Способ определения агрегирующей способности флокулянта или коагулянта и устройство для его осуществления
Использование: изобретение относится к области отделения взвешенных твердых частиц от жидкостей путем осаждения с использованием флокулянтов или коагулянтов и может быть использовано в очистке промышленных стоков. Сущность изобретения: способ включает введение в дисперсную систему агрегирующего агента, перемешивание полученной смеси при градиентах скорости движения жидкости 104 - 106 с-1, пропускание последовательно через две фотометрические ячейки моющего раствора, дисперсной системы, содержащей агрегирующий агент и параллельно - через одну ячейку дисперсную систему, содержащую агрегирующий агент, через другую - дисперсную систему, содержащую агрегирующий агент и предварительно перемешанную, а также измерение разности светопропускающих способностей заполненных ячеек и вычисление значения агрегирующей способности по формуле h = (Vm- Vc)/(Vn- Vc), где Vm - разность светопропускающих способностей, когда одна фотометрическая ячейка заполнена дисперсной системой, содержащей агрегирующий агент, а другая - дисперсной системой, содержащей агрегирующий агент и подвергнутой предварительному перемешиванию; Vc - разность светопропускающих способностей, когда обе ячейки заполнены дисперсной системой, содержащей агрегирующий агент; Vn - разность светопропускающих способностей, когда одна фотометрическая ячейка заполнена дисперсной системой, содержащей агрегирующий агент, другая - моющим раствором. Устройство для реализации способа включает узел подачи дисперсной системы и агрегирующего агента, узел подачи моющего раствора, емкость для перемешивания, выполненную в виде цилиндра с установленным в нем соосно цилиндром с возможностью вращения, две фотометрические ячейки, два гидродинамических коммутатора и пузырьковый фильтр. 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил.
Изобретение относится к отделению взвешенных твердых частиц от жидкостей путем осаждения с использованием флокулянтов или коагулянтов и может быть использовано в очистке промышленных стоков или в химической технологии при определении агрегирующей способности флокулянта или коагулянта.
Известен способ определения агрегирующей способности флокулянта или коагулянта, включающий кратковременное перемешивание дисперсной системы и агрегирующего агента флокулянта или коагулянта (Цурюпа Н.Н. Практикум по коллоидной химии. М. Высшая школа, 1963, с. 125 127). Перемешивание осуществляют при градиентах скорости движения жидкости менее 1000 с-1, затем отстаивают полученную суспензию и измеряют светопропускающую способность сфлокулированной или скоагулированной суспензии. Относительная погрешность определения 25 50% Недостатками этого способа являются низкая точность и длительность определения агрегирующей способности флокулянта или коагулянта. Полагаем, что эти недостатки обусловлены необходимостью отстаивания суспензии в течение длительного времени (6 24 ч) и тем, что при отстаивании на процесс реагентного агрегирования накладывается процесс седиментационного агрегирования, что приводит к завышению истинного значения агрегирующей способности флокулянта или коагулянта. Наиболее близким к предлагаемому способу является способ определения агрегирующей способности флокулянта или коагулянта, выбранный в качестве прототипа, включающий введение в дисперсную систему агрегирующего агента - флокулянта или коагулянта, перемешивание полученной смеси при градиентах скорости движения жидкости менее 1000 с-1, пропускание ее через трубопровод диаметром 1 мм и фотометрическую ячейку, измерение светопропускающей способности фотометрической ячейки и вычисление агрегирующей способности флокулянта или коагулянта (Gregory J. Polymer adsoration and floculation in sheared suspersions. Colloids and surfaces. 1987. V. 11. P. 102 111). Значение агрегирующей способности определяют как относительную среднеквадратичную флюктуацию светопропускающей способности по формуле![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/292/2928732.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/292/2928733.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/951.gif)
где
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/951.gif)
Vm разность светопропускающих способностей фотометрических ячеек, когда одна фотометрическая ячейка заполнена дисперсной системой, содержащей агрегирующий агент, а вторая дисперсной системой, содержащей агрегирующий агент и подвергнутой перемешиванию;
Vc разность светопропускающих способностей фотометрических ячеек, когда обе ячейки заполнены дисперсной системой, содержащей агрегирующий агент;
Vn разность светопропускающих способностей фотометрических ячеек, когда одна фотометрическая ячейка заполнена дисперсной системой, содержащей агрегирующий агент, а вторая моющим раствором. Поставленная задача решается также устройством для определения агрегирующей способности флокулянта или коагулянта, включающем узел подачи дисперсной системы и агрегирующего агента флокулянта или коагулянта, емкость для перемешивания дисперсной системы, содержащей агрегирующий агент, фотометрическую ячейку и соединительные трубопроводы, которое дополнительно снабжено второй фотометрической ячейкой и двумя гидродинамическими коммутаторами, каждый из которых оборудован двумя входами и одним выходом, причем выход каждого гидродинамического коммутатора соединен с входом соответствующей фотометрической ячейки, и один вход первого гидродинамического коммутатора, связанного с первой фотометрической ячейкой, соединен трубопроводом с узлом подачи моющего раствора, другой его вход трубопроводом с узлом подачи дисперсной системы и агрегирующего агента, один вход второго гидродинамического коммутатора, связанного с второй фотометрической ячейкой, соединен с выходом первой фотометрической ячейки и другой его вход соединен трубопроводом с емкостью для перемешивания дисперсной системы и агрегирующего агента. Емкость для перемешивания выполнена в виде цилиндра с установленным в нем соосно цилиндром, имеющим возможность вращения. На трубопроводе, соединяющем емкость для перемешивания с вторым входом второго гидродинамического коммутатора, установлен пузырьковый фильтр. Перемешивание дисперсной системы и агрегирующего агента при градиентах скорости движения 104 105 с-1 в емкости, выполненной в виде цилиндра с установленным в нем соосно вращающимся цилиндром, как определено, ускоряет процесс агрегирования дисперсии, а предложенная схема пропускания моющего раствора, смеси дисперсной системы и агрегирующего агента до перемешивания и после него через две фотометрические ячейки позволяют учитывать мутность дисперсной системы по отношению к прозрачному раствору и изменение оптических характеристик фотометрической ячейки в ходе измерения. Благодаря этому повышаются точность и скорость определения агрегирующей способности флокулянта или коагулянта. На чертеже представлена схема устройства для реализации способа определения агрегирующей способности флокулянта или коагулянта. Устройство состоит из узла подачи дисперсной системы и агрегирующего агента 1, узла подачи моющего раствора 2, соединенного с гидродинамическим коммутатором 3 через входной патрубок 4, а узел подачи дисперсной системы и агрегирующего агента 1 соединен с входным патрубком 5 того же гидродинамического коммутатора 3. Выход гидродинамического коммутатора 3 соединен с входом первой фотометрической ячейки (ФЯ1) 6. Выход фотометрической ячейки 6 соединен с вторым гидродинамическим коммутатором 7 через входной патрубок 8, а входной патрубок 9 этого гидродинамического коммутатора соединен через емкость для перемешивания дисперсной системы и агрегирующего агента 10 с узлом подачи дисперсной системы и агрегирующего агента 1. Емкость для перемешивания 10 выполнена в виде цилиндра, внутри которого соосно установлен цилиндр 11, имеющий возможность вращения. Выход второго гидродинамического коммутатора 7 соединен с входом второй фотометрической ячейки (ФЯ2) 12, а выход этой фотометрической ячейки используется для выведения жидкости из устройства. На трубопроводе, соединяющем емкость для перемешивания 10 с патрубком 9 второго гидродинамического коммутатора 7, установлен пузырьковый фильтр 13. Первая фотометрическая ячейка 6 и вторая фотометрическая ячейка 12 подсоединены к узлу измерения и обработки результатов 14. Устройство, реализующее способ определения агрегирующей способности флокулянта или коагулянта, работает следующим образом. Через узел подачи дисперсной системы и агрегирующего агента 1 в устройство одновременно подаются дисперсная система и агрегирующий агент - флокулянт или коагулянт, которые поступают в емкость для перемешивания 10. Цилиндр 11, установленный в емкости для перемешивания, создает при вращении градиенты скорости движения жидкости в пределах 104 106 с-1. Одновременно узел подачи моющего раствора 2 через патрубок 4 гидродинамического коммутатора 3 подает моющий раствор в первую фотометрическую ячейку 6 и через патрубок 8 второго гидродинамического коммутатора 7 во вторую фотометрическую ячейку 12, через выход второй фотометрической ячейки выводится из устройства. При заполнении обеих фотометрических ячеек моющим раствором производят переключение первого гидродинамического коммутатора 3 на патрубок 5, по которому через гидродинамический коммутатор 3 в первую фотометрическую ячейку 6 поступают дисперсная система и агрегирующий агент. В момент заполнения первой фотометрической ячейки 6 дисперсной системой и агрегирующим агентом измеряют разность светопропускающих способностей первой и второй фотометрических ячеек Vn. Затем через патрубок 8 второго гидродинамического коммутатора 7 вторая фотометрическая ячейка 12 заполняется дисперсной системой, содержащей агрегирующий агент. В момент, когда обе ячейки заполнены дисперсной системой, содержащей агрегирующий агент до перемешивания, измеряют разность светопропускающих способностей первой и второй фотометрических ячеек Vc. После получения сигнала Vc второй гидродинамический коммутатор 7 переключают на входной патрубок 9 и перемешанные в емкости 10 дисперсная система и агрегирующий агент поступают через второй гидродинамический коммутатор 7 во вторую фотометрическую ячейку 12. В момент, когда первая фотометрическая ячейка 6 заполнена дисперсной системой, содержащей агрегирующий агент (без перемешивания), а вторая фотометрическая ячейка 12 заполнена дисперсной системой, содержащей агрегирующий агент после перемешивания, измеряют разность светопропускающих способностей ячеек Vm. Значение агрегирующей способности вычисляют по формуле
h = (Vm- Vc)/(Vn- Vc).
Исследованию подвергались следующие дисперсные системы: суспензии полистирольного латекса (с диаметром частиц 0,45 мкм), гидроксида алюминия, эмульсия трансформаторного масла в воде при концентрациях дисперсных фаз от 50 до 500 мг/л. В качестве агрегирующего агента исследовались флокулянты, выпускаемые фирмой "Эллаед Коллоидз Лтд" марки Zetag-50, коагулянты сульфат алюминия и сульфат магния. В качестве моющего раствора использовались раствор этония при концентрациях 10 15 мг/л, раствор цетилтриметиламмоний бромида с концентрацией 5 мг/л, эфир и ацетон. Пример конкретного выполнения. Через узел подачи дисперсной системы 1 в устройство подается суспензия полистирольного латекса (диаметр частиц 45 мкм) концентрацией 50 мг/л и агрегирующий агент раствор флокулянта марки Zetag-50 (производство фирмы "Эллаед Коллоидз Лтд") с исходной концентрацией 10 мг/л (таблица, пример 1). Расход суспензии составляет 0,5 см3/с, расход раствора флокулянта 0,05 см3/с. Полистирольный латекс с агрегирующим агентом поступают по трубопроводу в емкость для перемешивания 10, где перемешиваются при градиентах скорости движения жидкости 8
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/951.gif)
Полное время определения 10 с. Относительная погрешность определения
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/951.gif)
Измерение разности светопропускающей способности ячеек производилось с помощью дифференциального фотоэлектрического колориметра. Для выявления влияний дисперсной системы, агрегирующего агента, условий перемешивания поводились опыты, аналогичные описанным выше. Результаты определения агрегирующей способности флокулянта или коагулянта приведены в таблице. Поставленная задача создание способа определения агрегирующей способности флокулянта или коагулянта и устройства для его реализации предложенными техническими средствами достигнута, так как приведенные в таблице данные показывают (примеры 2 5, 8 12), что точность определения увеличивается в 8 10 раз, а длительность определения уменьшается в 3 12 раз по сравнению с прототипом.
Формула изобретения
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/951.gif)
h = (Vm-Vc)/(Vn-Vc),
где Vm разность светопропускающих способностей фотометрических ячеек, когда одна фотометрическая ячейка заполнена дисперсной системой, содержащей агрегирующий агент, а другая дисперсной системой, содержащей агрегирующий агент и подвергнутой предварительному перемешиванию;
Vc разность светопропускающих способностей фотометрических ячеек, когда обе ячейки заполнены дисперсной системой, содержащей агрегирующий агент;
Vn разность светопропускающих способностей фотометрических ячеек, когда одна фотометрическая ячейка заполнена дисперсной системой, содержащей агрегирующий агент, другая моющим раствором. 2. Устройство для определения агрегирующей способности флокулянта или коагулянта, включающее узел подачи дисперсной системы и агрегирующшего агента флокулянта или коагулянта, емкость для перемешивания дисперсной системы, содержащей агрегирующий агент, фотометрическую ячейку и соединительные трубопроводы, отличающееся тем, что устройство дополнительно снабжено второй фотометрической ячейкой и двумя гидродинамическими коммутаторами, каждый из которых оборудован двумя входами и одним выходом, причем выход каждого гидродинамического коммутатора соединен с входом соответствующей фотометрической ячейки и один вход первого гидродинамического коммутатора, связанного с первой фотометрической ячейкой, соединен трубопроводом с узлом подачи моющего раствора, другой его вход соединен трубопроводом с узлом подачи дисперсной системы и агрегирующего агента, а один вход второго гидродинамического коммутатора, связанного с второй фотометрической ячейкой, соединен с выходом первой фотометрической ячейки и другой его вход соединен трубопроводом с емкостью для перемешивания дисперсной системы и агрегирующего агента. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что емкость для перемешивания выполнена в виде цилиндра с установленным в нем соосно цилиндром с возможностью вращения. 4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что дополнительно на трубопроводе, соединяющем емкость для перемешивания с вторым входом второго гидродинамического коммутатора, установлен пузырьковый фильтр.
РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3