Флокуляційні процеси в квазірівноважних водних дисперсіях

Защищается рукопись диссертации, содержащей результаты исследований влияния коллоидно-химических параметров частиц продуктов гидролиза основных сульфатов и основных хлоридов алюминия, а также структуры адсорбционных слоев полиэлектролитов на кинетику формирования агрегатов частиц и их структуру, использования указанных закономерностей и представлений при очистке природных и сточных вод.

С помощью метода ферронометрии изучены параметры аквагидроксокомплексов основных сульфатов (ОСА) и основных хлоридов (ОХА) алюминия в их рабочих растворах. Показано, что степень полимеризации указанных гидроксокомплексов увеличивается в ряду сульфат алюминия (СА) ОСА ОХА, а также с уменьшением концентрации растворов и увеличением их рН. Электрокинетические исследования частиц продуктов гидролиза ОСА и ОХА выявили зависимость их -потенциала от рН, щелочности и ионной силы раствора, а также модуля основности коагулянтов и условий их внесения в систему. Величины гидратации частиц продуктов гидролиза ОСА и ОХА, определенные методом спин-решеточной релаксации, находятся в хорошем согласии с данными об их электроповерхностных свойствах и объясняются совместным действием двух основных факторов - заряда и размера аквагидроксокомплексов алюминия в соответствующих условиях и наличия в системе противоионов SO₄^2- и Cl^- , по-разному влияющих на параметры ДЭС ЧПГ и их гидратацию.

С помощью метода нелинейной лазерной диагностики и адсорбции красителей изучены кинетика формирования агрегатов ЧПГ и изменение их пористости (доступности для молекул метиленового голубого) во времени. Обнаружена дискретность перехода между первичными агрегатами и агрегатами последующих порядков, то есть в любой данный промежуток времени в системе находятся агрегаты нескольких преимущественных фракций. Многоуравневая агрегация была предсказана теоретически, экспериментально подобные зависимости получены нами впервые. Характерно, что при переходе от СА к ОСА и ОХА, то есть при уменьшении радиуса исходных частиц и увеличении их заряда, указанная дискретность уменьшается.

На основании теории Зоннтага-Флорека-Шилова рассчитаны параметры линейного участка линейно-сетчатой структуры агрегатов ЧПГ. Обнаружено увеличение линейного отрезка (L) этой структуры при увеличении основности коагулянтов и при переходе от СА к ОХА. Обнаружена хорошая корреляция между величиной L, рассчитанной теоретически, и плотностью агрегатов ЧПГ, полученной экспериментально с помощью метода нелинейной лазерной диагностики.

Изучено влияние адсорбции гуминовых и фульвокислот на электрокинетические свойства и кинетику агрегации ЧПГ тех же образцов коагулянтов. Обнаружено возрастание величины адсорбции этих природных красителей на поверхности ЧПГ коагулянтов с ростом основности последних и снижением рН и щелочности очищаемой воды. С помощью метода, фиксирующего интенсивность изменения флуктуаций в агрегирующей системе, оценено влияние дозы коагулянтов и концентрации гуминовых веществ в системе на кинетику формирование агрегатов ЧПГ. Обнаружено резкое замедление агрегации в гуминсодержащих системах (зависящее от параметров системы и основности коагулянтов) при малых дозах коагулянтов и ускорение этого процесса - при больших.

Выполнены комплексные исследования влияния структуры адсорбционных слоев полиэлектролитов (заряженных одноименно с поверхностью частиц и противоположно ей) на электрокинетические свойства и устойчивость модельных систем (золей йодида серебра и сульфида сурьмы, латексов полистирола и меламиноформальдегида). Обнаружена проходящая через минимум зависимость адсорбции макроионов на противоположно заряженных поверхностях от концентрации солей в системе, значительная (для натриевых солей карбоксиметилцеллюлозы) и минимальная (для полиэтилениминов) деформация макроионов при переходе их на поверхность частиц. На основании экспериментальных и теоретических данных сделан вывод о превалирующем вкладе мостикообразования (а не электростатического фактора) даже при дестабилизации дисперсий противоположно заряженными высокомолекулярными полиэлектролитами.

Изучено взаимодействие продуктов гидролиза ОСА и ОХА (растворимых и нерастворимых форм) с полиэлектролитами; показано, что последние, адсорбируясь на поверхности частиц, нацело извлекаются из раствора при небольших концентрациях, соответствующих области флокуляции (адсорбция описывается изотермами высокого сродства). Обнаружено, что области локализации максимумов плотности и размеров формирующихся полимерсодержащих агрегатов ЧПГ не совпадают, что свидетельствует о фрактальной структуре этих агрегатов.

С использованием полученных закономерностей и развитых подходов выполнены исследования по очистке ряда природных (рр. Днепр, Десна, Нева, Ирша) и сточных вод (маслоэмульсионные стоки, транспортерно-моечные воды сахарных заводов). Проведен ряд промышленных испытаний, выданы практические рекомендации по использованию основных солей алюминия, в том числе совместно с флокулянтами, в водоочистке; технология очистки оборотных флотационных вод углеобогащения внедрена на ЦОФ Донбасса.

На основе анализа полученных экспериментальных и литературных данных разработаны критерии эффективного и безопасного использования коагулянтов и флокулянтов в очистке природных и сточных вод.

Solomentseva I.M. Coagulative-flocculative processes in quasi-equilibrated water dispersions. - Manuscript.

A Thesis is submitted for the degree of Doctor of Chemical Science in speciality 02.00.11 - Colloid Chemistry, Institute of Colloid and Water Chemistry, Kyiv, 2002.

The dissertation contains the results of investigating the influence of colloid-chemical parameters of basic aluminium sulphate and chloride hydrolysis products particles, and the structure of polyelectrolytes adsorption layers on the formation kinetics of particles aggregates and their structure. The data about the input of disperse media parameters on the colloid-chemical characteristics of mentioned coagulants hydrolysis products particles were obtaines using a complex of methods, systematized and generalized. The elements of formed aggregates' structure, which give the idea about their density, were calculated. The correlation between noted parameters and the size-density characteristics of aggregates, obtained using the method of nonlinear laser diagnostics, was found. The data about the thickness and structure of adsorption layers of polyelectrolytes, charged similarly or oppositely to colloid particles, were received. The value of macroions deformation at their transition from the solution onto the particles' surface was calculated. The input of electric and structural factors into destabilization provision of polymer containing dispersions were analyzed. The criteria of efficient and safe use of coagulants and flocculants in water purification processes were worked out. On the basis of created approaches the recommendations were given and the technologies of purification of drinking and waste waters were put into practice.

Размещено на Allbest.ru