от 10^-6до 10^-7см.

В четвертую группу входят ионные растворы электролитов, размеры частиц в которых составляют от 10^-7до 10^-8см.

Такое разделение в зависимости от фазового состава и дисперсности частиц загрязнений сточной воды позволяет рассмотреть для каждой из групп ей соответствующий и наиболее эффективный метод переработки. Но так как сточные воды, как правило, представляют собой многокомпонентные системы с разной степенью дисперсности и фазовым составом, определяемым так же и физико-химическими свойствами водной среды, то для определения оптимальной схемы очистки следует правильно оценить качественные и количественные характеристики загрязняющих веществ. Для этого исследуются общие показатели загрязненности сточной воды, состоящие из физико-химических и органолептических ее свойств. Органолептическими показателями являются цветность и прозрачность (в последнее время она чаще заменяется мутностью, как более точным методом аппаратурного определения), а так же запах и вкус. Цветность воды определяется методами колориметрии в градусах кобальто-хромовой шкалы, прозрачность определяется визуально (мутность - с помощью колориметрии). Физико-химические показатели включают температуру, рН среды, сухой остаточк, плотность, ХПК нефильтрованной пробы, кислотность или щелочность, вязкость, поверхностное натяжение, жесткость, электропроводность, содержание взвешенных веществ и оптическую плотность. Кроме того, характеристика грубодисперсных примесей определяется по их количеству (определяемому фильтрацией пробы через «синюю ленту»), зольности, гранулометрическому составу (определяемому по времени осаждения частиц) и химическому составу. Для определения коллоидной и тонкодисперсной фазы загрязнений используется фильтрация через коллодиевые фильтры для определения их концентрации, определение дзета-потензиала методами электорофореза, а также размеры частиц, определяемые методами нефелометрии. Характеристики фазы раствора определяются отдельно для примесей органического и неорганического происхождения. Органические вещества предполагают определение содержания общего углерода, содержания экстрагируемых веществ, а так же определение ХПК фильтрованной пробы, БПК и перманганатной окисляемости. Помимо общих показателей определяется качественный и количественный состав пробы по органическим веществам, их классам, а так же концентрация летучих органических соединений. Исследование растворенных неорганических веществ заключается в определении общего азота, фосфора, серы, сухого прокаленного остатка, а так же их классификацию по ионному составу.

Такая схема исследования сточной воды может дать детальную картину и возможность проработки нескольких технологических цепочек эффективной очистки стоков. Но если имеется уже используемая технология очистки сточной воды и известны общие физико-химические и органолептические показатели, то этого бывает вполне достаточно для прогноза фазового состава примесей. Так, при изменении рН среды, температуры и концентрации примесей, сдвигается равновесие реакций ионного обмена, гидролиза и комплексообразования, что отражается на изменении содержания растворимый, малорастворимых и слабодиссоциирующих веществ. Уменьшение рН среды ведет к усилению образования галогенных комплексов и уменьшение комплексообразования ионов металлов с органическими веществами, имеющими свойства слабых кислот, при этом идет образование малорастворимых веществ, содержащихся в фазе коллоидного раствора. При увеличении рН интенсифицируется гидролиз солей, содержащих многозарядные катионы, что ведет к образованию коллоидных растворов гидрооксидов и основных солей. Такое изменение рН среды так же приводит и к усилению реакций комплексообразования между катионами металлов и органическими веществами, а так же гидролиза солей аммоний, результатом чего становится рост концентрации аммиака. При этом так же подавляется процесс диссоциации органических соединений, имеющих основные функциональные группы, что ведет к их переходу в фазу коллоидного раствора.

Уточнения этой теории классификации отмечают отсутствие выделения частиц дисперсностью от 10^-5 до 10^-4, которые являются промежуточным состоянием между грубодисперсными и коллоидными системами. Особенность этой фазы состоит в том, что она не выделяется с помощью гравитационного разделения, а только с применением тонкопористых фильтров и декантерных центрифуг. Далее, вторую группу, в состав которой входят коллоидные растворы и тонкодисперсные взвеси, следует разделить на две соответствующие подгруппы. Кроме того, частицы, входящие в состав коллоидных растворов, следует разделить на две группы по типу их межфазного взаимодействия, гидрофильные и гидрофобные. В коллоидных растворах, образованных гидрофильными частицами, наблюдается их сильная гидратация, они термодинамически устойчивы и склонны к самопроизвольному диспергированию. В гидрофобных коллоидных системах внутрифазные силы значительно превышают энергию межфазного взаимодействия, поэтому диспергирование этих веществ совершается в результате внешнего воздействия, за счет протекающих в системе процессов, и ведет к образованию неустойчивой системы. К типичным гидрофобным коллоидным системам относятся гидрооксиды многозарядных металлов, а так же эмульгированные частицы органических веществ. К типичным гидрофильным коллоидам относятся растворы белков и крахмала в воде.

Гидрофильные коллоиды, к тому же, делятся в свою очередь еще на два класса - ассоциативные и молекулярные. К первым относятся органические вещества, имеющие в своем составе полярную гидрофильную функциональную группу и неполярный гидрофобный радикал, точнее говоря, поверхностно-активные вещества. Эти вещества при определенной концентрации образуют в водной среде коллоидные агрегаты, иначе называемые мицеллами. Эти коллоидные системы характеризуются подвижным равновесием между молекулами или ионами и мицеллярными коллоидными ассоциатами. Число молекул в таких мицеллах может достигать от 30 до 2000 и эти образования при определенной их критической концентрации способны поглощать из раствора вещества, малорастворимые в воде. Отличие таких мицеллярных гидрофильных коллоидных систем от гидрофобных коллоидов состоит в том, что ядро дисперсной гидрофильной частицы представляет собой жидкую среду, что и определяет разные методы выделения гидрофильных и гидрофобных коллоидных частиц.

К молекулярным гидрофильным коллоидам относятся коллоидные системы, образованные высокомолекулярными веществами синтетического происхождения. Они имеют молекулярную массу, составляющую от десяти тысяч до нескольких миллионов углеродных единиц. Поэтому каждая такая молекула, благодаря своим размерам, представляет собой отдельную коллоидную частицу. Такие коллоидные системы отличает молекулярная неоднородность, связанная с межмолекулярными и внутримолекулярными взаимодействиями, а так же условиями среды. В зависимости от них макромолекулы могут находиться либо в глобулярной форме – в виде свернутого клубка, либо в виде развернутой спирали. Форма, в которой находятся макромолекулы, определяет тип ассоциата, образуемого ими в концентрированных растворах, который может представлять либо пакет из соединенных цепочек развернутых макромолекул, либо соединенных молекулярных «клубков», или глобул. Ассоциаты, образуемые макромолекулами отличаются от мицелл тем, что они не имеют постоянного состава, и имеют временный характер.

В следующей статье классификация систем очистки сточных вод. С нашими специалистами можно связаться по эл. почте info@nomitech.ru Будем рады вашим вопросам и комментариям!