ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Спонтанное и принудительное разрушение дисперсий из "Курс коллоидной химии 1984" Общая характеристика методов очистки воды от дисперсных загрязнений следует, естественно, из основных положений устойчивости дисперсных систем (см, раздел XIII. 1). Здесь особенно важными оказываются понятия седиментационной и агрегативной устойчивости. [c.331] Нарущение седиментационной устойчивости характерно для грубодисперсных систем. В сточных водах наряду с высокодисперсными загрязнениями содержатся фракции частиц размером более 5—10 мкм. Седиментационная устойчивость этих фракций незначительна, что и используют в случае применения некоторых из механических методов. Применение же их к высокодисперсным фракциям, характеризующимся высокой седиментационной устойчивостью, оказывается неэффективным. [c.331] В основе некоторых методов очистки от высокодисперсных фракций загрязнений лежит явление потери агрегативной устойчивости в результате объединения частиц под влиянием специально вводимых коагулянтов или флокулянтов. Коагуляция или флокуляция приводят к потере системой седиментационной устойчивости, к образованию коагулятов. Поскольку коагуляты накапливаются в водоочистительных устройствах, большое значение приобретают их структурно-механические свойства (см. гл. XIV), как основной фактор, проявляющийся при длительной эксплуатации установок. [c.331] Хотя в результате коагуляции или флокуляции седиментационная устойчивость возникающей агрегированной системы оказывается намного ниже, все же она остается достаточно высокой. В осадок агрегаты обычно переводят механическими методами. [c.331] При всей полезности и общности понятий седиментационной и агрегативной устойчивости, они не позволяют охватить единым образом все методы разделения фаз суспензий . [c.331] Эта примечательная трудность обнаруживается при попытке найти место группе методов, исгцэльзующих фильтровальные перегородки. Система может характеризоваться высокой седиментационной и агрегативной устойчивостью н тем не менее возможно разделение дисперсной фазы и дисперсионной среды. В результате фильтрования дисперсионная среда оказывается по одну сторону перегородки, а дисперсная фаза формирует осадок по другую сторону перегородки, если только размер частиц не мал по сравнению с порами перегородки. [c.332] Коллоидный раствор — пористая перегородка— гидродинамический поток, — система более сложная, чем системы, с которыми обычно имеют дело в коллоидно-химическом эксперименте (например, коллоидный раствор в пробирке). Меладу тем, понятия агрегативной и седиментационной устойчивости формировались применительно к системам более простым, чем используемые в технологии водоочистки. Поэтому и оказывается, что для некоторых методов разделения суспензии понятия агрегативной и седиментационной устойчивости недостаточны. Это, однако, означает, что в связи с проблемой водоочистки претерпевает изменение сам предмет коллоидной химии, объект ее исследования расширяется. Здесь весьма наглядно проявляется обратная связь, часто возникающая между технологией и фундаментальной наукой. [c.332] С позиции коллоидной химии методы разделения суспензий целесообразно разделить на два класса методы, в которых степень агрегативной устойчивости дисперсий проявляется незначительно, и методы, в которых агрегативная устойчивость имеет первостепенное значение. [c.332] При такой классификации методы применения фильтровальной перегородки объединяются с методами, использующими седиментационную неустойчивость дисперсий. Следуя традиции, будем именовать эту группу методов механическими. Если агрегативная и седиментационная устойчивости системы не высоки, можно применять не только механические методы, но и методы, эффективно использующие низкий уровень устойчивости дисперсии, причем без введения дополнительных реагентов. Важнейшие из таких методов— микрофлотация и некоторые разновидности фильтрования (скорые фильтры, контактные осветлители). Эти же методы становятся эффективными и в отношении систем, характеризующихся высокой устойчивостью, если их применять при дополнительной обработке дисперсии коагулянтами. Здесь, однако наиболее специфично применение коагулянтов, так как последующее отделение агрегатов от дисперсионной среды может осуществиться различными методами механическими, флотацией и фильтрованием. [c.332] Таким образом, на основе наиболее общих представлений об устойчивости можно выделить механические методы и методы, основывающиеся на неполной агрегативной или седиментационной устойчивости дисперсий. Последние при низком уровне устойчивости применяются без введения реагентов, при высокой устойчивости — с введением реагентов. [c.332] Использование отстаивания, часто применяемого в лабораторной практике, технически приемлемо при очистке больших количеств воды лишь после предварительного агрегирования (исключая случай крупных частиц) (см. раздел XVIII. 4). [c.333] Дисперсную систему, в которой процесс разделения фаз под влиянием гравитационного поля протекает слишком медленно, можно разрушить под влиянием центробежного поля, обеспечивающего ускорения, значительно превышающие g . Ясно, что для применения центробежного поля оказывается существенной та же количественная характеристика частицы, что и при отстаивании — гидравлическая крупность частицы, а именно скорость ее седиментации, выраженную в миллиметрах. [c.333] Простейший центробежный аппарат —это циклон (рис. XVIII. 1). Он состоит из соосных верхней цилиндрической и нижней конической частей. Загрязненную жидкость вводят тангенциально в цилиндрическую часть циклона, что порождает вращательное движение жидкости и концентрирование взвешенных частиц под действием центробежной силы вблизи стенок циклона. [c.333] Это позволяет значительно снизить концентрацию частиц вблизи оси симметрии циклона. Полученную осветленную жидкость отводят через патрубок, соосно закрепленный на крышке циклона. Частицы, накапливающиеся в пристенном слое, сползают к вершине конуса, где находится разгрузочное отверстие, сквозь которое они удаляются вместе с небольшим количеством жидкости. Гидравлическая крупность частиц, задерживаемых циклоном, убывает с уменьшением его радиуса и ростом частоты вращения, уменьшением напора в аппарате, так как при этом увеличивается центробежная сила. При уменьшении диаметра циклона от 250 до 15 мм и росте напора от 1 до 10 кг/см гидравлическая крупность задерживаемых частиц убывает от 1 до 0,1 мм/с. Ясно, что гидроЦиклоны не пригодны для очистки от субмикронных частиц и даже более крупных, если их плотность близка к плотности воды, что характерно для микроорганизмов. [c.333] Значительно разнообразней возможности методов, использующих фильтровальные перегородки (мембраны). Чем меньше размер отверстий в перегородке, тем меньше и размер частиц, не способных пройти через нее, так что в настоящее время этими методами отделяют от л идкости не только микроорганизмы, частицы коллоидной степени дисперсности, но и макромолекулы. Мембранный процесс, применяемый для очистки от взвешенных или крупных коллоидных частиц, называют микрофильтрацией. При обработке растворов макромолекулярных веществ обычно используется термин ультрафильтрация. [c.333] Широко известны мембраны Миллипор в последние годы получают распространение ядерные мембраны, изготовляемые посредством облучения тонких полимерных пленок заряженными частицами с последующим травлением треков этих частиц химическими реагентами. Решающее условие применения микрофильтрации для очистки больших количеств воды — возможность удаления осадка или предотвращение его образования этот аспект проблемы носит не только гидродинамическим, но и коллоидно-химический характер. [c.334] Для обеспечения удаления осадка с сеточных фильтров последние крепятся на вращающихся барабанах. В процессе вращения каждый участок сетки периодически совмещается с сектором, в котором удаление осадка достигается прн определенном режиме промывки водой. В методе ультрафильтрации формирование осадка предотвращается посредством интенсивного тангенциального течения жидкости, которое сносит частицы, накапливающиеся в тонком слое перед фильтром. [c.334] Предотвращение формирования осадка, по-видимому, является более радикальным решением задачи обеспечения стационарной работы фильтра, чем его периодическое удаление. Как следует из теории коагуляции, для закрепления частицы на поверхности необходимо определенное время, которое может не обеспечиваться при интенсивном тангенциальном течении. Между тем, полное удаление отложившегося осадка затруднительно еще труднее удалить осадок из порового пространства фильтра, куда проникают частицы достаточно малого размера, обычно содержащиеся в реальных полидисперсных системах. Таким образом, и для механических методов очистки оказываются существенными коллоиднохимические свойства, определяющие прочность прилипания частиц к фильтру, его засорение. [c.334] Вернуться к основной статье