Пищевая промышленность является одним из самых крупных потребителей пресной воды, а сбрасываемые воды ее предприятий относятся к числу наиболее загрязненных.
Сточные производственные воды в большинстве случаев представляют собой слабоконцентрированные эмульсии или суспензии. Нерастворимые в сточной воде частицы подразделяют на взвеси и коллоиды. Возможные способы удаления загрязнений в зависимости от их размера и свойств, представлены рисунке.
В процессе осаждения из сточных вод достаточно легко удаляются частицы размером 10 мкм и более, мелкодисперсные и коллоидные частицы практически не удаляются. Таким образом, сточные воды многих производств после сооружений механической очистки представляют собой агрегативно-устойчивую систему. Для их очистки применяют методы коагуляции; агрегативная устойчивость при этом нарушается, образуются более крупные агрегаты, которые удаляются из сточных вод механическими методами.
Эффективность реагентного способа очистки сточной воды, в частности с использованием коагулянтов, можно повысить, установив более строгий контроль за расходом реагентов и параметров перемешивания: физико-химических характеристик загрязняющих веществ в сточной воде, в первую очередь от их заряда, характеризуемого ζ-потенциалом.
Задачей исследования стояло определение ζ-потенциала исследуемой системы методом подвижной границы. Данный метод заключается в измерении электрофоретической скорости. В ходе опытов были рассмотрены три различные пробы исследуемой системы (табл. 1).
Результаты расчета показали, что ζ-потенциал исследуемых систем зависит от содержания взвешенных веществ, при их увеличении в 2 раза, величина ζ-потенциала снижается в 1,2 раза.
Рис. 1. Способы удаления взвешенных веществ от размера и свойств частиц
1 Анализируемые пробы сточной воды
|
Номер пробы |
Содержание взвешенных веществ, мг/дм3 |
рН |
Величина ζ-потенциала, В |
|
1 |
1480 |
7,43 |
0,0158 |
|
2 |
730 |
7,05 |
0,0181 |
Целью дальнейшего исследования являлось изучение влияния количества добавляемого коагулянта на эффект удаления взвешенных веществ и размер образующихся хлопьев. Введение коагулянта в сточную воду приводит к снижению ζ-потенциала. Оптимальная доза коагулянта соответствует значению ζ-по-тенциала равному нулю (изоэлектрическая точка), коагуляция проходит с максимальной интенсивностью. При увеличении концентрации коагулянта выше оптимальной, происходит увеличение величины ζ-потенциала, но уже с обратным знаком (перезарядка ДЭС). Это приводит к снижению эффективности очистки. Результаты эксперимента приведены
в табл. 2.
Влияние концентрации коагулянта на содержание взвешенных веществ сточной воды
|
Эффективность удаления взвешенных веществ, % |
Концентрация |
||||
|
0 |
2,6 |
5,2 |
10,4 |
15,6 |
|
|
Проба 1 |
0 |
35,3 |
79,9 |
32,1 |
7,9 |
|
Проба 2 |
0 |
80,1 |
47,5 |
34,2 |
17,9 |
Влияние концентрации коагулянта на содержание взвешенных веществ сточной воды
Как видно из табл. 3, для очистки сточной воды с концентрацией ВВ 730 мг/дм3 оптимальным является использование коагулянта концентрацией 2,6 г/дм3 (эффект удаления взвешенных веществ 82,1 %). Для очистки пробы 1 оптимальной является доза коагулянта 5,2 г/дм3.
На основании проведенных экспериментов можно сделать вывод, что оптимальная концентрация коагулянта в сточной воде, необходимая для максимального удаления взвешенных веществ, будет зависеть от величины ζ-потенциала. Это подтверждают результаты микроскопирования сточной воды до и после добавления коагулянта (табл. 3).
3. Микроскопирование сточной воды молочного завода (Ув. х 100)
|
Концентрация коагулянта, г/дм3 |
Результаты микроскопирования |
Концентрация коагулянта, г/дм3 |
Результаты микроскопирования |
|
|
10,4 |
|
|
|
2,6 |
|
15,6 |
|
Как видно из табл. 3 и 4, для очистки сточной воды оптимальным является использование коагулянта концентрацией 2,6 г/дм3. Дальнейшее увеличение концентрации коагулянта нецелесообразно, так как приводит к снижению эффективности очистки. Это можно объяснить уменьшением размера образующихся хлопьев, что подтверждают результаты микроскопирования.
Результаты проведенных исследований позволяют сделать следующие выводы:
1. Исследуемая сточная вода относится к неустойчивой системе (ζ-потенциал менее 30 мВ), однако процесс коагуляции (укрупнения частиц дисперсной фазы) происходит медленно.
2. Для интенсификации процесса отстаивания (начала процесса быстрой коагуляции), необходимо введение специальных реагентов - коагулянтов или флокулянтов.
3. Введение коагулянта в сточную воду приводит к снижению ζ-потенциала. Оптимальная доза коагулянта соответствует значению ζ-потенциала равному нулю (изоэлектрическая точка). При увеличении концентрации коагулянта выше оптимальной происходит увеличение величины ζ-потенциала, но уже с обратным знаком (перезарядка ДЭС).
4. Результаты микроскопирования сточной воды до и после добавления коагулянта показали, что при оптимальной дозе образуются хлопья максимального размера, а дальнейшее увеличение его концентрации приводит к уменьшению размера хлопьев, в результате чего снижается эффективность очистки.