Свойства водных дисперсных систем

Промышленные и бытовые сточные воды содержат взвешенные частицы растворимых и нерастворимых веществ. Взвешенные примеси подразделяются на твердые и жидкие, образуют с водой дисперсную неоднородную систему. Под неоднородной системой понимают систему, состоящую из двух или нескольких фаз, каждая из которых имеет свою поверхность раздела и может быть механически отделена от другой фазы. Система, в которой внешней фазой является жидкость, называется жидкой неоднородной системой.

Сточные воды многих производств кроме растворимых неорганических и органических веществ содержат коллоидные примеси, а также взвешенные грубои мелкодисперсные примеси, плотность которых может быть больше или меньше плотности воды.

Классификация примесей по их фазово-дисперсному состоянию:

гетерогенные системы:

I — взвеси, размер частиц 10−1 мкм (суспензии, эмульсии, микроорганизмы и планктон);

II — коллоидные растворы, размер частиц 10−1…10−2 мкм (золи и растворы высокомолекулярных соединений).

гомогенные системы:

III — молекулярные растворы, размер частиц 10−2…10−3 мкм (газы, растворимые в воде, органические вещества);

IV — ионные растворы, размер частиц 10−3 мкм (соли, основания, кислоты).

В зависимости от физического состояния фаз различают следующие жидкие неоднородные системы: суспензии, эмульсии и пены.

Суспензия состоит из жидкости и взвешенных в ней твердых частиц. В зависимости от размеров частиц различают грубые суспензии с частицами размером > 100 мкм, тонкие (0,5… 100 мкм) и мути (0,1…0,5 мкм). Промежуточное положение между суспензиями и истинными растворами занимают коллоидные растворы с частицами размером менее 0,1 мкм.

Эмульсия состоит из двух несмешивающихся или частично смешивающихся жидкостей, одна из которых распределена в другой в виде жидких капель. Величина частиц дисперсной фазы в эмульсиях колеблется в довольно широких пределах.

Пена — система, состоящая из жидкости и распределенных в ней пузырьков газа.

Неоднородные системы характеризуются массовым или объемным соотношением фаз и размерами частиц дисперсной фазы. Дисперсную фазу, состоящую из частиц неодинакового размера, принято характеризовать фракционным или дисперсным составом, т. е. процентным содержанием частиц различного размера.

Сточные воды представляют собой полидисперсные гетерогенные (неоднородные) агрегативно-неустойчивые системы. В процессе осаждения размер, плотность, форма, а также физические свойства частиц системы изменяются.

Плотность чистой воды при 15 °C и атмосферном давлении — 999 кг/м³. С увеличением концентрации примесей плотность воды возрастает. Поверхностное натяжение воды при 18 °C составляет 73, при 100 °C — 52,5 мН/м. Теплоемкость воды при 0 °C составляет 4180 Дж/(кг · °С). Теплота парообразования при атмосферном давлении и температуре 100 °C равна 2250 кДж/кг.

Вода — слабый проводник электрического тока: удельная электрическая проводимость при 18 °C равна 4,41 · 10^-8 Ом · см.

Свойства сточных вод отличаются от свойств чистой воды. Они имеют более высокую плотность и вязкость.

Средняя плотность суспензий и эмульсий определяется объемным соотношением фаз:

(3.4).

где ?_с, ?_д — плотность сточной воды, дисперсной фазы (твердой или жидкой), кг/м³; ?₀ — плотность чистой воды;? — объемная доля дисперсной фазы.

Вязкость суспензии зависит от объемной концентрации (объемной доли) твердой фазы и при? ? 10% определяется по зависимости.

(3.5).

где ?₀ — динамическая вязкость чистой воды, Па · с.