Коагулянты для очистки питьевой воды. Разновидности и применение коагулянтов для очистки воды. Видео: приготовление воды с помощью коагулянта Гиацинт

Коагуляция (от латинского coagulatio − свертывание, сгущение) − объединение частиц дисперсной фазы в агрегаты при соударениях. Соударения происходят в результате броуновского движения частиц, а также седиментации, перемещения частиц в электрическом поле (электрокоагуляция), механического воздействия на систему (перемешивания, вибрации). Характерные признаки коагуляции − увеличение мутности (интенсивности рассеиваемого света), появление хлопьевидных образований − флокул (отсюда термин флокуляция, часто используемый как синоним коагуляции), расслоение исходно устойчивой к седиментации системы (золя) с выделением дисперсной фазы в виде коагулята (осадка, сливок). При высоком содержании частиц дисперсной фазы коагуляция может приводить к отверждению всего объема системы вследствие образования пространственной сетки коагуляционной структуры. В относительно грубодисперсных системах (суспензиях) при отсутствии броуновского движения первичных частиц о коагуляции можно судить по изменению седиментации − от оседания независимых первичных частиц с постепенным накоплением осадка (бесструктурная седиментация) к оседанию агрегатов сплошным слоем; при достаточно высокой концентрации частиц в системе такой слой образует четкую границу (структурная седиментация). Кроме того, коагуляция приводит к увеличению конечного объема осадка.

Коагулянты − вещества, способные вызывать или ускорять коагуляцию. Введение в систему коагулянтов широко используют для облегчения процессов, связанных с необходимостью отделения вещества дисперсной фазы от дисперсионной среды (осаждение взвешенных частиц при водоочистке, обогащение минерального сырья, улучшение фильтрационных характеристик осадков и др.). Коагуляция играет важную роль в процессах водоочистки для удаления взвешенных коллоидных частиц, которые могут придавать питьевой воде неприятные вкус, цвет, запах или мутность. Под действием коагулянтов дисперсные коллоидные частички объединяются в большие массы, которые затем, после флокуляции, можно удалить такими методами разделения твердой и жидкой фазы, как осаждение, флотация и фильтрация.

Эффективными коагулянтами для систем с водной дисперсионной средой являются соли поливалентных металлов (алюминия, железа и др.). В водоподготовке применяют следующие алюминийсодержащие коагулянты: сульфат алюминия, оксихлорид алюминия, алюминат натрия и, в гораздо меньшей степени, хлорид алюминия.

Сульфат алюминия Al 2 (SO 4) 3 ·18H2O − неочищенный технический продукт, представляющий собой куски серовато-зеленоватого цвета, получаемые путем обработки бокситов, нефелинов или глин серной кислотой. Он должен иметь не менее 9% Al 2 O 3 , что соответствует содержанию порядка 30% чистого сульфата алюминия. В нем также содержится около 30% нерастворимых примесей и до 35% воды.

Очищенный сульфат алюминия (ГОСТ 12966-85) получают в виде плит серовато-перламутрового цвета из неочищенного продукта или глинозема растворением в серной кислоте. Он должен иметь не менее 13,5% Al2O3, что соответствует содержанию 45% сульфата алюминия. В России для обработки воды выпускается также 23−25% раствор сульфата алюминия. При его применении отпадает необходимость в специальном оборудовании для растворения коагулянта, а также упрощаются и удешевляются погрузочно-разгрузочные работы и транспортирование. Помимо водоочистки сернокислый алюминий применяется в больших

количествах в целлюлозно-бумажной промышленности для проклейки бумаги и других целей; его используют в текстильной промышленности в качестве протравы при крашении хлопчатобумажных, шерстяных и шелковых тканей, при дублении кож, для консервирования дерева, в промышленности искусственных волокон. В связи с этим, в настоящем обзоре при оценке объемов производства коагулянтов будет учитываться потребление Al 2 (SO 4) 3 в других областях промышленности, а затем эти данные будут исключены из структуры потребления. Коагулирующие свойства Al 2 (SO 4) 3 обусловлены образованием коллоидной гидроокиси алюминия и основных сульфатов в результате гидролиза. В процессе коагуляции Al(OH)3 коллоидные частицы примесей, находящиеся в воде, захватываются и выделяются вместе с гидроксидом алюминия в виде студенистых хлопьев. Al(OH) 3 имеет повышенную чувствительность к pH и температуре обрабатываемой воды. Изоэлектрическая область для гидроксида алюминия, где у него наименьшая растворимость, соответствует pH = 6,5−7,5. При более низких значения pH образуются частично растворимые основные соли, при более высоких − алюминаты. При температуре исходной воды ниже 4оС в результате возрастания гидратации гидроксида алюминия замедляются процессы коагулирования ее примесей и декантации хлопьев, быстро засоряются фильтры, осадок гидроксида алюминия отлагается в трубах, остаточный алюминий попадает в фильтрат, а хлопья гидроксида образуются в воде уже после подачи потребителям.

В холодное время года при обработке воды с повышенным содержанием природных органических веществ используется оксихлорид алюминия (ОХА). ОХА известен под различными наименованиями: полиалюминий гидрохлорид, хлоргидроксид алюминия, основной хлорид алюминия и др. и имеет общую формулу Al(OH)mCl3n-m. При обработке воды указанные соединения могут образовывать мономерные, полимерные и аморфные структуры.

Неорганический катионный коагулянт ОХА обладает способностью образовывать комплексные соединения с широким спектром органических и неорганических веществ в воде. Принципиально отличается от обычных солей алюминия тем, что имеет так называемую поверхностную кислотную оболочку, что обеспечивает максимально высокую эффективность очистки воды от взвешенных веществ и металлов. Практика применения оксихлорида алюминия продемонстрировала ряд преимуществ, напрямую влияющих на экономические показатели его использования (в том числе и в сравнении с традиционно используемым сульфатом алюминия):

Представляя собой частично гидролизованную соль, оксихлорид алюминия обладает большей способностью к полимеризации, что ускоряет хлопьеобразование и осаждение коагулированной взвеси;

Подтверждена работа оксихлорида алюминия в более широком диапазоне рН по сравнению с сульфатом алюминия;

Снижение щелочности при коагулировании оксихлоридом алюминия существенно меньше. Это, наряду с отсутствием добавления сульфатов, приводит к снижению коррозионной активности воды, исключению стабилизационной обработки, улучшению состояния водопроводов городской распределительной сети и сохранению потребительских свойств воды при транспортировании, а также позволяет полностью отказаться от использования щелочных агентов и приводит к экономии таковых на средней станции водоочистки до 20 тонн ежемесячно;

Низкое остаточное содержание алюминия при высоких вводимых дозах;

Снижение рабочей дозы коагулянта в 1,5 - 2,0 раза по сравнению с сернокислым алюминием;

Поставка в готовом рабочем растворе, что позволяет отказаться от процесса растворения коагулянта, приводя к экономии электроэнергии на размешивании на средней станции до 100 тыс. кВт/час ежегодно;

Снижение трудоемкости и эксплуатационных затрат по хранению, приготовлению и дозированию реагента, улучшение санитарно-гигиенических условий труда.

Алюминат натрия NaAlO 2 представляет собой твердые куски белого цвета с перламутровым блеском на изломе, получаемые растворением гидроксида или оксида алюминия в растворе гидроксида натрия. Сухой товарный продукт содержит 55% Al 2 O 3 , 35% Na 2 O и до 5% свободной щелочи NaOH. Растворимость NaAlO 2 − 370 г/л (при 20 о С). Насыпная масса 1,2−1,8 т/м3. Хлористый алюминий AlCl 3 − белый кристаллический порошок плотностью 2,47 г/см 3 , с температурой плавления 192,4 о С. Растворимость хлорида алюминия в 100 г воды при 20оС составляет 46 г, в горячей воде соединение разлагается. Из водных растворов кристаллизуется Al 2 Cl 3 ·6H 2 O с плотностью 2,4 г/см 3 , расплывающийся на воздухе. При нагревании отщепляет воду и HCl с образованием Al2O3. Хлористый алюминий применяется, главным образом, в качестве катализатора при крекинге нефтепродуктов, а также для ряда органических синтезов. Однако, в ряде случаев, используется как коагулянт. При низких температурах воды в паводковый период в качестве коагулянта возможно использование гидроксида алюминия. В водообработке применяют также железосодержащие коагулянты:

хлорное железо, сульфаты железа (II) и железа (III), хлорированный железный купорос. Хлорное железо FeCl 3 ·6H 2 O (ГОСТ 11159−86) представляет собой темные с металлическим блеском кристаллы, очень гигроскопичные, поэтому транспортируют его в железных герметичных бочках. Получают безводное хлорное железо хлорированием стальной стружки при температуре 700 о С, а также как побочный продукт при производстве хлоридов металлов горячим хлорированием руд. Содержит в товарном продукте не менее 98% FeCl 3 . Плотность 1,5 г/см 3 . Сульфат закиси железа FeSO 4 ·7H 2 O (железный купорос по ГОСТ 6981−85) представляет собой прозрачные зеленовато-голубые кристаллы, легко буреющие на воздухе в результате окисления железа (II). Товарный продукт выпускается двух марок (А и Б), содержащих соответственно не менее 53% и 47% FeSO 4 , не более 0,25 − 1% свободной H 2 SO 4 и не более 0,4 − 1% нерастворимого осадка. Плотность реагента − 1,5 г/см3. Промышленность выпускает также и 30%-ный раствор сульфата железа (II), содержащий до 2% свободной серной кислоты. Транспортируют его в гуммированной таре. Окисление гидроксида железа (II), образующегося при гидролизе железного купороса при pH воды менее 8, протекает медленно, что приводит к неполному его осаждению и неудовлетворительному коагулированию. Поэтому перед вводом железного купороса в воду добавляют известь или хлор, либо оба реагента вместе, усложняя и удорожая тем самым водообработку. В связи с этим, железный купорос используют, главным образом, в технологии известкового и известково-содового умягчения воды, когда при устранении магниевой жесткости значение pH поддерживают в пределах 10,2 − 13,2 и, следовательно, соли алюминия не применимы.

Сульфат железа (III) Fe 2 (SO 4) 3 ·2H 2 O получают растворением оксида железа в серной кислоте. Продукт кристаллический, очень гигроскопичный, хорошо растворяется в воде. Плотность его − 1,5 г/см 3 . Использование солей железа (III) в качестве коагулянта предпочтение по сравнению с сульфатом алюминия. При их применении улучшается коагуляция при низких температурах воды, на процесс мало влияет pH среды, ускоряется декантация скоагулированных примесей и уменьшается время отстаивания (плотность хлопьев гидроксида железа (III) в 1,5 раза больше, чем гидроксида алюминия). К числу недостатков солей железа (III)

относится необходимость их точной дозировки, так как ее нарушение приводит к проникновению железа в фильтрат. Хлопья гидроксида железа (III) осаждаются неравномерно, в связи с чем, в воде остается большое количество мелких хлопьев, поступающих на фильтры. Эти недостатки в значительной мере устраняются при добавлении сульфата алюминия.

Хлорированный железный купорос Fe 2 (SO 4) 3 +FeCl 3 получают непосредственно на водоочистных комплексах обработкой раствора железного купороса хлором, вводя на 1 г FeSO 4 ·7H 2 O 0,160 − 0,220 г хлора. Смешанный алюможелезный коагулянт приготовляют из растворов сульфата алюминия и хлорного железа в пропорции 1:1 (по массе). Рекомендуемое соотношение может изменяться в конкретных условиях работы очистных сооружений. Максимальное отношение FeCl 3 к Al 2 (SO 4) 3 при применении смешанного коагулянта по массе равно 2:1. Вода, обработанная смешанным коагулянтом, как правило, не дает отложений даже при низких температурах, так как формирование и седиментация хлопьев заканчивается в основном до фильтров; хлопья осаждаются равномерно, и достигается более полное осветление воды. Применение смешанного коагулянта позволяет существенно сократить расход реагентов. Составные части смешанного коагулянта можно вводить как раздельно, та и предварительно смешав растворы. Первый способ более гибок при переходе от одного оптимального соотношения реагентов к другому, однако, при втором − проще осуществлять дозирование.

Сульфат алюминия является наиболее распространенным коагулянтом, применяемым в водоочистке для обработки питьевых и промышленных вод. Наиболее простым и наиболее старым способом получения неочищенного сернокислого алюминия является варка непрокаленного, но подсушенного каолина с серной кислотой. Степень превращения Al2O3 глины в сульфат не превышает 70 − 80%.

Получающиеся по этому способу продукты− неочищенный сернокислотный алюминий или коагулянты − после варки затвердевают и не подвергаются дополнительной обработке. Они содержат все примеси сырья.

Для получения очищенного сернокислого алюминия производят отделение нерастворимых примесей, что значительно усложняет производственный процесс. Усовершенствованием этого метода явились разложение каолина избытком серной кислоты для повышения степени извлечения Al2O3 и нейтрализация избыточной кислоты нефелином. Успешное применение нефелина в качестве добавки к каолину послужило основанием для производства нефелинового коагулянта из одного нефелина (без каолина):

(Na, K) 2 O·Al 2 O 3 ·2SiO 2 + 4H2SO 4 → (Na, K) 2 SO 4 + Al 2 (SO 4) 3 + 4H 2 O + 2SiO 2

Нефелиновый коагулянт

При смешении нефелинового концентрата с башенной серной кислотой без последующего разбавления водой смесь быстро загустевает, так как находящаяся в ней вода связывается с образовавшимися солями в твердые кристаллогидраты. Это сопровождается сильным повышением температуры, вызывающим значительное парообразование, что приводит к резкому увеличению объема смеси, которая превращается в твердую пористую массу, легко рассыпающуюся в порошок. Этот продукт, состоящий из смеси сульфата алюминия, калиевых, натриевых квасцов, SiO 2 и прочих примесей, находившихся в нефелине и образовавшихся при обработке его серной кислотой, называется нефелиновым коагулянтом. Его правильней было бы назвать неочищенным нефелиновым коагулянтом в отличие от очищенного нефелинового коагулянта, которым является смесь продуктов, полученная кристаллизацией раствора после отделения от него кремнеземистого осадка. Температура реакции, количество испарившейся воды, выход и свойства коагулянта зависят от концентрации исходной кислоты. В продукте, полученном при разложении нефелина 63-84,5%-ной кислотой, обнаружен бисульфат алюминия. Это объясняется неполной нейтрализацией серной кислоты. Наличие в коагулянте гигроскопичных кислых солей обусловливает поглощение им влаги из воздуха. В результате обводнения продукта происходит дальнейшее разложение непрореагировавшего нефелина. Этот процесс "дозревания" протекает на воздухе медленно около 12 суток, вследствие покрытия зерен непрореагировавшего нефелина кристаллами коагулянта. При растворении кристаллов в воде процесс дальнейшего разложения ускоряется и завершается в холодной воде в течение часа, а в горячей воде - в течение 5 минут. Таким образом, замедление взаимодействия нефелина с концентрированной серной кислотой (выше 63% H 2 SO 4) объясняется недостатком воды в жидкой фазе. С наибольшей скоростью нефелин разлагается 47-73%-ной серной кислотой. Получение неочищенного нефелинового коагулянта производится смешением нефелинового концентрата с башенной серной кислотой в котлах с мешалками и выливанием полученной пульпы до ее загустевания в аппараты для "созревания", т.е. затвердевания массы.

Твердая масса подвергается измельчению. При смешении нефелина с 92% серной кислотой реакция идет очень медленно и незагустевшая пульпа может легко перетекать в желоб со шнеком, куда добавляется вода для разбавления кислоты. После этого реакция идет очень быстро, и масса, интенсивно перемешиваемая шнеком и передвигаемая им вдоль аппарата, быстро затвердевает, превращаясь в мелкие зерна. Процесс смешения ведется в двух аппаратах, соединенных последовательно. В один из смесителей подают непрерывно кислоту и нефелиновый концентрат. Образующаяся пульпа перетекает во второй смеситель, откуда выходит из нижней части его через гидравлический затвор в ковшевой дозатор. В выходящей пульпе должно содержаться от 1,5 до 4% избыточной серной кислоты (в зависимости от качества нефелина). Под избыточной понимают кислоту, содержащуюся в пульпе сверх того количества, которое может прореагировать к концу процесса при гидратации. Из ковшевого дозатора пульпа поступает в шнек реактор, куда добавляют воду из расчета разбавления кислоты до 70−73% H2 S O 4 . Продолжительность пребывания массы в шнеке-реакторе составляет 28−30 сек и степень разложения нефелина за это время достигает 85−88%. Из реактора сухая рассыпчатая масса с температурой 80−100оС поступает на склад, где происходит дозревание и охлаждение продукта в течение 2−4 суток. На производство этим методом 1 т нефелинового коагулянта требуется: 0,32 т нефелиновой муки (до 1% влаги) или 0,105 т Al 2 O 3 (100%), 0,378 т серной кислоты (100%). Технология производства нефелинового коагулянта реализована в ОАО "Святогор", а также в ОАО "Апатит", где получаемый реагент используется при сгущении апатитового и нефелинового концентратов. Промышленный процесс комплексной переработки нефелинов, был разработан советскими специалистами и опробован на "Волховском алюминиевом заводе" в 1952 г. Сущность процесса заключается в спекании нефелина с известняком при температуре 1250-1300 о C. Полученную массу выщелачивают водным щелочным раствором, раствор алюмината натрия отделяют от шлама, затем освобождают от SiO 2 , осаждая его в автоклаве при давлении около 0,6 МПа, а затем известью при атмосферном давлении, и разлагают алюминат газообразным CO 2 . Полученный Al(OH) 3 , отделяют от раствора, а затем используют по назначению: при взаимодействии с серной кислотой получают сульфат алюминия, при прокаливании (t ~ 1200 о С) –глинозем. При таком способе переработки нефелина помимо глинозема и сульфата алюминия получают кальцинированную соду, поташ и цемент. Подобная технология получения сульфата алюминия из нефелина применяется в настоящее время на "Ачинском глиноземном комбинате".

Получение очищенного сульфата алюминия из гидроксида алюминия или оксида алюминия (глинозема)

Большинство российских производителей сульфата алюминия в качестве сырья используют гидроксид алюминия или окись алюминия (глинозем).

2Al(OH) 3 + 3H 2 SO 4 → Al 2 (SO 4) 3 + 6H 2 O

Al 2 O 3 + 3H 2 SO 4 → Al 2 (SO 4) 3 + 3H 2 O

При производстве очищенного сернокислого алюминия растворением в серной кислоте гидроокиси алюминия (или окиси алюминия) процесс осуществляют следующим образом. В реакционный котел (стальной резервуар, футерованный кислотоупорным кирпичом по слою диабазовой плитки) одновременно загружают гидроокись алюминия, серную кислоту и воду в приблизительно стехиометрическом соотношении,соответствующем содержанию в продукте примерно 90% Al 2 (SO 4) 3 ·18H 2 O и 10% свободной воды.

Перемешивание ведут острым паром, поддерживая температуру на уровне 110−120оС, и заканчивают его через 20-30 минут, когда количество свободной серной кислоты в пробе реакционной массы станет меньше 0,1%. Реакционную массу, содержащую 13,5−15% Al 2 O 3 (в виде сульфата алюминия), для ускорения последующей кристаллизации охлаждают в реакторе до 95оС, продувая через нее в течение 10 мин воздух. Затем ее сливают на кристаллизационный стол, оборудованный автоматической машиной для срезки застывшего продукта. Кристаллизация плава на столе продолжается около 50 мин и столько же времени занимает извлечение продукта из кристаллизатора, имеющего площадь 32-34 м2 (емкость примерно 6 т).

Расход материалов на 1 т продукта составляет: 0,142 т гидроокиси алюминия (в пересчете на Al2O3) и 0,40 т серной кислоты (100%). Кристаллизацию ведут также на охлаждаемой изнутри наружной поверхности горизонтального вращающегося барабана – на холодильных или кристаллизационных вальцах. Барабан частично погружен в находящийся в поддоне плав, имеющий температуру 90−100 о С. Кристаллизация на вальцах облегчает условия труда, обеспечивает непрерывный режим производства, улучшает товарные свойства продукта. Снимаемый с вальцев чешуйчатый продукт, содержащий 13,5−14% Al 2 O 3 , при хранении

слеживается. Неслеживающийся продукт получают, повышая содержание Al 2 O 3 до 15,3−15,8% (15,3% соответствует концентрации Al 2 O 3 в кристаллогидрате Al2(SO4)3·18H2O). При длине барабана вальцев 2,2 м и диаметре 1,8 м (поверхность теплообмена 12,4 м2), при выпуске продукта с содержанием 13,5–14% Al 2 O 3 , число оборотов барабана составляет 4,3 в минуту и средняя рабочая производительность вальцев равна 2,4 т/ч; при выпуске продукта, содержащего 15,3−15,8% Al2O3, барабан делает 1−1,2 об/мин и производительность снижается до 1 т/ч.

Для получения неслеживающегося продукта предложено также смешивать пульпу гидроокиси алюминия с 60%-ной серной кислотой, взятой в количестве 95-97% от стехиометрического и образующийся раствор с температурой 100 о С направлять для кристаллизации на холодные вальцы. Продукт содержит примесь основной соли. Запатентован непрерывный способ получения сульфата алюминия, в котором водная суспензия Al(OH) 3 и серная кислота в стехиометрическом отношении подаются с большой скоростью дозирующими насосами в смесительные форсунки реактора, в котором масса находится не менее 30 секунд. Затем она охлаждается до температуры ниже 100 о С в проточном холодильнике и продавливается через сопла или прорези для образования мелкогранулированного продукта.

Получение оксихлорида алюминия

Кристаллы оксихлорида алюминия Al 2 (OH) 5 Cl·6H2O получаются растворением свежеосажденного гидроксида алюминия в 0,5−1% растворе соляной кислоты. Реагент содержит 40−44% Al 2 O 3 и 20−21% NaCl. Выпускается в виде 35%-ного раствора. Кроме того, полиоксихлорид алюминия получают при взаимодействии HCl с чистым алюминием:

2Al(OH)3 + HCl → Al 2 (OH) 5 Cl + H2O

2Al + HCl + 5H 2 O → Al 2 (OH) 5 Cl + 3H2

Сообщение:

Здравствуйте. Я зав. Лабораторией Пивоваренного завода, меня интересует коагулянт для очистки природной воды. Мы используем воду со скважины и имеем приличное содержание взвешенных частиц, и подыскиваем коагулянт для пищевой промышленности.

Для нас важно максимально убрать взвешенные частицы, осадив их, надеюсь вы нам что-нибудь посоветуете... Заранее спасибо.

Коагуляция, т.е. - процесс укрупнения коллоидных и диспергированных частиц, происходящий вследствие их слипания применяется при осветлении природных вод поверхностных источников. Коагулирование (коагуляция) завершается образованием видимых невооруженным глазом хлопьев и выпадением их в осадок при отстаивании. В результате коагуляции вода становится прозрачнее, обесцвечивается.

Если при осветлении и коагуляции поверхностных вод требуется одновременно снизить их щелочность и солесодержание, эти процессы совмещают с известкованием в осветлителях. Физико-химический процесс коагуляции сложен, и нет стехиометрических отношений между дозируемым коагулянтом и количеством растворенных коллоидных веществ. Образующиеся хлопья коагулянта адсорбируют на своей поверхности коллоидные вещества, выделяясь при этом в виде осадка.

Для осуществления процесса коагуляции применяются следующие реагенты (коагулянты): сернокислый алюминий (глинозем) Аl(SO 4) 3 ·18Н 2 О, сернокислое железо (железный купорос) FeSO 4 ·7Н 2 О, хлорное железо FeCl 3 ·6H 2 O.

Химические реакции взаимодействия коагулянтов с водой выглядят следующим образом:

Образующиеся бикарбонаты алюминия и железа неустойчивы и разлагаются с образованием хлопьев гидроокисей:

Для образования хлопьев из двухвалентного сернокислого железа требуется более продолжительное время и наличие растворенного в воде кислорода.

Если карбонатная жесткость исходной воды не велика, реакция коагуляции не происходит. В этом случае производят подщелачивание обрабатываемой воды известью или едким натром:

Наибольшее распространение при коагуляции получил сернокислый алюминий, однако его применение ограничивается величиной рН обрабатываемой воды 6,5-7,5. В более щелочной среде вследствие амфотерных свойств алюминия образуется легко растворимый алюминат натрия. Поэтому при известковании в качестве коагулянта применяют сернокислое или хлорное железо, допускающее колебания величины рН в пределах 4-10.

При проведении в осветлителях только процесса коагуляции рекомендуется добавление флокулянтов (например, полиакриламида), способствующих укрупнению осадка и ускорению слипания осаждаемых коллоидных и взвешенных частиц.

Температуру обрабатываемой воды в схемах с коагуляцией принимают в пределах 20-25°С (из соображений устранения «потения» оборудования). При совмещении процесса коагуляции с известкованием рекомендуется осуществлять подогрев воды до 30-40°C.

При коагуляции особенно важна стабильность подогрева обрабатываемой воды. Температура воды должна поддерживаться автоматически с точностью до ± 1°С.

Дозы коагулянта и других вспомогательных реагентов должны устанавливаться экспериментально для каждого водоисточника в различные периоды года. Они устанавливаются путем опытного (пробного) коагулирования исходной воды в производственной лаборатории. Необходимое количество коагулянта зависит от ряда факторов: солевого состава воды, величины ее рН, количества и характера взвешенных веществ в ней, температуры, химических свойств коагулянта и температурных условий проведения процесса. Оптимальная доза коагулянта вызывает образование крупных, быстро оседающих хлопьев, и не дает опалесценции воды.

Ориентировочную дозу коагулянта можно определить в соответствии со СНиП 2.02.02-84 "Водоснабжение. Наружные сети и сооружения" по формуле, а также по методикам, изложенным в "Инструкции по нормированию расхода воды на хозяйственно-бытовые и технологические нужды, проведению лабораторно-производственного и санитарно - гигиенического контроля за качеством питьевой воды и очистки сточных вод". При содержании в воде примерно 100 мг/л взвешенных веществ доза коагулянта составляет 25-35 мг/л.

Например, дозы сернокислого алюминия при коагуляции находятся в пределах 0,5-1,2 мг-экв/л. Меньшая доза устанавливается для вод, не загрязненных стоками, с умеренным содержанием взвеси (до 100 мг/л) и с небольшой окисляемостью; большая - для вод в период паводка с окисляемостью примерно 15 мг/л О 2 и выше, с содержанием железа, а также для плохо коагулируемых вод (даже при низкой окисляемости). В этих случаях возможно увеличение дозы коагулянта до 1,5 мг-экв/л.

Дозировка флокулянтов, например полиакриламида (ПАА), увеличивает эффект осветления воды и производительность коагуляционной установки. Обычно доза ПАА составляет 0,1-1 мг/л обрабатываемой воды (из расчета на 100%-ный продукт), причем меньшей дозе соответствует меньшая мутность воды. Полиакриламид дозируют в обрабатываемую воду в виде сильно разбавленных растворов концентраций 0,1%, обеспечивая при этом хорошее перемешивание раствора с обрабатываемой водой.

При необходимости глубокого удаления органических веществ и коллоидного железа (либо когда коагуляцией невозможно достигнуть желаемых результатов) перед коагуляцией производится хлорирование исходной воды. Доза хлора обычно принимается в пределах 5-20 мг/л; остаточное содержание свободного хлора после механических фильтров не должно превышать 10 мг/л.

Коагулянт предпочтительнее вводить в зону контактной среды, но одновременно необходимо обеспечить, чтобы флокулянт вводился спустя 1-3 мин после ввода коагулянта, чтобы к этому времени были завершены процессы образования микрохлопьев и сорбция осаждаемых веществ.

Наибольшее значение для эффективности процесса коагуляции имеет жесткость воды, т.е. содержание в воде карбонатов (СО 3) 2- и гидрокарбонатов (НСО 3) - . Установлено, что для нормального течения процесса коагуляции щелочность воды должна быть не менее 1,4-1,8 мг-экв/л. Если она ниже, на водопроводных станциях прибегают к подщелачиванию воды содой, негашенной или хлорной известью.

Взвешенные вещества подвергаются коагуляции по-разному. Так, если гидрофильные коллоиды (гуминовые вещества и др.) плохо сорбируются на поверхности хлопьев коагулянта и не способствуют их образованию, то гидрофобные коллоиды (глина, почва и т.д.) хорошо сорбируются на поверхностях, утяжеляют их и быстро оседают.

Низкая температура воды замедляет процесс хлопьеобразования, поэтому время коагуляции зимой больше, чем летом.

Осаждение взвешенных веществ происходит с различной скоростью, которая зависит от формы, размеров, плотности, шероховатости поверхности частиц и от температуры воды.

В процессе коагуляции вместе со взвешенными веществами в осадок увлекаются и микроорганизмы, что способствует обеззараживанию воды.

Следует отметить, что наряду с коагуляцией существуют и другие способы осветления и умягчения воды. Такие как, ионный обмен и обратный осмос. Эти спобобы более эффективны, хотя и дорогостоящи и требуют дополнительных расходов и затрат оборудования.

Большое количество людей постоянно задумывается о качестве питьевой воды. Не всегда есть возможность применять стационарные многоуровневые фильтры, например, находясь на даче или природе. К тому же эти аппараты достаточно дороги и занимают много места.

Одним из современных методов очистки воды считается применение специальных веществ – коагулянтов.

Коагулянт для очистки питьевой воды представляет из себя специальное вещество, которое добавляют в загрязненную жидкость.

Коагулянты чаще всего используются для:

очистки воды в специализированных процессах водоподготовки для дальнейшей подачи ее в жилые дома;
очистки бассейнов, аквапарков и других искусственных водных объектов;
предприятий;
как связующий материал в некоторых промышленных процессах.

С помощью коагулянтов можно избавиться от мутности воды, ее неприятного запаха и вкуса или сильно насыщенного постороннего цвета.

Многие люди считают, что очищать воду таким способом небезопасно для человеческого организма. Специалисты доказывают обратное. Основное количество вводимого в жидкость вещества выводится из нее вместе с загрязнениями.

После процесса очистки в воде может остаться маленькая толика коагулянта, которая абсолютно никак не влияет на здоровье человека.

Как действует

В воде содержится огромное количество маленьких частичек вредных примесей, которые невозможно извлечь из жидкости обычными фильтрами, так как они постоянно взаимодействуют с молекулами воды.

Такие частицы наносят большой вред здоровью человека. Именно они являются самыми опасными веществами в воде рек, озер и прудов. Коагулянт действует на мельчайшие частицы вредного вещества, содержащегося в воде.

Исходя из химического состава жидкости ясно, что такие частички имеют одинаковый отрицательный заряд и не могут самостоятельно объединяться.

Коагулянты, положительно заряженные частицы, связывают отрицательные между собой, образуя более плотные скопления.

Более тяжелые вещества опадают на дно посуды в виде осадка. Более легкие скапливаются в емкости большими хлопьями. Вследствие этого вся грязь и вредные примеси можно легко отфильтровать при помощи ткани, марли, пергамента или любого другого подручного материала.

Фото: более тяжелые вещества опадают на дно посуды в виде осадка

При использовании коагулянтов для следует помнить о том, что температура очищаемой жидкости не должна превышать 45ºС. При более высокой температуре большинство коагулянтов не работают.

Как определить дозу коагулянта

Прежде чем пользоваться коагулянтами, необходимо провести химическое исследование жидкости, предполагаемой для очистки. Специалисты помогут подобрать необходимое вещество, и определить какое количество необходимо для получения чистой питьевой воды.

Если человек самостоятельно хочет подобрать необходимую дозу коагулянта, например, для очищения воды из колодца, но ему необходимо произвести следующие действия:

набрать воды в 3 одинаковых по объему ведра;

Фото: набрать воды в 3 одинаковых по объему ведра

развести выбранный препарат до 1%-го раствора. Для этого 1 грамм вещества разводят в 100 мл воды;

Фото: развести выбранный препарат

в первое ведро влить 100 мл полученной смеси, во второе – 200 мл, в третье, соответственно, 300 мл. Перемещать жидкости в ведрах при помощи деревянной палки и наблюдать за происходящими в ведрах изменениями;

Фото: перемещать жидкость

оптимальной считается та доза, при которой процесс взаимодействия коагулянта и вредных веществ протекает быстрее и полученный при этом осадок быстрее оседает.

Если дозы в 300 мл не достаточно и визуально человек не видит никаких изменений в воде, то следует поменять воду в ведрах и повторить процедуру с более высоким содержание коагулянта в растворе, то есть влить соответственно, 400 мл, 500 мл и 600 мл.

Можно попробовать для опыта использовать не 1%-ный раствор вещества, а 5%-ный. В последнем случае необходимую дозу коагулянта рассчитать правильно будет гораздо сложнее.

Важно! Еще раз напомню, что такие опыты проводить самостоятельно не рекомендуется, а лучше всего обратиться к квалифицированным специалистам. Если в Ваших расчетах появится ошибка, то она может привести к непоправимым последствиям для организма.

Разновидности

Самыми эффективными и наиболее распространенными коагулянтами считаются соли таких металлов, как железо и алюминий.

Химические соединения, образованные этими металлами могут быть органическими, например, сульфат железа и неорганическими, например, сульфат алюминия.

Каждый вид коагулянта способен справляться с определенными видами вредных веществ. Поэтому перед выбором и последующим применением препаратов необходимо провести тщательный анализ воды в лабораторных условиях.

Только после этого процесса можно получить качественную и безвредную питьевую воду.

Для очистки сточных вод на предприятиях используют и другие вещества, в зависимости от вида загрязнения:

если в отработанной воде присутствует большое количество различных масел, то для очистки рекомендуется использовать соли магния (сульфат магния, хлорид магния);
в химической промышленности используют алюмосиликатный раствор;
сточные воды, насыщенные щелочью очищают неорганическим коагулянтом, полученным из красно шлама;
для повышения экологической безопасности сточных вод используется активированный кальций-алюминат;
на теплоэлектростанциях в последнее время применяют новейший коагулянт — минеральный полиреагентный гель-сорбент.

Рассмотрим более подробно наиболее эффективные и распространенные коагулянты.

Среди коагулянтов содержащих алюминий можно выделить:

Фото: сульфат алюминия

Химическая формула соединения — Al2(SO4)3∙18H2O. В большинстве случаев применяется в виде растворов.

Это вещество бывает 2-х видов:

очищенный. Это вещество представляет собой белые куски, величина которых может достигать 10 кг. Используется для очистки питьевой воды и в некоторых отраслях промышленности (текстильная, бумажная). Основные преимущества коагулянта заключается в его длительном сроке и удобстве хранения, маленькой стоимости, удобстве в транспортировке. При использовании данного коагулянта нет необходимости в применении специального оборудования для получения раствора;
неочищенный. Гранулы имеют серовато – зеленый оттенок. Обладает теми же свойствами и преимуществами, как и очищенное соединение.

Фото: гидроксохлорид алюминия

Химическая формула — Aln(OH)(3n-m)Clm. Впускается в виде прозрачных растворов или гранул желтого цвета.

Основные преимущества:

обладает высокой растворимостью в воде;
имеет наилучшие коагулирующие способности;
не влияет на изменение уровня рН в жидкости;
содержит максимально возможное низкое количество алюминия;
дезинфицирует воду от хлора.

Гидроксохлорид алюминия считается новейшим коагулянтом. Это вещество применяется для очистки питьевой воды и для очищения сточных вод в химической и металлургической отраслях.

Гидроксохлоросульфат алюминия (ГСХА)

Коагулянт смешанного типа. Наиболее эффективен для очистки паводковых и мутных вод, так как хорошо взаимодействует с водой низкой температуры. Выпускается в твердом виде и в виде раствора.

Широко применяется предприятиями по очистке водопроводной воды ранней весной, а так же для очистки сточных вод текстильными, кожевенными и бумажными комбинатами. В последнее время это вещество заменяет сульфат алюминия.

Оксихлорид алюминия (ОХА)

Фото: оксихлорид алюминия

Химическая формула — Al(OH)mCl3n-m. Используется для очистки природных вод преимущественно в холодное время года. Коагулянт обладает высокой способностью быстро и четко реагировать с вредными веществами в воде.

Широко применяется для очистки сточных бытовых вод, в химической и нефтеперерабатывающей промышленности, на металлургических заводах.

Фото: хлорное железо

Химическая формула соединения — FeCl3*6H2O. Применяется для очищения природных вод, очистки ила и в разнообразных отраслях промышленности (металлургия, пищевая, косметическая, химическая). Хорошо выводит отвратительный запах сероводорода.

Фото: сульфат железа

Для очистки воды используют:

сульфат железа (II) – FeSO4, иначе именуемый как железный купорос;
сульфат железа (III) — Fe_2(SO_4)_3.

Применяются сульфаты железа для очищения питьевой воды, воды, полученной в виде осадков, канализационных вод. Хорошо устраняют из жидкости посторонние запахи.

Кроме водоочистных сооружений сульфаты железа используются для очищения сточных вод в химической, косметической, пищевой промышленности, на металлургических и кожевенных комбинатах.

Неорганические и органические коагулянты

Неорганические или минеральные коагулянты (например, хлорное железо, сульфат алюминия) можно условно разделить на 3 вида:

раствор извести;
железосодержащие;
алюмосодержащие.

По химическому составу практически все они являются солями кислот. Этот фактор влияет на уровень рН в воде, снижая показатель.

Поэтому после обработки воды подобными средствами необходимо дополнительно позаботиться о повышении ее щелочности. В противном случае обеззараженная вода может негативно сказаться на здоровье человеческого организма.

Неорганические коагулянты влияют на показатель электропроводности воды. Они способствуют уменьшению жесткости жидкости и значительному выведению из нее отложений различных металлов.

Неорганические вещества просты в применении, могут храниться длительный период времени. Они имеют невысокую стоимость и поэтому широко применяются как в водоочистных сооружениях, так и в других отраслях промышленности.

Органические коагулянты (например, полиоксисульфат железам, хлорид полиалюминия) можно разделить на:

природные, добываемые из веществ природного происхождения;
искусственные, которые получают из синтетических молекул.

В отличие от неорганических реагентов органические имеют ряд значительных преимуществ:

для получения оптимального результата питьевой воды требуется значительно меньшее количество вещества;
не изменяют показателя рН;
активно борются с хлором;
после очищения практически полностью выводятся из жидкости, не оставляя молекул металлов;
уменьшают время полного процесса коагуляции;
удобны в приготовлении;
взаимодействуют с водорослями;
образуют минимальный осадок, чем сокращают время и затраты на его удаление;
ощутимо увеличивают срок службы бытовых стационарных фильтров.

В большинстве своем коагулянты используются для очистки воды в промышленных условиях. Применять их самостоятельно не рекомендуется, так как необходимо максимально точно определить какое количество и какой именно коагулянт эффективнее применять в тех или иных условиях.

Видео: приготовление воды с помощью коагулянта Гиацинт

Бассейны всегда подвержены загрязнениям разного типа, независимо от местоположения, формы и материалов, из которых этот бассейн изготовлен. Чтобы поддерживать его чистоту и пригодность для плавания, можно использовать коагулянт для бассейна. Такой метод очистки действительно эффективен, важно лишь сделать правильный выбор основного компонента.

Коагулянты – что это?

Коагуляция представляет собой соединение взвешенных микрочастиц в один крупный элемент и превращение его в хлопья. Этот процесс помогает вывести из воды различного рода мусор, видимый или нет, тяжелые металлы, а также вредные биологические компоненты.

Выпускается в порошковом, жидком и брикетированном виде. Последний вариант подходит только для профилактических мер, брикетами не чистят бассейн полностью, они выступают в роли помощников системам фильтрации.

Причины, из-за которых стоит прибегнуть к коагулянтам:

Мутная вода
Неприятный запах
Раздражение глаз во время купания
Сковывание кожи после посещения бассейна

Если у вас есть хотя бы один неприятный фактор из всех перечисленных, то данная статья будет действительно актуальной и полезной.

Как действует коагулянт?

После того, как реагент попал в воду, начинается химическая реакция. Результатом будет скопление хлопьев на дне бассейна и на его поверхности.

Все это мусор, который требуется вручную удалить из бассейна, либо воспользоваться . Разница верхних и нижних соединений лишь в том, что одни легкие, а другие тяжелые. Водное пространство между дном и поверхностью становится чистым.

Как правильно выбрать активное вещество?

Коагулянт для бассейна представлен различными производителями. Каждый из них предлагает свой состав и запрашивает свою цену за продукт, однако основные соединительные вещества ограничены. Рассмотрим самые популярные из них.

Гидрохлорид

Его еще называют полиоксихлорид алюминия, это органический компонент, который зарекомендовал себя, как один из лучших коагулянтов. Среди его характеристик пользователи выделяют:

Высокую степень очистки по сравнению с иными органическими компонентами
Экономичность
Высокую скорость образования соединений
Низкое содержание металлов и солей после реакции, что позволяет воде дольше оставаться пригодной для купания

Полиоксихлорид алюминия не токсичен, не требует особой подготовки перед использованием, достаточно надеть респираторную маску и обычные резиновые перчатки.

Отдельно стоит отметить невосприимчивость гидрохлорида к изменениям температуры, можно купить его с запасом и хранить до востребования.

Сульфат алюминия

Неорганическое соединение, которое пользуется своей популярностью из-за простоты применения. Но есть и очень крупный недостаток, такой коагулянт для чистки воды в бассейне имеет высокую чувствительность к кислотным и щелочным средам.

Перед применением следует проверить состояние воды. Если показатель pH находится в диапазоне 6,5-7,5, то сульфат алюминия будет эффективным. Если нет, то склеивающий эффект будет значительно слабее, вода не очистится.

Диоксид Титана

Неорганический коагулянт. Используется при очистке бассейнов, но его эффективность избыточна. Воду после обработки реагентом можно пить, она становится кристально чистой, но цена диоксида титана крайне высока, независимо от производителя.

Инструкция по применению коагулянтов

В этом разделе мы разберем, что нужно сделать перед тем, как использовать коагулянт для очистки пресной воды в бассейне. Процедуры нужны для того, чтобы повысить эффективность скрепления микроэлементов и дезинфицировать воду.

pH-контроль

Первый шаг на пути к очищению воды – это анализ ее кислотно-щелочного баланса с помощью и лакмусовых бумажек. Норма показателей варьируется в зависимости от основного компонента коагулянта, но средние значения должны быть от 7,2 до 7,6. При меньшем показателе вода нуждается в добавлении щелочи. При повышенном показателе воде нужна кислота.

Показатель водоизмещения

Проще говоря, необходимо вычислить объем воды, который помещается в бассейн. При прямоугольной форме бассейна формула будет V= a*b*c, где V- это объем, a – ширина, b – длина, c – высота. Объем круглого бассейна будет рассчитываться, опираясь на диаметр. Формула круглого бассейна V=c*6.28*r 2 , где r будет являться радиусом бассейна, а остальные буквы соответствуют первой формуле.

Обычно производитель самостоятельно пишет рекомендуемые пропорции в соответствии с объемом воды в бассейне. Однако, если вам кажется, что загрязнение в бассейне очень сильное, то можете умножить предложенный показатель на 1.3.

Например, ваш бассейн объемом 20 м 3 загрязнен. Производитель предлагает использовать 10 мл вещества на кубический метр. Согласно формуле, вы должны добавить 200 мл коагулянта. Если загрязнение слишком сильное, то добавляйте 260 мл.

Подготовка раствора

Поскольку вещества выпускаются в различном виде, рассмотрим три разных подхода к созданию нужной нам смеси.

Если у вас препарат в жидком виде, то берем необходимое количество концентрата и разводим в воде в отношении 1 к 5 до однородной массы. Затем следует отключить фильтр, чтобы не испортить его склеенными хлопьями. Можно заливать в бассейн и ждать результата.

Если же вы купили препарат в сухом состоянии, то подход немного иной. Старайтесь покупать порошок, массовая доля активного компонента в котором будет 15%, тогда разведение будет 1 к 1 с водой. При ином составе потребуется подробно изучить инструкцию и рекомендации производителя.

Очищение воды после реакции

Процесс очищения коагулянтами занимает 10-12 часов, после чего нужно собрать хлопья и удалить их из воды. Рекомендуем убирать загрязнения с помощью специальных , но если такого нет, можно воспользоваться плотным сачком в мелкую сеточку.

Мы рассмотрели с вами, что такое коагулянт для бассейна, какими они бывают и как их использовать. Желаем вам эффективно бороться с загрязнениями и наслаждаться вашим бассейном.

Методы коагулирования достаточно хорошо освоены и повсеместно применяются на многих станциях водоподготовки . В то же время, использование коагулянтов рождает дополнительные проблемы воды, которые необходимо устранять другими методами очистки:

повышение мутности;
низкая эффективность удаления растворенной органики;
высокая остаточная концентрация алюминия.

Для устранения многих недостатков метода коагуляции хорошо зарекомендовал себя реагент оксихлорид алюминия (ОХА ), который в очистке воды используется взамен более традиционного сульфата алюминия (СА ) ‒ Al₂(SO₄)₃. Формула оксихлорида алюминия в общем виде выглядит как:

Al n (OH) m Cl 3n-m

Применение оксихлорида алюминия в качестве коагулянта позволило не только уменьшить количество реагента, но и существенно улучшить качество очищенной воды. Максимальная эффективность ОХА наблюдается при обесцвечивании мутных вод, с показателями по шкале цветности 30-50 градусов; а также в холодный период года, когда скорость протекания коагуляции замедляется.

Применение сульфата алюминия выгоднее для очистки воды с незначительной мутностью и низким содержанием солей. Использовать оксихлорид алюминия для подготовки воды такого типа нецелесообразно.

Причина разной эффективности при очистке воды с разными показателями мутности и цветности заключается в том, что извлечение загрязняющих веществ у них происходит разными путями.

Эффективность и скорость процесса обесцвечивания воды коагулированием зависит от следующих свойств:

температуры,
pH и ионного состава,
содержания взвешенных веществ ,
концентрации коллоидных частиц и истинно растворенных органических веществ.

Несмотря на то, что реакция среды, величина pH , играет существенную роль в протекании физико-химических процессов очистки воды, в условиях станций водоподготовки контроль этого показателя практически никогда не ведется. Показатель pH контролируется только в рамках нормативов СанПиНа для воды. Изменение и контроль реакции среды для отслеживания оптимальных условий протекания процессов коагуляции на действующих станциях не ведут.

Показателем протекания реакции может служить степень диссоциации гидроксида алюминия, которая минимальна в среде, близкой к нейтральной (pH 6,5–7,5). Коллоидные частицы гидроксида алюминия в такой среде нейтральны (не несут в себе заряда).

При проведении процессов обесцвечивания и осветления сульфатом алюминия оптимальные показатели pH, при которых будет образовываться и выпадать в осадок гидроксид алюминия, составляют 6,7–7,0. Для такой среды присущи процессы сорбции и агрегирования. Агрегация коллоидных частиц органического происхождения и минеральных взвесей в хлопья происходит при участии гидроксида, который играет роль связующего.

Интенсивность хлопьеобразования также зависит от величины pH - ведь содержание ионов водорода и гидроскид-ионов в растворе оказывает влияние на строение веществ - продуктов гидролиза.

В среде с рН поликатионы алюминия:

Для этих веществ присущ большой положительный заряд, за счет чего они будут адсорбироваться на поверхности коллоидных частиц с отрицательным зарядом. Это свойство приобретает значение для снижения цветности воды. Если процессы коагулирования пойдут в этом направлении, то при pH>7 качество обесцвечивания воды ухудшится. Оптимальные значения pH среды при сохранении качества очистки составляет 5-6.

Механизмы коагуляции органического гумуса имеют общие черты с процессами очистки от минеральных веществ, но с некоторыми отличиями.

Природная вода с pH 5–8 при обработке коагулянтом (сульфатом алюминия) демонстрирует следующие процессы:

Механизм нейтрализационно-адсорбционной коагуляции : при этом растворенные гидроксокомплексы алюминия, имеющие положительный заряд, соединяются с отрицательно заряженными загрязняющими частицами. Гумусовые частицы коагулируют по мере взаимодействия своей отрицательно заряженной функциональной группы (фенольной, кетоновой, карбоксильной) с положительными частицами -гидрокомплексами алюминия. Происходит полимерное комплексообразование.
Механизм захватной коагуляции . По данному механизму происходит снижение мутности за счет адсорбции продуктов гидролиза коагулянта на поверхности минеральных частиц. Происходит нейтрализация зарядов ионов, уменьшение сил отталкивания и сжатие двойного слоя.

Механизм захватной коагуляции протекает при pH среды свыше 7 за счет адсорбции гумусовых веществ на частицах Al(OH)₃.

Снижение мутности воды идет за счет обволакивания минеральных частиц новообразующейся массой гидроксида алюминия. Чтобы захватная коагуляция стала возможной, необходимо добавление большого количества коагулянта для образования значительного по объему осадка гидроксида алюминия.

Первый описанный механизм (нейтрализационно-адсорбционная коагуляция) возможен и при небольших дозах коагулянта, однако доза должна возрастать пропорционально росту содержания коллоидных загрязняющих частиц.

Если вода сильно мутная, то имеет смысл вести коагулирование при повышенных значениях pH. В этом случае реакции образования гидроксида будут преобладать над механизмами адсорбции положительных ионов коагулянта.

Присутствие минеральных частиц ускоряет осаждение гидроксида алюминия и интенсифицирует образование зародышей коагуляции. Гуминовые вещества достаточно устойчивы и передают эту устойчивость при взаимодействии с гидроксидами. При этом процесс коагуляции может приостановиться и не дойти до конца.

Устойчивость гуминовых коллоидов растет вместе с величиной pH обрабатываемой воды. С понижением pH и ростом кислотности среды устойчивость гуминовых веществ снижается. Адсорбция катионов коагулянта тоже вносит свою лепту, и процесс коагуляции улучшается.

Отсюда следует, что очистку цветных вод целесообразно вести при пониженных значениях pH. Адсорбция катионов алюминия придает гуминовым коллоидам свойство активного хлопьеобразования даже без присутствия в воде гидроксида алюминия. Этим гуматы коренным образом отличаются от взвешенных веществ, и этот факт стоит учитывать при выборе коагулянта для очистки воды от цветности.

Очистка воды с высокой цветностью и малой мутностью балансирует между этими двумя механизмами. Какой из процессов коагулирования в растворе будет преобладать, определяется качественным составом исходной воды.

С увеличением цветности воды оптимальное значение pH понижается с ростом концентрации водородных ионов. Соблюсти условия для коагулирования особенно важно, если воду необходимо очистить от фульвокислот, удалить которые из воды обычно труднее, чем гуминовые кислоты.

Для очистки цветных вод с невысоким солесодержанием оптимальный диапазон реакции среды достаточно узкий. Для этого необходимо достичь pH, при котором из раствора удаляются гуминовые вещества при наименьшей добавляемой дозе коагулянта.

На интенсивность процессов коагуляции при очистке цветных вод также оказывает влияние присутствие некоторых ионов, входящих в состав коагулянта. В наибольшей степени коагулирующее обесцвечивающее действие присуще анионам сульфатам.

Эти ионы оказывают влияние на протекание многих химических процессов:

влияют на образование малорастворимых комплексных соединений;
увеличивают зоны оптимальных значений pH (в сторону увеличения кислотности среды);
уменьшают дозу коагулянта.

Улучшение процессов обесцвечивания воды теоретически можно объяснить тем, что сульфат-анионы служат противоионами для положительно заряженных частиц- продуктов реакции гидролиза в кислой среде (при pH

Если в качестве коагулянта используется сульфат алюминия, то стимулирующее процесс коагуляции влияние анионов представляет собой следующий ряд:

PO₄³⁻ > SO₄²⁻ > Cl⁻ > HCO⁻

При повышении значения pH (уменьшении кислотности среды) ионы Cl⁻ тоже проявляют тенденцию к образованию нерастворимых соединений гидроксида алюминия. Но если у воды низкие значения pH (малая щелочность), то увеличение содержания хлоридов приводит к стабилизации процесса коагуляции и прекращению образования хлопьев гидроксида алюминия. Если в воде присутствуют бикарбонат-ионы HCO³⁻, то гидролиз коагулянта (сульфата алюминия) проходит более интенсивно и в более широком диапазоне значений pH, чем в присутствии щелочных гидроксид-ионов OH⁻.

Если по своему солесодержанию очищаемая вода относится к мягкой, а содержание бикарбонатов в ней невелико, то в этом случае реакция образования гидроксида протекает не полностью, процессы коагуляции-обесцвечивания ухудшаются, уменьшается хлопьеобразование, растет концентрация остаточного алюминия. По этим причинам для улучшения обесцвечивания воду подщелачивают.

Переход коллоидной гидроокиси в гидроксид может затрудняться оттого, что в воде имеются вещества, которых называют защитные коллоиды. Еще одна причина - повышенная щелочность воды, поскольку гидроксид алюминия в щелочной среде преобразуется в растворенные вещества.

В мутной воде с высоким содержанием гуминовых кислот последние взаимодействуют с гидроксокомплексами алюминия. За счет этого расчетное повышение кислотности от добавления коагулянта превышает реальные показатели. Остаточная щелочность воды имеет значение 0,1–0,2 мг-экв/л.

Из-за стабилизации коллоидных частиц коагуляция может идти неодинаково. Это важно учитывать при выборе реагента-коагулянта - сульфата алюминия или оксихлорида алюминия. Если для осветления о обесцвечивания воды используется сульфат алюминия, то оптимум по pH и минимальная излишняя щелочность достигаются при меньшем количестве коагулянта, чем при использовании оксихлорида.

Если очищаемую воду предварительно подщелачивают (добавлением соды), остаточная щелочность увеличивается от 0,1 до 0,45 мг-экв/л (при сульфате алюминия) и от 0,5 до 0,8 (при оксихлориде алюминия). При этом изменяются значения цветности воды и содержания остаточного алюминия : при сульфате алюминия значения уменьшаются, при оксихлориде – растут.

Чтобы реализовать нейтрализационно-адсорбционный механизм коагуляции для максимального удаления гуминовых веществ, необходимо строго выдерживать оптимальную область pH - как для сульфата, так и для оксихлорида алюминия в качестве коагулянтов.

Если pH>7,5 возрастает скорость образования гидроксида алюминия, что теоритически можно объяснить исходя из механизма захватной коагуляции. При этом дозы для обоих коагулянтов растут, но эффективность очистки ОХА выше, чем при СА.

Как показывают теоритические исследования коагуляции и практический опыт обесцвечивания воды, при низких значениях pH, щелочности и солесодержания (мягкости воды), для очистки более пригоден сульфат алюминия. Его используют для очистки воды с высокой цветностью и малой мутностью. В противных случаях оправдано применение в качестве коагулянта оксихлорида алюминия.

На практике оказалось, что вода из некоторых природных источников в течение года может существенно отличаться по качеству. Поэтому в зависимости от показателей исходной воды для ее обесцвечивания и осветления могут применяться оба коагулянта - СА и ОХА. Иногда наилучшие результаты дает совместная обработка воды обоими коагулянтами - СА и ОХА.

Содержание остаточного алюминия невозможно снизить только за счет применения оксихлорида алюминия, ведь вода отличается по своему составу и качеству. При использовании ОХА для обесцвечивания мутной воды содержание остаточного алюминия меньше, чем при обработке СА. Но при обработке цветной воды на результат сильно влияет pH обработанной воды. Так как оптимальные диапазоны pH и щелочности для обоих коагулянтов мало отличаются, то при незначительных колебаниях условий может ощутимо меняться эффективность одного или другого коагулянта.

Выбор коагулянта для определенного источника воды должен вестись с учетом параметров воды во все сезоны года:

цветность,
перманганатная окисляемость,
остаточный алюминий.

Затем определяются минимальные дозы, проводится анализ технико-экономических показателей и сопутствующих затрат.

Для оксихлорида алюминия определяющее значение имеет показатель основности , вычисляемый по формуле:

/ 3 100%

Практические исследования показали, что качество обесцвеченной воды, так же как добавляемая доза реагента-коагулянта, прямо зависят от марки и основности оксихлорида алюминия.

Высокоосновный ОХА применяют для очистки мутной воды со средней цветностью и невысокой концентрацией органики. С понижением температуры воды должна повышаться и основность коагулянта.

Понижение основности оксихлорида алюминия должно происходить вслед за увеличением цветности воды и ростом перманганатной окисляемости.

Низкоосновные ОХА или сульфат алюминия в качестве коагулянта применяются для очистки воды, требующей соблюдения особых условий pH среды - это относится к воде с повышенной цветностью и низким солесодержанием.

Осветление методом отстаивания для снижения мутности эффективнее вести с высокоосновным коагулянтом ОХА, а при использовании сульфата алюминия снижается мутность фильтрата. По той же закономерности изменяется показатель остаточного алюминия. Более эффективное удаление органики - по показателю перманганатной окисляемости- происходит при использовании сульфата алюминия.

Применение смешанных коагулянтов комплексной природы для обесцвечивания цветных вод дает расширенные возможности. К смешанным коагулянтам относятся:

n ‒ полиоксисульфат алюминия;
n ‒ полиоксихлорсульфат алюминия;
n ‒ полиоксихлорид алюминия;
алюмокремниевые коагулянты-флокулянты.

Выводы по статье

Подбор коагулянта ведётся опытным путем, в зависимости от показателей качества воды в каждый из четырех периодов года.
Обесцвечивание и осветление цветной маломутной воды с низкой щелочностью и низким солесодержанием ведется при pH не выше 7,5. Для такой воды сульфат алюминия в качестве коагулянта более предпочтителен. При низкой температуре возможно совместное использование оксихлорида алюминия и сульфата алюминия. Сульфат алюминия лучше удаляет органические загрязнения, что подтверждается изменением значений цветности и перманганатной окисляемости. Использование ОХА при обесцвечивании уменьшает концентрацию остаточного алюминия.
На скорость хлопьеобразования влияет изменение концентрации сульфат-ионов в воде.
При правильно подобранном диапазоне pH качество очистки воды повышается даже в случае использования ОХА.
Использование высокоосновного ОХА должно быть оправдано. При высокой концентрации в воде органики эффективнее использовать сульфат алюминия или совместно СА и ОХА. Для снижения цветности воды перспективно применение смешанных коагулянтов – полиоксисульфата или полиоксихлорсульфата алюминия.
Изменение концентрации рабочих растворов коагулянтов дает возможность косвенно регулировать процесс обесцвечивания воды. Образование гидрокомплексов алюминия влияет на интенсивность очистки от коллоидных загрязнителей и, в конечном счете, повышает качество водоподготовки. При понижении температуры воды должна снижаться и концентрация рабочего раствора коагулянта.

Argel