Коагулянт для очистки сточной воды: виды, принцип действия, как выбрать

Флокулянты – специальные вещества полимерного состава, которые в результате тепловой, механической либо электролитической реакций способствуют выпадению мелких плавающих частиц в рыхлый хлопьевидный осадок.

Одним словом, загрязнения, которые делают воду мутной, при добавлении флокулянтов образуют соединения и твердыми взвесями опускаются на дно.

Часто применяют для:

• очистки аквапарков,
• бассейнов,
• воды ТЭЦ,
• на химических, нефтеперерабатывающих предприятиях.

Флокулянты поддаются следующей классификации:

• По составу: различают органические и неорганические.
• По способу получения: природного происхождения или синтетического производства.
• По агрегатному состоянию: есть порошки, гранулы, гели, жидкие эмульсии.
• По электрическому заряду: катионного, анионного и неионогенного типов.

К флокулянтам природного происхождения можно отнести дрожжи, крахмал, водорослевую крупку, картофельную мезгу. Неорганические – кремниевая кислота и диоксид кремния. Синтетического происхождения – полимер и производные акриламида.

Эффективность метода и его преимущества

Данные вещества способствуют ускорению процесса фильтрации и при минимальных затратах позволяют справиться с загрязнениями больших масштабов. При их введении происходит отделение жидкой и твердой фазы.

Наибольшего эффекта стоит ждать в том случае, если флокулянты применять после коагулянтов.

Основные преимущества:

• Ускоряется процесс осаждения, благодаря чему вода становится прозрачной.
• Продлевает срок службы фильтрующих установок, убирая загрязнения крупной фракции.
• Уменьшает длительность очистки и позволяет сэкономить при значительных объемах.
• Нет необходимости создавать дополнительные очистные сооружения, что увеличивает производительность предприятия.
• После обработки pH воды не претерпевает значительных изменений. Все показатели остаются в норме.
• В составе очищенной воды концентрация растворенных металлов не повышается.
• Эффективность очистки увеличивается на 30%.
• Частично удаляются водоросли, вирусы и бактерии.
• Флокуляция может быть применима там, где альтернативные способы просто не работают.
• При соблюдении дозировки безопасно для здоровья.

Отличие от коагулянтов

Коагулянты, как и флокулянты, способствуют очищению воды от мелкодисперсного мусора, объединяя между собой загрязнения и осаждая их.

Цель применения очень похожа, однако механизм течения несколько отличается.

В основу коагуляционного процесса входит дестабилизация зарядов загрязняющих частиц. Коллоидная грязь, которая делает воду мутной, состоит из микроскопических отрицательно заряженных частиц.

Они настолько малы, что проходят через песчаный фильтр, а одноименный электрический заряд заставляет их постоянно находиться в движении.

Одинаковый заряд так же мешает им объединяться в группы. Введение коагулянтов приводит к потере заряда и устранению электростатического взаимодействия.

Флокуляция образует более крупные соединения за счет полимерной связи. Происходит укрепление и увеличение объема фильтруемых веществ, которые можно потом без труда удалить со дна емкости.

Различие заключается не только в механизме течения, но и во временном периоде проведения химической реакции.

• Коагуляция проходит в течение 1-3 минут после тщательного перемешивания и при строгом соблюдении температуры в пределах 20-25 градусов.
• Флокуляция может длится 30-60 минут, требуя некоторого времени для отстаивания. Это объясняется длительной стадией формирования осадка.

Принцип действия

Частицы, находящиеся в воде во взвешенном состоянии, окружены водной пленкой с заряженными ионами.

Данная особенность не дает им контактировать между собой. Для нейтрализации заряда и скорейшего осаждения как раз и используются флокулянты.

Зная состав воды и сферу ее дальнейшего применения, выбирают положительно, отрицательно либо нейтрально заряженные реагенты.

Процесс флокуляции происходит в два этапа:

• Адсорбция действующего вещества на поверхности частиц.
• Формирование флокул (грязевых хлопьев).

Флокулянты обладают значительным молекулярным весом и имеют длинную полимерную структуру, за счет чего происходит образование своеобразных мостиков и разрушение водно-солевой оболочки.

Попадая в воду, способствуют склеиванию и объединению загрязняющих частиц. Соединения становятся более тяжелыми, плотными и начинают увеличиваться в размерах, давая возможность фильтрующим системам уловить их.

Флокулянты могут быть как массового, так и частичного действия. При необходимости провести осаждение только определенной группы веществ, применяется избирательная флокуляция. Востребован метод при необходимости разделить тонкие неорганические взвеси, а также для улучшения эффективности обогащения.

Основные группы

Чтобы процесс флокуляции прошел максимально эффективно, необходимо различать несколько основных групп действующих веществ. Все флокулянты делят по типу их заряда, что и определяет сферу их применения.

Анионный тип или положительно заряженный. Данная группа состоит из полимета акрилата натрия, чистого полиакрилата и других активных органических соединений.

Такие флокулянты притягивают противоположные по заряду загрязнения, формируя прочные водородные связи. Применяются для устранения фосфорных соединений, для ускорения процесса осаждения и нейтрализации неорганических веществ.

Катионные флокулянты. Применяются для удаления положительно заряженных остатков органического происхождения. Это происходит за счет образования прочных молекулярных цепочек между анионами загрязняющих частиц и катионами полимера. Применяется для очистки вод промышленного назначения.

Неионогенные флокулянты. Являются нейтрально заряженными, поэтому их действие основано на формировании водородных связей. Водород, который входит в состав молекулы полимера, взаимодействует с атомами азота, кислорода или другими органическими составляющими, образуя плотное соединение.

К длинному полимеру приклеиваются частицы коллоидного раствора. Нейтральные флокулянты имеют меньшую активность по сравнению с катионными и анионными, поэтому применяется для очистки слабозагрязненных вод.

Выбор того или иного флокулянта зависит от химического состава воды, который определяется путем лабораторного исследования.

Топ- 3 производителя средств для флокуляции

Ведущими компаниями, которые занимаются вопросами разработки оборудования и технологий получения современных флокулянтов, являются Франция, Япония, Великобритания, Южная Корея, Финляндия, СЩА и Германия. На рынке России представлены 3 основных лидера.

Besfloc (Бесфлок)

Форма выпуска: эмульсии, гранулы, растворы и порошкообразные вещества.

Преимущественно используются в качестве доочистки после применения коагулянтов.

• Обладает большим молекулярным весом, что способствует преобразованию мелких частиц в объемные хлопья.
• Малый расход: 0,01-0,5 мг/л.
• Применяется в горнодобывающей, нефтехимической промышленностях, текстильной и бумажно-целлюлозной областях. Нередко используют для очистки коммунальных стоков.
• Благодаря уникальному составу, удалось снизить предварительный расход коагулянтов.
• Не наносят вреда для здоровья человека.
• Проходят все этапы лабораторных испытаний.

Zetag (Зетаг)

Флокулянт Zetag от швейцарской компании Ciba Specialty Chemicals. Применяется для ускорения процессов очистки воды от органических соединений и твердых взвесей.

Способствует выпадению твердой фазы в крупнофракционный осадок. Используют для подготовки воды из водоемов для употребления в коммунальном водопроводе.

Реагент вводят при постоянном помешивании, иначе реакция будет не полноценной.

Нужна минимизация турбулентности, иначе высока вероятность разрушения предварительно образовавшихся хлопьев.

Увеличивает скорость оседания загрязняющих частиц.

Расход составляет от 2 до 10 г/л.

Praestol (Праестол)

Флокулянт, созданный по совместной технологии России и Германии. На рынке появился в 1998 году и быстро занял свою нишу –коммунальное хозяйство.

Применяется для очистки и обеззараживания питьевой воды. Также встречается в сфере нефтехимической и химической промышленностях.

• Ускоряет процесс очистки, способствует уплотнению осадка.
• Снижает электрическую активность молекул воды, что способствует более эффективному объединению загрязняющих частиц.
• Флокулянт Праестол сертифицирован в России и соответствует всем гигиеническим нормам и правилам. Был рекомендован для применения в сфере питьевого водоснабжения.
• Выпускается в виде гранул на основе акриламида и разбавляется в воде для получения концентрации в 0,1%. Производитель рекомендует для лучшего хранения делать концентрированный раствор в 0,5%, а при необходимость доводить до рабочего состава.
• Раствор готовится при температуре воды в 15-20 градусов, отстаивается 60 минут и только потом готов к применению.

Недостатком порошкообразных и гелиевых флокулянтов является сложность их разбавления. Для этого необходимо соответствующее оборудование, которое сможет приготовить раствор необходимой концентрации. Поэтому правильным выбором будут водные растворы и эмульсии.

Заключение

Если очистные сооружения уже построены, однако их стало недостаточно для переработки необходимого количества воды, а денег на строительство нового капитального строения нет, то отличным выходом станет применение флокулянтов.

Данная технология позволит не только улучшить качество воды, но и сделает процесс очистки быстрым и эффективным. Это современный метод, который в совокупности с коагулянтами позволит полностью реконструировать систему фильтрации без лишних затрат и временных вложений.

Коагулянты для очистки воды: назначение, область применения, виды и принцип действия

Качественная подготовка жидкости для питья или бытовых нужд — залог крепкого здоровья. Существуют различные методы очистки воды. Самый простой из них — фильтрация. Однако нередко применяют и специальные коагулирующие реагенты для водоподготовки и водоочистки. Химикаты следует использовать строго по назначению в точных дозировках.

Назначение и область применения коагулянтов для очистки воды

Коагулянты связывают примеси в хлопья, образующие осадок

Коагуляцией называют химический процесс, в результате которого в обрабатываемой среде происходит укрупнение диспергированных, коллоидных примесей. Они превращаются в видимые человеческому глазу хлопья, которые образуются в процессе слипания мелких частиц. Позднее хлопья выпадают в осадок и удаляются при помощи механических фильтров.

Коагуляцию как метод очистки воды применяют в таких областях:

• ЛОС (для осветления стоков);
• обработка промышленных грязных вод;
• очистка бассейнов;
• подготовка питьевой воды.

Обработка жидкой среды коагулянтами для её дальнейшего употребления требует предварительного проведения максимально точного анализа. А также скрупулезного расчета  дозы коагулянта при обработке воды.

Виды и принцип действия препаратов

Механизм работы реагентов – это особый химический процесс. Любой коагулирующий препарат на молекулярном уровне имеет положительный заряд, в то время как все примеси в жидкой среде — отрицательный. При таком положении дел все молекулы грязи неспособны соединяться в более крупные образования именно по причине отрицательности своих молекул. Для человеческого глаза примеси совсем не видны. Сточная жидкость выглядит просто мутной. Добавленный в воду реагент разбавляет отрицательные заряды атомов примесей и как результат образуются крупные хлопья. Жидкость становится визуально чище, светлее, отсутствуют запахи в ней.

Все коагулянты производят на основе хлоридов, сульфатов или полиоксисульфатов таких металлов как магний, железо, титан или алюминий.

Выделяют два типа химических веществ-реагентов для водоподготовки:

• неорганические;
• органические.

Первые (неорганические) — это диоксид титана или сульфат железа/алюминия. Каждый из них имеет ряд особенностей:

• Диоксид титана. Самый дорогой из всех видов коагулянтов. При этом максимально очищает жидкость до состояния питьевой. Диоксид титана избавляет воду от грязи и от бактерий. Дозы препарата используются меньшие, чем при работе с другими средствами. При этом время отстаивания обработанной диоксидом титана среды сокращается в разы в отличие от работы с иными неорганическими реагентами.
• Сульфат алюминия. Препарат прост в использовании, не требует долгого отстаивания после разведения. Но реагент чувствителен к уровню рН воды. Желательно, чтобы показатели не выходили за пределы 6.5-7.5. В противном случае сульфат алюминия будет неэффективен. К тому же этот коагулянт серьезно влияет на уровень кислотно-щелочного баланса жидкости. После обработки его нужно приводить в норму.
• Сульфат железа. Помогает очистить воду от маслянистых примесей, сероводорода, урезать концентрацию тяжелых металлов в ней.

Читайте также:  Самые мощные пылесосы для дома: топ-9 лучших моделей для разных нужд

Сульфат железа в обрабатываемой среде растворяется не полностью.

Все органические реагенты производят исключительно на основе гидрохлорида (его еще называют полиоксихлоридом алюминия). У таких коагулянтов для очистки сточных вод выделяют ряд преимуществ перед неорганическими препаратами:

• быстрый процесс растворения средства в воде;
• высокое качество очистки жидкости;
• экономный расход препаратов;
• высокая скорость коагуляции;
• уменьшенный период отстаивания;
• низкий остаточный процент алюминия и солей в обработанной среде после проведенного химического процесса;
• возможность использовать гидрохлориды даже при низких уличных температурах, в холодных жидких средах.

В случае попадания органического препарата в грунт он не меняет кислотно-щелочной баланс почвы, не образует экологической катастрофы в регионе.

Критерии выбора

Коагулянты выбирают по таким параметрам:

• Форма препарата (жидкая или порошкообразная). Первый вариант удобнее, поскольку реагент уже готов к использованию. Но растворы, как правило, дороже сухих препаратов.
• Тип средства (органический/неорганический). Подбирается в зависимости от проблемы, с которой ведется борьба. Для обработки питьевой воды лучше брать органику. Иногда пользователь предпочитает более дорогую электронную установку «Аквафлоу». С её помощью удается образовать примеси в обрабатываемой жидкости в хлопья без добавления в воду реагентов.

При покупке препарата стоит обращать внимание на целостность упаковки и сроки изготовления средства. Если коагулянт просрочен, скорее всего, он не даст ожидаемого эффекта. Также нелишним будет обратить внимание на маркировку ГОСТ и состав средства. При их отсутствии от покупки лучше отказаться.

Особенности применения

Перед применением неорганических препаратов следует позаботиться о респираторе и как минимум рукавицах. Они помогут защитить кожу и слизистую дыхательных путей от раздражения при возможном попадании частичек реагента на последние.

В остальном при использовании метода коагуляции нужно придерживаться таких правил:

• Перед тем как залить препарат в жидкую среду, стоит отключить фильтровальную систему. В противном случае хлопья просто забьют установку.
• Необходимо высчитать водоизмещение резервуара, чтобы определить точную дозу препарата. Объем высчитывают по ширине, длине и глубине бассейна. Все замеры делают в метрах. Если чаша круглая, измеряют глубину и диаметр. Готовая величина уже переводится в литры.
• При сильном загрязнении жидкости можно использовать 1,3 от рекомендованной в инструкции дозы препарата. То есть несколько увеличить эффект.
• Сухой реагент нужно предварительно разводить в воде в соответствии с рекомендациями производителя.
• Для временных водоемов лучше соорудить специальные навесные заборники-скиммеры. Они будут собирать образовавшиеся хлопья. Можно также использовать специальный пылесос.
• Как правило, через 9-12 часов все хлопья выпадают в осадок. Убрать их со дна можно также водяным пылесосом.

Правильно очищенная жидкость пригодна для дальнейшей эксплуатации без необходимости её замены. Это крайне принципиально для больших искусственных водоемов (бассейнов, аквариумов, рыбных прудов), поэтому коагулянты популярны как метод очистки жидкости.

Коагулянты для очистки воды особенности и применение

Коагуляционная и флокуляционная очистка сточных вод: что собой представляют флокулянты и коагулянты

Коагулянт представляет собой особое вещество, которое добавляется в очищаемую воду. Чаще всего он используется для удаления загрязнений из:

• питьевой воды (в загородном доме, в походе, пр.);
• сточных и других вод в процессе их комплексной подготовки для подачи на жилые объекты;
• аквапарков, бассейнов, других искусственных водоемов;
• промышленных стоков.

А также в качестве связующего материала ряда промышленных процессов. Применение коагулянтов позволяет избавляться от неприятного запаха, резкого вкуса, мутности и посторонних оттенков питьевой воды.

Некоторые люди считают, что очищать воду с применением коагулянтов небезопасно, но специалисты утверждают обратное. В очищенной воде вещество остается, но в минимальных количествах, поскольку основная его часть выводится вместе с загрязнителями.

Данная концентрация является полностью безопасной для здоровья человека.

Разновидности и применение коагулянтов для очистки воды

Если бы в неочищенной воде все взвешенные твердые частицы были достаточно велики, чтобы их можно было легко удалить с помощью известных методов очистки, то обработка химическими коагулянтами не требовалась бы.

 Однако большая часть взвешенного вещества состоит из очень мелких, чрезвычайно дисперсных твердых частиц, в значительной степени коллоидных.

Ввиду малого размера они не поддаются осаждению, флотации или фильтрации, и их приходится предварительно подвергать коагуляции.

И флоакулянты, и коагулянты – это реагенты, которые используются на первых стадиях очистки воды от загрязняющих частиц. Коагулянты объединяют мелкие частички дисперсных систем в крупные под воздействием сил сцепления.

Применение коагулянтов способствует понижению степени окисляемости обрабатываемых водных масс, уменьшению содержания в них взвешенных частичек, улучшению основных технологических процессов обработки, которые происходят в очистных сооружениях и осветлителях.

Флоакулянты обеспечивают слипание неустойчивых агрессивных частичек и тем самым интенсифицируют процесс образования хлопьев. Данные вещества осветляют водные массы и улучшают и качество по ряду контролируемых показателей.

Например, снижается щелочность, содержание общего железа, а концентрация взвешенных частиц падает в 3-5 раз.

Предварительный лабораторный анализ состава стоков обязателен. Он дает представление о качестве воды, основных загрязнителях и позволяет составлять максимально эффективный план очистки.

Наиболее распространенные и эффективные коагулянты – соли алюминия и железа. Химические соединения, образовываемые металлами, могут быть органическими либо неорганическими. Каждый тип коагулянта рассчитан на взаимодействие с определенными веществами. Для очистки стоков промышленных предприятий используют специальные вещества (не те же самые, что в быту). Основные варианты:

• соли магния (сульфат или хлорид магния);
• алюмосиликатный раствор;
• неорганический коагулянт, полученный из красно шлама;
• активированный кальций-алюминат;
• минеральный полиреагентный гель-сорбент.

Рассмотрим самые популярные виды алюмосодержащих коагулянтов. Первый – сульфат алюминия Al2(SO4)3∙18H2O. В большинстве случаев он используется в виде растворов. Известно два типа вещества – очищенный (имеет вид белых кусков) и неочищенный (серо-зеленые гранулы).

Гидроксохлорид алюминия имеет химическую формулу Aln(OH)(3n-m)Clm, выпускаться может в виде прозрачных растворов либо желтоватых гранул.

Преимущества – хорошие коагулирующие характеристики, высокая растворимость в воде, стабильность рН жидкости, минимальное содержание алюминия, эффективное удаление хлора. Гидроксохлорид алюминия – коагулянт нового поколения.

Он используется для очистки промышленных стоков (химическая, металлургическая отрасль) и питьевой воды.

Гидроксохлоросульфат алюминия (или ГСХА) – смешанный коагулянт. Максимальную эффективность он показывает в очистке мутных и паводковых вод. Может выпускаться в виде раствора или твердой массы. Широко используется в промышленности. Аналог – сульфат алюминия.

Оксихлорид алюминия – формула Al(OH)mCl3n-m. Применяется для очистки природных вод, главным образом в холодное время года. Коагулянт вступает в быстрые четкие реакции с вредными веществами, может использоваться для очистки промышленных стоков.

Железосодержащие коагулянты используются реже, чем алюмосодержащие. Самые популярные:

• Хлорное железо – имеет формулу FeCl3*6H2O. Применяется для очистки природных вод, ила с промышленности, хорошо убирает аромат сероводорода.
• Сульфат железа – для очистки вод используют соединения FeSO4 и Fe_2(SO_4)_3. Хорошо убирает посторонние запахи.

К органическим и неорганическим коагулянтам относят известковые растворы, вещества с примесями алюминия и железа. По своему химическому составу они все относятся к солям кислот. Неорганические имеют длительный срок хранения и не представляют сложностей в использовании.

Органические бывают природными и искусственными, экономичны в расходе, имеют стабильный кислотно-щелочной состав, эффективно удаляют хлор, после завершения процесса очистки из воды выводятся практически полностью.

Также данные вещества удобные в приготовлении, нормально взаимодействуют с водорослями, осадок дают минимальный и существенно повышают срок службы стационарных фильтрационных установок.

Популярные коагулянты для очистки природной воды

В продаже представлены разные коагулянты для использования в бытовых условиях. Реагенты для питьевой воды FLOQUAТ™ и FLOP AM™. Рассмотрим их.

Органические коагулянты cерия FLOQUAT ™

Органические флокулянты cерия flopam ™ pwg

Умягчитель воды cерия flosperse ™

Умягчитель воды cерии FLOSPERSE ™ используется для умягчения воды, применяемой в хозяйственно-бытовых, питьевых целях, на пищевых производствах. В ходе дегидрирования в больших количествах выделяются аммиак и углекислый газ (из-за разложения органических материалов).

Растворимые в воде газы соединяются с образованием аммонийгидрокарбоната (формула NH4HCO3) – вещества, которое является сильным буфером с pH ниже 7.

Для предотвращения осаждения в осадок солей нужно добавлять FLOSPERSE ™ (он комплексобразует ионы металла, после чего они становятся недоступными для осаждения из раствора).

Коагуляция в очистке сточных вод

содержание   ..  1  2  3  4  5  6  7  8  9  10    ..

1. 

Коагуляция в очистке сточных вод

Коагуляцию в очистке сточных вод применяют для ускорения процесса осаждения тонкодисперсных примесей и эмульгированных веществ, обладающих агрегатной устойчивостью, при коагуляции происходит укрупнение мельчайших коллоидных и диспергированных веществ, происходящих вследствие их взаимного слипания под действием сил молекулярного притяжения. Завершается этот процесс отделением агрегатов слипшихся частиц от жидкой фазы осаждением.В качестве коагулянтов используют в основном соли алюминия и железа – сульфаты и хлориды. При введении в осветляемую воду коагулянтов происходит их гидролиз:

Al2(SO4)3 =2Al3+ + 3SO43- 2Al3+ + 3H2O=Al(OH)3 + 3H+Образующиеся гидроксиды алюминия или железа представляют собой коллоидные вещества, которые сорбируют развитой хлопьевидной поверхностью взвешенные мелкодисперсные и коллоидные загрязнения, а также бактерии, гуминовые вещества и даже ионы тяжелых металлов.

Различают коагуляцию в свободном объеме и контактную коагуляцию, Скорость коагуляции возрастает с увеличением концентрации электролита, в полидисперсных системах коагуляция происходит быстрее, чем в монодисперсных.На процесс коагуляции влияют также рН, анионный состав воды, выбор коагулянта, температура, условия перемешивания и др. Доза коагулянта от 50 до 700 мг/л.

Для стабилизации и интенсификации процессов очистки воды с помощью коагулянтов. К последним добавляют специальные вещества – флокулянты. В качестве флокулянтов используют высокомолекулярные вещества, хорошо растворимые в воде, такие как крахмал, белковые гидролизные дрожки, но чаще всего синтетические, в частности, полиакриламид.

Использование флокулянтов позволяет снизить дозы коагулянтов, уменьшить продолжительность коагулирования, повысить скорость осаждения образующихся хлопьев.

Флокулянты обычно применяют в дополнение к основному коагулянту, реже самостоятельно. Доза флокулянта 0,5 – 2,0 мг/л, концентрация раствора 0,1-1,0 %.

Читайте также:  Как платить за воду по счетчику: как рассчитать расход воды + обзор способов провести оплату

Процесс очистки сточных вод коагуляцией и флокуляцией состоит из следующих стадий: дозирование и смешение реагентов со сточной водой, хлопьеобразование и осаждение хлопьев. Используют растворы коагулянтов с концентрацией 1-10 %.

Для смешения коагулянтов с водой и хлопьеобразования используют смесители и камеры хлопьеобразования гидравлического и механического типа. Конструкции смесителей представлены на рисунке 37.

Рисунок 37 – Смесители а – дырчатый; б – перегородчатый; в – вертикальный

Скорость движения воды в лотке, где установлены перегородки, 0,6 м/с, в отверстиях перегородок или проемов 1 м/с. В вертикальном смесители скорость меняется от 1 м/с до 25 мм/с. Камеры хлопьеобразования приведены на рисунке 38.

Рисунок 38 – Камеры хлопьеобразования а – перегородчатая; б – вихревая; б – водоворотная

Перегородчатые камеры конструктивно объединяют с горизонтальными отстойниками, скорость движения воды в коридорах 0,2-0,3 м/с. В вихревых камерах скорость движения воды изменяется от 0,7 м/с (в конической части) до 4-5 мм/с (в верхнем сечении).

Водоворотные камеры хлопьеобразования конструктивно объединяются с вертикальными отстойниками, совмещаясь с центральной трубой (коагулятор – осветлитель). Осаждение хлопьев происходит в отстойниках и осветлителях различных конструкций.

Иногда стадии смешения, коагулирования и осаждения осуществляют в одном аппарате.

 Коагуляция

Коагуляция — это слипание частиц коллоидной системы при их столкновениях в процессе теплового движения, перемешивания или направленного перемещения во внешнем силовом поле. В результате коагуляции образуются агрегаты — более крупные (вторичные) частицы, состоящие из скопления мелких (первичных).

Первичные частицы в таких агрегатах соединены силами межмолекулярного взаимодействия непосредственно или через прослойку окружающей (дисперсионной) среды. Коагуляция сопровождается прогрессирующим укрупнением частиц и уменьшением их общего числа в объеме дисперсионной среды (в нашем случае — жидкости).

Слипание однородных частиц называется гомокоагуляцией, а разнородных — гетерокоагуляцией.

Рис. 1. Строение мицеллы

a) x >0.03; б) x = 0; А — адсорбционный слой; Б-диффузионный слой; I-ядро

Производственные сточные воды в большинстве случаев представляют собой слабоконцентрированные эмульсии или суспензии, содержащие Коллоидные частицы размером 0,001 — 0,1 мкм, мелкодисперсные частицы размером 0,1 — 10 мкм, а также частицы размером 10 мкм и более.

В процессе механической очистки из сточных вод достаточно легко удаляются частицы размером 10 мкм и более, мелкодисперсные и коллоидные частицы практически не удаляются. Таким образом, сточные воды многих производств после сооружений механической очистки представляют собой агрегативно устойчивую систему.

Для их очистки применяют методы коагуляции; агрегативная устойчивость при этом нарушается, образуются более крупные агрегаты частиц, которые удаляются из сточных вод механическими методами.

Одним из видов коагуляции является флокуляция, при которой мелкие частицы, находящиеся во взвешенном состоянии, под влиянием специально добавляемых веществ (флокулянтов) образуют интенсивно оседающие рыхлые хлопьевидные скопления.

Методы коагуляции и флокуляции широко распространены для очистки сточных вод предприятий химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей, целлюлозно-бумажной, легкой, текстильной и других отраслей промышленности.

Эффективность коагуляционной очистки зависит от многих факторов: вида коллоидных частиц; их концентрации и степени дисперсности; наличия в сточных водах электролитов и других примесей; величины электрокинетического потенциала.

В сточных водах могут содержаться твердые (каолин, глина, волокна, цемент, кристаллы солей и др.) и жидкие (нефть, нефтепродукты, смолы и др.) частицы.

Коллоидные частицы, представляющие собой совокупность большого числа молекул вещества, содержащегося в сточной воде в диспергированном состоянии, при перемещении прочно удерживают покрывающий их слой воды.

Обладая большой удельной площадью поверхности, коллоидные частицы адсорбируют находящиеся в воде ионы преимущественно одного знака, значительно понижающие свободную поверхностную энергию коллоидных частиц. Ионы, непосредственно прилегающие к ядру, образуют слой поверхностно-ядерных ионов, или так называемый адсорбционный слой.

В этом слое может находиться также небольшое число противоположно заряженных ионов, суммарный заряд которых, однако, не компенсирует заряда поверхностно-ядерных ионов.

В связи с тем, что на границе адсорбционного слоя создается электрический заряд, вокруг гранулы (ядра с адсорбционным слоем) образуется диффузионный слой, в котором находятся остальные противоположно заряженные ионы, компенсирующие заряд гранул. Гранула вместе с диффузионным слоем называется мицеллой. На рис.

1 показано изменение напряженности электрического поля мицеллы. Потенциал на границе ядра — термодинамический потенциал (x -потенциал) — равен сумме зарядов всех поверхностно-ядерных конов. На границе адсорбционного слоя потенциал уменьшается на величину, равную сумме зарядов находящихся в адсорбционном слое противоположно заряженных ионов. Потенциал на границе адсорбционного слоя называется электрокинетическим потенциалом (x -потенциал).

На частицы коллоидов действуют диффузионные силы, и частицы стремятся равномерно распределяться во всем объеме жидкой фазы. Наличие у частиц электрических зарядов одного знака вызывает их взаимное отталкивание.

Одновременно между коллоидными частицами имеются молекулярные силы взаимного притяжения, которые проявляются лишь при небольших расстояниях между частицами. При снижении электрического заряда частиц, т. е.

при уменьшении x -потенциала, силы отталкивания уменьшаются и становится возможным слипание частиц — процесс коагуляции коллоида. Силы взаимного притяжения между коллоидными частицами начинают преобладать над электрическими силами отталкивания при x -потенциале системы менее 0,03 В.

При x -потенциале, равном нулю, коагуляция проходит с максимальной интенсивностью, состояние коллоидной системы в этом случае носит название изоэлектрического состояния, а величина рН называется изоэлектрической точкой системы.

Одним из методов снижения x -потенциала коллоидной системы является увеличение концентрации в воде электролитов.

Способность электролита вызывать коагуляцию коллоидной системы возрастает с увеличением валентности коагулирующего иона, обладающего зарядом, который противоположен заряду коллоидных частиц.

Соотношение коагулирующей способности одно-, двух- и трехвалентных ионов приблизительно 1:30:1000.

При коагуляции хлопья образуются сначала за счет части взвешенных частиц и коагулянта или только коагулянта. Образовавшиеся хлопья последнего сорбируют вещества, загрязняющие сточные воды и, осаждаясь вместе с ними, очищают воду.

• Основным процессом коагуляционной очистки производственных сточных вод является гетерокоагуляция — взаимодействие коллоидных и мелкодисперсных частиц сточных вод с агрегатами, образующимися при введении в сточную воду коагулянтов.
• Используемые коагулянты
• При использовании в качестве коагулянтов солей алюминия и железа в результате реакции гидролиза образуются малорастворимые в воде гидроксиды железа и алюминия, которые сорбируют на развитой хлопьевидной поверхности взвешенные, мелкодисперсные и коллоидные вещества и при благоприятных гидродинамических условиях оседают на дно отстойника, образуя осадок:
• Аl2(SO4)3 + 6Н2Oà 2А1(ОН)3 + 3Н3SО4;
• FeCl3 + 3Н2Оà Fe(ОН)3 + 3НСl;
• FeS04 + 2H2Oà Fe(OH)2 + Н2SО4;
• 4Fe (ОН)2 + О2 + 2H2Oà 4Fe (ОН)3.
• Образующиеся в процессе гидролиза серную и соляную кислоты следует нейтрализовать известью или другими щелочами. Нейтрализация образующихся при гидролизе коагулянтов кислот может также протекать за счет щелочного резерва сточной жидкости:
• Н++® НСО-з —> СО2+Н2О.

В целях уменьшения расходов коагулянтов процесс коагуляции следует осуществлять в диапазоне оптимальных величин рН. Так, значения рН при оптимальных условиях коагуляции: для А1(ОН)3-4,5-7; для Fe(OH)2- 8,5-10,5, а для Fе(ОН)3 — 4-6 и 8-10.

Для очистки производственных сточных вод применяют различные минеральные коагулянты.

1. Соли алюминия. Сульфат алюминия (глинозем) А12(SO4)3× 18H2O (плотность 1,62 т/м3, насыпная масса 1,05-1,1 т/м3, растворимость в соде при температуре 200С-362 г/л).

Процесс коагуляции солями алюминия рекомендуется проводить при значениях рН=4,5¸ 8. В результате применения сульфата алюминия степень минерализации воды увеличивается.

Алюминат натрия NaAlO2, оксихлорид алюминия Al2(OH)5Cl, полихлорид алюминия [А12(ОН)nСl6-n]m(SO4)x (где 1

Коагулянт для очистки сточной воды: виды, принцип действия, как выбрать

Способов очищения сточных вод существует немало. При обустройстве автономных канализационных сетей помимо установки привычных фильтров, способных отсеивать вредные вещества и делать при этом воду чище, все чаще применяют осадительный метод очистки – коагуляцию.

Мы расскажем, по какому принципу работает коагулянт для очистки воды. В предложенной к ознакомлению статье подробно описаны все применяемые на практике разновидности. Вы узнаете, что надо учитывать при выборе средства и как правильно его использовать.

Принцип работы коагулянтов

Коагуляция – метод очистки воды путем сцепления загрязняющих дисперсных веществ для последующего удаления механическим методом, фильтрацией. Объединение загрязняющих частиц происходит благодаря введению коагулирующих реагентов, создающих условия для простейшего устранения связанных загрязнителей из очищаемой воды.

Термин «coagulatio» в переводе с латинского обозначает «сгущение» или «свертывание». Сами коагулянты представляют собой вещества, способные за счет химической реакции создавать нерастворимые и малорастворимые соединения, которые проще и легче вывести из состава воды, чем дисперсные компоненты.

Принцип работы веществ построен на том, что их молекулярная форма имеет положительный заряд, в то время как большинство загрязнений – отрицательный. Присутствие двух отрицательных зарядов в строении атомов грязных частиц не позволяет им соединяться вместе. По этой причине грязная вода всегда приобретает мутность.

В момент внесения в жидкость небольшой порции коагулянта вещество начинает подтягивать к себе присутствующие в ней взвеси. Как результат: с увеличением интенсивности рассеиваемого света жидкость на короткий промежуток времени становится более мутной. Ведь одна молекула коагулянта с легкостью может притянуть к себе несколько молекул грязи.

Коагулянты провоцируют образование устойчивых связей между мелкими частицами загрязнений и присутствующих в воде микробов

Притянувшиеся молекулы грязи начинают вступать с коагулянтом в реакцию, вследствие которой объединяются в большие сложно-составные химические соединения. Малорастворимые высокопористые вещества постепенно оседают на дно в виде белого осадка.

Задача хозяина состоит лишь в том, чтобы вовремя убирать осадок, применяя любой из доступных ему типов фильтрации.

Молекулы, притягивающиеся друг к другу, образуют крупные частицы, которые за счет своего увеличившегося веса оседают, а затем выводятся путем фильтрации

Об эффективности действия препарата можно судить по образованию на дне осадка в виде белых хлопьевидных образований – флокул. Благодаря этому термин «флокуляция» нередко используют в качестве синонима понятия «коагуляция».

Образующиеся хлопья, размер которых может достигать от 0,5 до 3,0 мм, имеют большую поверхность, обладающую высокой сорбцией осаждаемых веществ

Кроме очистки сточной воды коагулянты применяются в обработке воды в бассейнах, в водоподготовке технической и питьевой воды в регионах с ограниченными водными ресурсами. Рекомендуем ознакомиться с возможностями коагулирующих химсоставов, особенности которых описаны на нашем сайте.

Применение реагентов: за и против

Эффективность современного оборудования по нейтрализации примесей в сточных водах не способна достигнуть максимального уровня без задействования реагентов.

Читайте также:  Выбор стабилизатора напряжения для газового котла отопления

Современные коагулянты позволяют существенно повысить интенсивность и качество процесса очистки сточных вод. Высокая стоимость реагентов окупается рядом преимуществ, которыми они обладают.

Среди неоспоримых достоинств применения синтетических коагулянтов стоит выделить:

• эффективность;
• доступная стоимость;
• высокое качество очистки;
• универсальность применения.

Сточные воды представляют собой устойчивую агрессивную систему. И разрушить ее, сформировав крупные частицы с тем, чтобы в последующем вывести их путем фильтрации, помогает коагуляция.

Применение реагентов дает хорошие результаты по выведению из стоков взвешенных и коллоидных частиц.

По сути частицы коагулирующей фазы, сформированной под действием коагулянтов, являются одновременно и центром хлопьеобразования и утяжелителем

Но осадительный метод с применением реагентов не лишен недостатков. К числу таковых стоит отнести:

• необходимость строгого соблюдения дозировки;
• образование большого объема вторичных отходов, которые нуждаются в дополнительной фильтрации;
• трудоемкость налаживания процесса собственными силами.

В промышленных масштабах процессы коагуляции задействуются повсеместно, они поставлены на поток. Для налаживания системы в домашних условиях придется приобретать специальные установки, стоимость которых довольно высока.

Большинство хозяев решают этот вопрос путем применения отдельных коагулянтов бытового типа, которые продаются в небольших по объему емкостях.

Действующие вещества просто добавляют в жидкость, а затем отфильтровывают выпавший на дне осадок; но этот процесс довольно трудоемок и потому на его реализацию затрачивается много времени

В ряде случаев коагуляция может осуществляться непосредственно в механической фильтрационной системе. Для этого реагент вводят в участок трубопровода с подлежащей обработке жидкостью перед местом подачи ее на фильтр. И в этом случае в фильтрационную систему поступают уже инородные частицы, «преобразованные» в хлопья.

Основные виды коагулянтов

Существует много разновидностей коагулянтов. Подробно перечислять их формулы в статье мы не станем. Рассмотрим лишь две основные группы, которые в зависимости от исходного сырья делятся на органические и неорганические.

Одна категория коагулянтов способна обезжелезивать воду и выводить из нее соли алюминия, другая – повышать либо понижать кислотный показатель pH, некоторые реагенты – оказывать комплексный эффект

Сегодня производством коагулянтов занимаются многие отечественные и зарубежные компании. Выпускаемые ими реагенты нового поколения отличаются от коагулянтов, выпускаемых еще при Советском Союзе, улучшенными техническими характеристиками.

Органические природные вещества

Они представляют собой специально созданные реагенты, которые путем ускорения слипания присутствующих в воде агрессивно неустойчивых частиц способствуют облегчению процессов, связанных с их отделением и осаждением. Органика помогает стимулировать объединение загрязнителей в плотные суспензии и эмульсии, облегчающие процесс их вывода из воды.

Высокомолекулярные вещества хорошо борются с хлором и эффективно устраняют неприятные «ароматы» в жидкости, к примеру: часто присутствующий в ожелезненной жидкости запах сероводорода

При взаимодействии с молекулами загрязнений органические коагулянты значительно уменьшаются в своих размерах. По завершении реакции они выпадают в виде небольшого количества осадка.

Благодаря минимизации объема скапливаемого на дне емкости осадка намного проще и быстрее отфильтровать. При этом уменьшенное количество осадка никоим образом не сказывается на качестве очистки.

Из-за ограниченности сырьевой базы природные реагенты не нашли широкого применения при очистке сточных вод в промышленных масштабах. Но для бытовых целей их используют часто.

Синтетические коагулирующие соединения

Эти типы реагентов создаются на основе минеральных и синтетических элементов. Полимеры способствуют образованию высокого катиодного заряда, стимулируя тем самым быстрое появление хлопьев. Они отлично взаимодействуют с водой, оказывая на нее комплексный эффект: умягчая ее структуру, а также избавляя от грубых примесей и солей

Наибольшее распространение получили соли поливалентных металлов, созданные на основе железа или алюминия. Железо применяют для грубой очистки.

Флокулянты – вторичные коагулянты, превращающие суспензии и эмульсии в хлопья, используются в паре с первичными коагулянтами. Тандем способен очищать как малые порции бытовых отходов, так и большие объемы, создаваемые промышленными предприятиями

Среди железных составов самыми популярными считаются:

• хлорное железо – гигроскопичные кристаллы, имеющие темный металлический блеск, отлично устраняют крупные частицы загрязнений и легко выводят запах сероводорода;
• сульфат железа – кристаллический гигроскопичный продукт хорошо растворяется в воде и эффективен при очистке канализационных стоков.

За счет низкого уровня вязкости при малой молекулярной массе такие реагенты отлично растворяются в любом типе обрабатываемой жидкости.

Из коагулянтов, созданных на основе алюминия, наибольшее распространение получили:

• оксохлорид алюминия (ОХА) – применяют для обработки воды с повышенным содержанием органических природных веществ;
• гидроксохлорсульфат алюминия (ГСХА) – отлично справляется с природными отложениями сточных вод;
• сульфат алюминия – неочищенный технический продукт в виде кусков серо-зеленого цвета применяют для очистки питьевой воды.

В прежние годы полимеры применяли лишь в качестве добавки к неорганическим коагулянтам, используя их в качестве стимуляторов, способствующих ускорению образованию хлопьев. Сегодня эти реагенты все чаще применяют как основные, заменяя ими неорганические.

Если сравнивать органические и синтетические вещества, то первые выигрывают в том, что действуют намного быстрее. К тому же они способны функционировать практически в любой щелочной среде и не вступают во взаимодействие с хлором.

Для адсорбции растворенных в воде солей, ионов тяжелых металлов и других взвесей порция органического реагента потребуется в разы меньше, чем синтетического аналога (+)

Органические действующие соединения выигрывают и в том, что не изменяют показатель pH в воде. Это позволяет их использовать для очистки воды, где присутствуют колонии планктона, растут водоросли и крупные микроорганизмы.

Рекомендации по выбору средств

К выбору коагулянта для очистки стоков необходимо подходить очень внимательно. Ведь, хоть вещество и не несет опасности здоровью человека, но по своему действию имеет довольно узкую специализацию.

Подбирая коагулянт для очистки стоков, можно воспользоваться и справочными пособиями, но перед приобретением расходного материала все же стоит проконсультироваться с профессионалами, специализирующимися в сфере водоочистки.

Чтобы уберечь себя от разочарований в случае низкой эффективности применения коагулянта, рекомендуем предварительно сдать воду на анализ. Лабораторные исследования дадут представления о составе и помогут определиться с наиболее подходящим видом обработки.

Зная состав загрязненной воды, намного проще будет подобрать оптимальный вариант коагулянта, который поможет быстро решить проблему

Коагулянты – довольно специфические субстанции.

В одних случаях они способны отторгать элементы воде, в других, напротив, усиливать свое действие.

К примеру, применение действующего вещества, созданного на основе сульфата алюминия и железа, способно казать тройной эффект: очистить содержимое, а также обезжелезить его и существенно умягчить.

При использовании любого вида коагулянта главное – придерживаться рекомендованной производителем дозировки. Слишком малая порция действующего вещества спровоцирует реакцию, но она будет протекать не так интенсивно, как необходимо для должной очистки. Осадок будет выпадать медленно, а жидкость не очистится от вредных примесей.

Кроме того при нарушении дозировки хлопья начинают осаждаться неравномерно. В связи с этим в воде образуется много микрохлопьев, которые за счет малых размеров не улавливаются фильтрами.

Действующие реагенты на рынке представлены в виде гранул, фракций и кусков, а также небольших бесформенных пластинок

Чтобы упростить задачу расчета необходимого объема действующего вещества производители выпускают коагулянты в упаковках, оборудованных дозаторами, не забывая приложить к ним подробную инструкцию по применению.

Условия для протекания процесса

Максимальная эффективность очистки сточных вод достигается путем комплексного подхода решения проблемы. Поэтому при обустройстве автономных очистных сооружений коагуляцию применяют в комплексе с механической и биологической очисткой.

Для этого возводят конструкции, состоящие из вертикальных отстойников, разделенных перегородками. Благодаря этому стоки проходят многоступенчатую очистку. Сначала они отстаиваются, затем очищаются путем переработки бактериями, после чего поступают в камеру, где вступают в процесс коагуляции и на завершающем этапе фильтруются.

Коагулянт может располагаться в отдельном пластиковом контейнере, подвешенном в чаше унитаза, благодаря чему при каждом смыве частички реагента попадают вместе со стоками в систему

Установку специализированного оборудования, расчет примерной дозы расходных материалов и первоначальный контроль на всех этапах за процессом очистки стоков лучше поручить профессионалам.

Схема коагуляции включает три основных этапа:

Внесение коагулянта в загрязненную жидкость.

Создание условий для максимального взаимодействия действующего реагента с примесями.

Отстаивание с последующей фильтрацией осевших частиц.

Необходимым условием протекания коагуляции является равенство частиц с противоположным зарядом. Поэтому, чтобы обеспечить достижение желаемого результата, получив наибольшее снижение мутности стоков, так важно соблюдать концентрацию используемого реагента.

При использовании коагулянтов для очистки сточных вод следует учитывать, что эти вещества работают только при плюсовой температуре.

Рабочий диапазон реагентов варьируется в пределах от 10 до 40°С, и в случае превышения температуры выше этого показателя реакция начинает протекать намного медленнее

Поэтому так важно обеспечивать стабильность прогрева обрабатываемой воды.

Для ускорения процесса коагулирования в состав воды можно добавлять вещества, способные образовывать коллоидные дисперсионные системы – флокулянты. Для этой цели чаще всего используют: крахмал, полиакриламид, активированный силикат. Они будут адсорбироваться на хлопьях коагулянта, превращая их в более прочные и крупные агрегаты.

Флокулянт вводят в зону контактной среды спустя 1-3 минуты с момента ввода коагулянта. К этому времени процессы образования микрохлопьев и следующая за ними сорбция осаждающих веществ завершаются.

Количество осадка, выпадающего в контактных резервуарах, зависит от типа используемого реагента и степени предварительной очистки подлежащих обработке стоков.

В среднем после механической очистки объем осадка из расчета на одного человека в сутки составляет порядка 0,08 литра, после прохождения биофильтров – 0,05 л, а после обработки в аэротенке – 0,03 литра. Его необходимо лишь вовремя удалять по мере наполняемости резервуара.

Выводы и полезное видео по теме

Принцип действия коагулянта:

Видео-презентация бытовых коагулирующих продуктов:

Применяя методику коагуляции, вы получите прекрасную возможность добиться высоко результата при небольших вложениях. Грамотно подойдя к выбору реагента и создав необходимые условия для его эксплуатации, не составит труда очистить сточные воды сразу от множества примесей и загрязнений.

Появились вопросы в процессе ознакомления с представленной нами информацией? Знаете тонкости применения коагулянтов на практике? Пожалуйста, делитесь знаниями и впечатлениями, а также задавайте вопросы в расположенном ниже блоке.