Физико-химические основы флотации диспергированных и коллоидных загрязнений сточных вод и пенного фракционирования ПАВ

Размещено на http://www.allbest.ru/

1

Физико-химические основы флотации диспергированных и коллоидных загрязнений сточных вод и пенного фракционирования ПАВ

Содержание

Вступление

1. Флотационный метод очистки

2. Физико-химические основы пенной флотации

3. Физико-химические основы пенного фракционирования

4. Физико-химические основы электрофлотации

Выводы

Литература

Вступление

ПАВ - это поверхностно-активные амфифильные структуры, агрегирующиеся (самоорганизующиеся) в воде, либо в других растворителях с образованием различных микроструктур (например, мицелл и бислоев). Принимая подобное определение, мы исключаем многие важные полимерные диспергаторы (желатин, поливинилпирролидон), которые являются поверхностно-активными и выполняют ряд других важнейших функций, свойственных ПАВ, таких как стабилизация частиц от коалесценции и флокуляции. При этом некоторые полимерные диспергаторы все же остаются - ПАВ на основе блок-сополимеров с умеренным молекулярным весом, формирующие микроструктуры, аналогичные низкомолекулярным веществам.

1. Флотационный метод очистки

Флотационный метод очистки обеспечивает, помимо удаления механических примесей, загрязнений (растворенных и коллоидных), также снижение значений БПК И ХПК, удаление летучих компонентов растворение в воде кислорода воздуха. Наиболее часто флотационный метод очистки применяют в локальных сооружениях для удаления основной массы загрязнений. Флотационный процесс протекает в 4-6 раз быстрей отстаивания при одинаковом эффекте удаления загрязнений.

Извлечение диспергированных, коллоидных и растворенных примесей воды происходит в результате их прилипания (адсорбции) к пузырькам газа, образующимся в жидкости, или введенным в нее. Агрегаты пузырьков воздуха с примесями всплывают на поверхность, образуя пенный слой с более высокой концентрацией частиц, чем в исходной жидкости. Все процессы, связанные с переходом веществ в пенный слой, достигаемым адсорбцией или прилипанием к пузырькам газа, получили название адсорбционной пузырьковой сепарации.

Пенное фракционирование основано на селективной адсорбции одного или более растворенных веществ на поверхности газовых пузырьков, которые поднимаются вверх через раствор. Образовавшаяся пена обогащена адсорбированным веществом, что и обеспечивает парциальную сепарацию компонентов раствора. Сущность методов пенной флотации сводится к удалению различных веществ (макро- и микрочастиц, коллоидных частиц, ионов, молекул) из жидкости при помощи поверхностно-активных веществ. При осадительной флотации в обрабатываемой жидкости, помимо удаляемого вещества и ПАВ, содержится еще реагент, образующий осадок с удаляемой примесью. Адсорбционная коллоидная флотация представляет собой удаление растворенного вещества, предварительно адсорбированного на коллоидной частице.

2. Физико-химические основы пенной флотации

Основную роль в процессе флотации диспергированных примесей играют поверхностные силы, ван-дер-ваальсовские силы притяжения, электрические силы, возникающие при перекрытии двойных электрических слоев, образующихся вокруг частички в водном растворе, и силы гидратации любых гидрофильных групп на поверхности частички. Действия этих сил определяют смачиваемость или насмачиваемость частицы водой. При введении небольших количеств ПАВ флотируемость увеличивается до тех пор, пока их концентрация не вызовет заметное понижение величины поверхностного натяжения водной среды, из которой происходит флотация. По воздействию на процесс флотации ПАВ обычно разделяют на две категории: коллекторы и пенообразователи. Коллекторы, в основном, изменяют смачиваемость частиц, а пенообразователи адсорбируются, как правило, на границе водная среда - газ и стабилизируют пленку, образующуюся между приближающимися друг к другу пузырьками, препятствуя их коалесценции.

Процесс флотации можно рассматривать как трехстадийный:

1) постепенное сближение минеральной частицы с пузырьком воздуха, в то время как на частице формируется смачивающая пленка;

2) утончение смачивающей пленки до тех пор, пока не будет достигнуто нестабильное состояние;

3) разрушение смачивающей пленки и образование краевого угла, обеспечивающего сильную адгезию частицы на поверхности.

Эффект флотации высокодисперсных частиц, размеры которых близки коллоидным, в значительной мере зависит от электростатического взаимодействия двойных электрических слоев частиц и пузырьков. Чаще всего снижение электрокинетического потенциала частиц приводит к уменьшению энергетического барьера и улучшению их флотируемости.

Существенное влияние на эффективность флотации оказывает соотношение размеров частицы и газового пузырька, которое определяет эффективность их столкновения и последующего притяжения. Для каждого размера пузырька существует критический размер частицы. Столкновение частиц меньшего размера с пузырьком не происходит.

3. Физико-химические основы пенного фракционирования

загрязнение флотация пенный фракционирование

Основой пенного фракционирования является адсорбция ПАВ на поверхности поднимающегося газового пузырька. Этот процесс аналогичен процессу адсорбции органических веществ на твердых адсорбентах.

Пенную сепарацию делят на флотацию ионов и молекул и флотацию дисперсий. Принципиальное различие между ними состоит в том, что при флотации ионов и молекул имеются две фазы: раствор и пузырьки газа, а при флотации дисперсий - три: пузырьки газа, мелкие твердые частицы и жидкий раствор.

Возможна также классификация пенной сепарации по: выделению ионов электролитов (например, выделение с применением ПАВ неорганических ионов из очень разбавленных растворов с целью извлечения металлов или очистки воды от химических и радиоактивных загрязнений); выделению ПАВ (например, при разделении очень близких по строению ПАВ, таких, как додецилсульфат и додецилбензолсульфонат Na, при очистке от ПАВ промышленных и бытовых стоков); выделению органических веществ с низкой молекулярной массой (например, с целью очистки воды); выделению органических веществ с большой молекулярной массой (например, разделение растворов белков); микрофлотация коллоидных частиц и микроорганизмов.

4. Физико-химические основы электрофлотации

Электролитическая флотация (электрофлотация) является одним из перспективных направлений флотационной очистки сточных вод, что обусловлено высокой эффективностью и скоростью процесса при минимальном расходе реагентов - собирателей или без них. Пузырьки на одном из электродов при пропускании постоянного электрического тока через сточную жидкость.

В процессе электрофлотации могут быть использованы как растворимые (обычно железные или алюминиевые) так и растворимые электроды. При применении растворимых электродов в результате анодного растворения металла в воду переходят катионы железа или алюминия, образующие затем коагулирующие гидроксиды. Стесненное межэлектродное пространство, где одновременно образуются хлопья коагулянта и пузырьки газа, способствует надежному закреплению газовых пузырьков на хлопьях и их флотации.

Скорость процессов, протекающих при электрофлотации, определяется общим значением потенциала на границе металл - раствор, составом раствора и условиями диффузии компонентов или продуктов реакции в растворе.

Электрофлотационное извлечение частиц проходит при применении нерастворимых электродов наиболее вероятно протекает по двухстадийному механизму: на первой стадии частицы осаждаются на поверхности газовых пузырьков. Это приводит в дальнейшем к образованию из них стабильных микро пузырьков размером 3-10 мкм с оболочкой из удаляемых коллоидных частиц.

На второй стадии такие микропузырьки - коллекторы флотируются более крупными газовыми пузырьками. Осаждению частиц на пузырьках может способствовать электрофоретический перенос частиц в приэлектродную зону, их дегидратация вблизи поверхности электродов и эффективное взаимодействие с пузырьками, зарождающимися на электродах в тот момент, когда пузырьки еще несут довольно большой заряд.

Выводы

Методы флотации и пенной сепарации поверхностно-активных веществ являются необходимыми и очень важными физико-химическими процессами.

Метод флотации и пенной сепарации используется для очистки сточных вод не только от поверхностно-активных веществ, но и от загрязненных отходами нефти, продуктами ее переработки, жирами, маслами, смолами, красителями и др. При очистке сточных вод могут быть также использованы методы пенного фракционирования, макро- и микрофлотации, осадительной флотации, молекулярной флотации и адсорбционной коллоидной флотации.

Литература

1. Химия и технология воды 2006-2010 гг., 1-12 вып.

2. Украинский химический журнал 2006-2010 гг., 1-12 вып.

3. Коллоидный журнал 2006-2010 гг., 1-12 вып.

4. Экология и экоресурсы сбережения, 2006-2009 гг., 1-12 вып.

5. Ланге К.Р. Поверхностно-активные вещества: синтез, свойства, анализ, применение / Перевод с английского Л. Зайченко. - Санкт-Петербург: Профессия, 2005 г. - 239 с.

6. Очистка и использование сточных вод в промышленном водоснабжении / А.М. Когановский, Н.А. Клименко, Т.М. Левченко и др. - М.: Химия, 1983.

7. Когановский А.М., Клименко Н.А. Физико-химические основы извлечения поверхностно-активных веществ из водных растворов и сточных вод. - Киев: Наукова думка, 1978.

Размещено на Allbest.ru