Очистка воды

Категория:
Полуфабрикаты из бумаги


Очистка воды

Далее:

Очистка воды необходима при выработке высокосортных видов бумаги и может применяться для улучшения качества свежей воды, улавливания ценного волокна из оборотной воды и для предупреждения загрязнения водоемов.

В прошлом одним из важнейших соображений при выборе места для постройки бумажной фабрики было качество местной воды. В настоящее время это не так важно, потому что разработаны различные способы эффективной очистки воды. Тем не менее доступ к обильному источнику свежей воды хорошего качества все еще является существенным преимуществом для фабрики. Степень необходимой очистки зависит от требований, предъявляемых к воде, т. е. от сорта вырабатываемой бумаги, а также от состава сырой воды.

Различные способы очистки сырой воды заключаются в осаждении, аэрации, химической обработке (включая флокуляцию), фильтрации, дезинфицировании, химическом устранении жесткости и т. д. Необходимости в применении всех этих способов может и не быть, если качество сырой воды достаточно высокое или если требования к воде не слишком строги.

Очистка свежей воды уже давно была признана необходимой или желательной операцией, но очистка сточных вод бумажных фабрик стала необходимой только в последние годы. Теперь, исходя из экономических соображений, всем бумажным фабрикам необходимо регенерировать возможно больше воды, волокна и наполнителей из промышленных отходов для возврата их в производственный цикл. Кроме того, все больше внимания уделяется вопросу борьбы с загрязнением водоемов в целях предупреждения заражения хозяйственных вод, охраны рыболовства и поддержания нормальных спортивных условий. При усиленном контроле этих стоков для бумажных фабрик становится желательным уменьшить биохимическое поглощение кислорода из воды, уходящей в сток.

Аэрация

Одним из процессов, применяемых при очистке воды, является аэрация. Воду можно аэрировать распылением или барботирова-нием (содействуя таким образом поступлению воздуха в воду), или создавая сток воды по лоткам тонкой пленкой.

С одной стороны, аэрация полезна, так как способствует выделению из воды таких газов, как сероводород и углекислота, усиливает поглощение кислорода, вследствие чего растворимое закис-ное железо окисляется в нерастворимую окись, окисляет и уничтожает некоторые микроорганизмы, способные развиваться только при отсутствии растворенного кислорода, а также улучшает запах и вкус воды.

С другой стороны, слишком сильная аэрация нежелательна, так как может увеличить содержание кислорода настолько, что вода вызовет сильную коррозию, а также окисление некоторых ядохимикатов, вводимых в воду для предупреждения развития микроорганизмов.

Седиментация (осаждение)

При очистке воды седиментация может проводиться в одну или несколько ступеней. Если вода содержит лишь малое количество взвешенных веществ, которые принадлежат к типу легко осаждаемых, то вся очистка может состоять из одной ступени осаждения. Однако для усиления седиментации в большинстве случаев воду надо предварительно обработать химически. После обработки флокулятором воде дают спокойно отстояться в течение 0,5—4 часов для осаждения образовавшихся хлопьев.

Флокуляция

Значительная часть веществ, взвешенных в свежей воде, находится в коллоидно-диспергированном состоянии и трудно удаляется осаждением или фильтрацией. Чтобы преодолеть это затруднение, воду предварительно обрабатывают флокулирующим реагентом. Эта обработка приводит к образованию из тонко диспергированных веществ более крупных агломератов, которые легко отделяются осаждением или фильтрацией. Этот процесс называется флокуля-цией и является важнейшей операцией при очистке воды.

Обработка воды флокуляторами является предметом коллоидно-химического исследования. Количество и тип требуемого коагулянта зависит от’ мутности и количества коллоидно-диспергированного вещества в воде. Потребное количество коагулянта легко и весьма точно определяется на небольшой пробе воды в лаборатории.

Помимо удаления органических окрашивающих веществ и веществ, обусловливающих мутность, флокуляция помогает также удалять из воды такие вещества, которые придают ей вкус. Флокуляция содействует удалению железа, если оно присутствует в органической или коллоидной формах. Однако, если железо присутствует в виде растворимого закисного карбоната, воду надо аэрировать для окисления железа и перевода его в нерастворимое состояние. Флокуляция удаляет некоторые бактерии, но не споры.

На практике коагулирующие химикаты вводятся в сырую воду в чаны специальной конструкции и быстро перемешиваются с ней. Затем воду медленно перемешивают в течение 15—60 мин. или более для образования хлопьев и для увеличения их размеров. Медленное перемешивание содействует хлопьеобразованию. Недавнее усовершенствование обработки воды состояло в использовании предварительно полученного шлама для усиления адсорбции. По этому способу воду сперва обрабатывают коагулянтом, а затем приводят в тесный контакт с некоторым количеством заранее полученного шлама и оставляют в контакте с ним, пока новые хлопья не осядут на более крупных частицах шлама.

Флокуляция не является мгновенным процессом; для роста первоначального молекулярного осадка сперва в частицы коллоидных размеров и далее в большие хлопья, видимые невооруженным глазом, необходимо время. Высокая температура повышает скорость роста коллоидных частиц благодаря броуновскому движению, а также увеличивает скорость осаждения хлопьев вследствие понижения вязкости воды. Образовавшиеся хлопья осаждаются в отстойных бассейнах или отфильтровываются в специальных фильтрах.

Образовавшиеся хлопья обладают громадной поверхностью, следовательно, адсорбируют и окклюдируют всякие вещества, взвешенные в сырой воде, включая грубые взвеси, а также и коллоидные дисперсии. Грубые взвеси увлекаются большими хлопьями, но в случае коллоидно-диспергированного вещества происходит нечто большее, чем простое физическое увлечение. Например, если в качестве коагулянта применяется сернокислый глинозем, трехвалентный ион алюминия нейтрализует и коагулирует отрицательно’заряженные коллоидные частицы в соответствии с правилом Харди— Шульца. Это усиливает стремление коллоидных частиц к флоку-ляции. В этих случаях рН следует контролировать, обеспечивая наличие требуемого количества ионов алюминия, что обычно достигается при рН, равном 5 или ниже. Этот тип коагуляции важен при флокуляции окрашенных болотных вод, а также вод, содержащих красители или иные коллоидные диспергированные вещества с отрицательным зарядом.

Для флокуляции применяются химикаты, которые приводят к образованию желаТинозных хлопьев. Сернокислый глинозем — наиболее типичное средство для флокуляции, но применяются и другие вещества, как например силикат натрия, алюминат натрия, сернокислые соли окиси и закиси железа (железный купорос) и бентонит. При флокуляции также применяются специальные крахмалы и животный клей. Нореус сообщил о применении активированной двуокиси кремния, приготовленной путем обработки сульфатом аммония силиката натрия, с последующим вызреванием до тех пор, пока мицеллы не приобретут надлежащих размеров, и разбавлением для стабилизации раствора. Клингер , применявший активированную двуокись кремния для очистки воды, установил, что она снижает содержание количества растворенного кремнезема и устраняет окраску и мутность воды.

Для каждого флокулянта существуют свои оптимальные условия образования хлопьев; например, сернокислый глинозем более эффективен при рН около 5,5, но хлопья вновь растворяются при более высоком рН, тогда как сернокислое железо эффективно при всех рН свыше 3,5 . Применение двуокиси кремния расширяет эффективные пределы рН при коагуляции сернокислым глиноземом настолько, что хорошие хлопья можно получать при рН в пределах до 7,0 .

Для получения удовлетворительных результатов при коагуляции квасцами или сернокислым глиноземом должен быть обеспечен определенный минимум ионов алюминия. Для этого необходимо тщательно регулировать рН воды. Согласно Миллеру осаждение получается наиболее полным, когда на ион алюминия приходится 2,5 эквивалента гидроксильных ионов, что имеет место при рН от 5,4 до 5,5. Примерно в этом состоянии достигается максимум положительного электростатического заряда хлопьев. Заряд понижается по мере увеличения рН и переходит в отрицательный при рН от 6,2 до 8,2, после чего хлопья становятся все более отрицательно заряженными за счет адсорбции ионов ОН. По сравнению с этим случаем гидроокись магния, например, заряжена положительно вплоть до рН-12, а углекислый кальций имеет отрицательный заряд при всех значениях рН . Оптимум рН изменяется в зависимости от свойства воды; для сильно окрашенных вод болотного происхождения оптимальный рН может быть близок к 4, тогда как при весьма жесткой воде рН может достигать 8.

Во многих случаях щелочность сырой воды достаточна для образования хлопьев при добавке сернокислого глинозема, но во всяком случае лучше исследовать воду — для определения оптимума концентрации щелочи и глинозема — в целях наилучшего образования хлопьев. Если в воде недостает щелочности или если мутность ее чрезвычайно высока, для увеличения количества хлопьев должна быть добавлена щелочь — углекислый натрий. Нореус установил, что от 0,72 до 1,28 г сернокислого глинозема (в среднем 1 г) на 10 л воды является минимумом потребного количества его для коагуляции воды, содержащей органические вещества. Адаме указывает следующее количество сернокислого глинозема, необходимого для флокуляции мутной воды в южных районах США:

Мутность (количество частей на миллион) …. менее 200 около 200 1000 Дозировка сернокислого глинозема в г на 10 л. . 0,14 0,29 менее 0,43

Для получения хорошего хлопьеобразования при использовании сернокислого глинозема должен присутствовать анион с сильной коагулирующей способностью. Анионы сокращают время хлопьеобразования и расширяют зону коагуляции в кислую сторону. Обычно достаточно сульфатного иона из сернокислого глинозема.

Для обработки воды иногда применяются бентонит в сочетании с сернокислым глиноземом . Бентонит смешивается с водой в весьма диспергированном состоянии и затем коагулируется ионамй кальция и магния, находящимися в воде, или сернокислым глиноземом, который добавляется к воде . При этом образуются Исключительно объемистые хлопья, весьма эффективные для Удаления из воды грубых взвешенных веществ. Частицы ила (тины) исключительной тонкости лучше удаляются путем обработки одним глиноземом.

В сырой воде имеются вещества, которые действуют как защитные коллоиды и препятствуют образованию хлопьев. Например, танины из листьев препятствуют флокуляции. Гриффин установил, что органическое железо также иногда препятствует флокуляции.

Фильтрация

Фильтрация заключается в удалении из очищаемой воды флокулированных и взвешенных веществ так, чтобы получить прозрачную и искрящуюся воду. Фильтрация обычно производится после флокуляции и осаждения, при которых удаляются грубые взвешенные вещества.

Слой песка является наиболее употребительным средством для фильтрации. Песчаные фильтры не задерживают коллоидно-диспергированные вещества, так как песок предназначен для задержания студенистых хлопьев, служащих действительной фильтрующей средой. Толщина слоя в фильтрах обычно составляет около 600 мм; слой состоит из песка, рассортированного по размерам зерен. Первые 125 мм слоя состоят из мелкого песка. По указаниям. Гопкинса , наиболее мелкий песок должен состоять из зерен диаметром не менее 0,45 мм, и при новом наслоении песка все частицы размером менее указанного должны быть удалены из верхнего слоя. Производительность фильтра находится в пределах от 20 до 80 л/мин через 1 м2 поверхности фильтра. Производительность фильтрующего слоя зависит от поддержания нужного напора, равномерности потока, надлежащей промывки фильтра и от других технических деталей.

Вместо песка могут употребляться другие фильтрующие материалы. Активированный уголь может применяться тогда, когда надо уничтожить вкус, запах и цвет воды. Уголь в этом случае эффективен, потому что он селективно адсорбирует вещества, придающие воде вкус, запах и окраску. Уголь может быть использован в виде фильтрующего слоя или размешан в воде перед ее очисткой. Если он применяется как фильтр, вода должна быть сначала обработана флокулятором и профильтрована через исправный песочный фильтр для удаления грубых взвешенных частиц. Некоторые виды каолина также адсорбируют вещества, обусловливающие вкус, запах и окраску воды.

В другом типе фильтра в качестве фильтрующего слоя применяется слой видоизмененного шлама. Осветляющие установки шламового типа работают со скоростью около 110 л/час на 1 м2.

Умягчение

Умягчение воды заключается в химической обработке ее для понижения или устранения жесткости. Умягчение не следует смешивать с флокуляцией, так как оно заключается в удалении растворенных солей, тогда как при флокуляции удаляются коллоидно-диспергированные вещества.

Существует два основных метода устранения жесткости: метод осаждения и метод обмена ионов. Кроме того, имеется метод снижения жесткости, заключающийся в удержании ионов кальция гексаметафосфатом натрия или другим поверхностно активным фосфатом. Такое понижение жесткости является временной мерой, так как действие ее прекращается через промежуток времени от нескольких минут до нескольких дней в зависимости от температуры, рН и др.

Существует много способов умягчения воды. В этой главе рассматриваются следующие способы: холодный известковый или из-вестково-содовый, горячий известково-содовый, горячий извест-ково-содово-фосфатный, ионообменный или цеолитовый, ионообменный или цеокарбовый и ионообменный кислото-адсорбционный. В некоторых случаях достаточно простой обработки, но для других специальных целей может понадобиться полная деминерализация воды. Миллер рекомендует пользоваться способом замены основания или способом, при котором применяется кальцинированная сода для вод с постоянной жесткостью и негашеная известь или гашеная известь и сода — для вод с временной жесткостью. Выбор способа умягчения зависит от общей жесткости воды, требований предприятия и других местных условий.

Холодный известковый способ. Холодный известковый или известково-содовый способ умягчения воды является способом осаждения. Известь или смесь извести с содой задается в холодную воду и тщательно перемешивается с ней.

При этом способе известь превращает бикарбонаты в карбонаты. Сода изменяет некарбонатную жесткость в карбонатную, а также осаждает хлорид и сульфат кальция, образовавшиеся при реакциях с известью. Магний осаждается из воды в виде гидроокиси магния.

Показатель рН воды имеет важное значение и должен быть отрегулирован так, чтобы вызвать максимальное осаждение кальция и магния. Это требует некоторого компромисса, так как углекислый кальций наименее растворим при рН = 9,4, тогда как гидроокись магния наименее растворима при рН = 10,8 . Осадки при этом способе могут быть удалены путем отстаивания и фильтрации. В некоторых случаях добавление сернокислого глинозема влияет благоприятно на образование хлопьев, которые содействуют осаждению шлама.

Известково-содовый умягчитель с восходящим потоком воды представляет собой новое усовершенствование, которое широко. применяется для этого способа умягчения воды; оборудование для него изготовляется различными фирмами. Видоизмененный тип этого оборудования стал применяться для коагуляции и осветления сырой воды, а также в особом конструктивном оформлении для очистки оборотных вод на бумажных фабриках. Этот тип оборудования успешно применяется вследствие его малых размеров и высокой производительности по сравнению с хоагуляционными и осадительными бассейнами прежних типов. Кроме того, химические реакции (в особенности умягчительная) протекают с большей полнотой, потому что полностью прореагировавший шлам остается в контакте с очищаемой водой в продолжение всего периода химической реакции.

Горячий известково-содовый способ. Горячий известково-содовый способ умягчения воды во многом сходен с холодным способом, за исключением того, что обработка для увеличения количества осадка производится при температуре, близкой к точке кипения. При горячем известково-содовом способе образуется очищенная вода с жесткостью менее 25 частей на миллион.

Один вариант горячего способа включает предварительную обработку воды динатрийфосфатом перед вводом умягчителя, после чего вода нагревается и деаэрируется для удаления кислорода и углекислоты. После деаэрации вода доводится едким нагром до рН около 9,8 для того, чтобы осадить фосфат кальция и гидроокись магния. В некоторых случаях эта обработка применяется после того, как часть жесткости устранена при помощи извести и кальцинированной соды. При наиболее благоприятных обстоятельствах можно получать воду с почти нулевой жесткостью.

Цеолитовый способ. Цеолитовый способ является ионообменным способом умягчения воды. Он заключается в пропуске холодной воды через слой активного цеолита — соединение кремния, соответствующее общей формуле №20А1203(502)Х- (Н20)п. При этом способе умягчения жесткость воды устраняется в результате обмена оснований, так что жесткость умягченной воды равна нулю.

При цеолитовом способе ионы кальция и магния в воде замещаются ионами натрия, поэтому такие анионы, как бикарбонаты, сульфаты и гидроксилы, в воде остаются в виде натриевых солей. Растворимое железо в виде окисных солей также выделяется при обмене основаниями с цеолитами.

На практике цеолиты необходимо периодически регенерировать путем обработки их хлористым натрием. В результате такой обработки ионы кальция и магния в цеолите замещаются на ионы натрия так, что система становится снова пригодной для следующего цикла. Некоторым недостатком этого способа умягчения, в особенности питательной воды для котлов высокого давления, является накопление кремнезема. Другой недостаток состоит в повышении содержания растворенных веществ в воде.

Цеокарбовый способ. По другому типу ионообменного водо-умягчителя применяется сульфонированное органическое Еещество— углеродистый цеолит, или цеокарб. Это катионообменник с активными ядрами, содержащими группы сульфоновых кислот.

Цеокарб — катионообменник, сходный с нормальным цеолитом, но отличается от него тем, что он способен замещать водородом катионы кальция, магния, натрия и др. Таким образом, углеродистый цеолит эффективнее кремнеземистого цеолита потому, что он способен превращать карбонаты и бикарбонаты в угольную кислоту, которая может быть удалена из воды аэрацией. Следовательно, если исходная вода ничего не содержит, кроме карбонатов, при обработке ее цеокарбом с последующей аэрацией получается вода, эквивалентная дистиллированной.

Углеродистый цеолит снижает содержание железа в воде до О—0,2 части на миллион, так как катионы, сперва задержанные цеолитом, замещают в воде закисное железо. Можно смешивать воду, обработанную углеродистым цеолитом, с водой, обработанной натриевым цеолитом, для получения воды с рН = 7. Углеродистые цеолиты регенерируются кислотой.

Кислото-адсорбционный способ. Этот новый способ обработки воды основан на применении некоторых синтетических и органических смол, способных адсорбировать кислоты из воды. Это кис-лото-адсорбирующие смолы, используемые в соединении с углеродистыми цеолитами, дают вполне деминерализованную воду, эквивалентную дистиллированной воде, независимо от типа катионов и анионов, находившихся в исходной воде.

Кислото-адсорбирующие смолы действуют посредством активных групп (обычно аминогрупп), которые ведут себя, как кисло-тосвязывающие ядра в крупной молекуле. Примерами таких веществ могут служить алифатические аминосмолы и фенилендиа-минформальдегидные смолы. Смолы в этих ионообменных веществах могут быть регенерированы раствором углекислого натрия и использованы многократно.

Кислото-адсорбирующие смолы обычно применяются по двухступенчатому способу. В первой ступени вода пропускается через водородный катионный обменник (углеродистый цеолит) для обмена ионов натрия, кальция, магния и т. д. на ионы водорода. Во второй ступени кислая вода пропускается через кислотопоглоти-тель, в результате чего образуется вода, совершенно свободная от ионизированных компонентов. Вода перед пропуском через вторую ступень при желании может быть проаэрирована для удаления углекислого газа, образовавшегося в первой ступени из бикарбонатов сырой воды.

Если даже все соли удалены упомянутым выше двухступенчатым способом, кремнезем все же имеет тенденцию проходить через ионообменник, так как он не ионизирован. Тем не менее его можно удалить адсорбцией, применяя окись магния и едкий натр, или обработкой воды фтористоводородной кислотой с последующим ион-х>бменом.

Дезинфекция

Дезинфекция воды — очень важная часть ее очистки. Она рассмотрена в предшествующей главе, посвященной микробиологии, В большинстве случаев желательно стерилизовать воду до ее поступления в водоочистку для предотвращения развития бактериологических процессов в осадительных бассейнах и на фильтрах. Загнивание шлама (осадка) в осадительном бассейне освобождает газы, которые взмучивают шлам, а также придают воде дурной запах и вкус.


Реклама:



Читать далее:



Статьи по теме:


Главная → Справочник → Статьи → БлогФорум