Коагуляция и флокуляция для очистки воды — в чем отличия между коагуляцией и флокуляцией

Очистка вод коагулянтами и флокулянтами

Две группы реактивов упомянуты в связке намеренно. Только солидарная очистка вод коагулянтами и флокулянтами дарует блистательное торжество чистоты. Коагуляция — суть укрупнение частиц, расположенных в жидкостной толще в режиме коллоидной формации. Складывающие микрохлопья обнаруживаются проще и отделяются естественным образом

У загрязнений только отбирают отрицательный электрический заряд, и потому разворачивается слипание в рыхлые комья. Флокуляция — следующий шаг (выработка химических связок, стягивающих микрохлопья). Тип связи — полимерный мостик — прочно сцепляет увеличенные комочки. Но простота описания не вводит в заблуждение профессионалов

В производственных и бытовых условиях зачастую требуется очистка воды для доведения ее химического состава до действующих нормативов. Обработке подлежит как вода, взятая из природных или иных источников и предназначенная для питья, так и сточные жидкости, образующиеся в процессе производства. Очистка происходит с помощью специальных реагентов, разделяющихся на коагулянты и флокулянты. Они используются также при водоподготовке ТЭЦ и котельных, в промышленности и сельском хозяйстве.

Особенности коагулянтов и флокулянтов для воды

Для достижения высоких качественных показателей воды применяют оба вида реагентов. Процесс очистки происходит в два этапа, неразрывно связанных между собой.

Коагуляция

Коагуляция направлена на укрупнение коллоидных частиц и образование микрохлопьев, легко выявляющихся в водной суспензии. Происходит это за счет нейтрализации отрицательного заряда, во время которой агрегаты собираются в рыхлую массу.

Флокуляция

Флокуляция является продолжением коагуляции и способствует возникновению химических связей между микрохлопьями, образовавшимися после первого этапа. Благодаря этому сгустки скрепляются между собой полимерными мостиками, образуя более крупные комочки.

Сроки, дозы и последовательность применения реагентов зависят от свойств конкретной жидкости и определяются исходя из ее физико-химических показателей. Выпавший осадок удаляется из суспензии, а вода, полученная в результате очистки, соответствует заданным нормативам и критериям.

У загрязнений только отбирают отрицательный электрический заряд, и потому разворачивается слипание в рыхлые комья. Флокуляция — следующий шаг (выработка химических связок, стягивающих микрохлопья). Тип связи — полимерный мостик — прочно сцепляет увеличенные комочки. Но простота описания не вводит в заблуждение профессионалов

Они крепко думают до всякого использования парного режима. Количество веществ, время активации, температура, последовательность воздействия — избираются нормально лишь лицами с высшим химическим образованием. Эксперты Ecvols точно таковы и готовые незамедлительно проконсультировать, учесть нюансы жидкостной среды

Физико-химический анализ на месте гарантирует, что раствор флокулянта либо раствор коагулянта сработают рациональным образом. Ассортимент Ecvols включает ряд типов действительных, апробированных смесей. Подтверждена пригодность таковых в производственной практике и в работе водопроводных сетей

Вместо того чтобы закупать жидкий коагулянт и иное отдельно, стоит обратить внимание на смешанный агент АКФК в канистрах 5 литров. На прочистку 1 кубометра воды тратится 200 миллилитров состава. Водородный показатель не меняется. Ликвидируются одноклеточные водоросли

Жидкий коагуляционный конгломерат PAX-18 отменно работает в очистной и подготовительной сферах, сокращает длительность фильтроцикла. Снижение pH минимизировано. Уничтожаются нитевидные бактерии в осадочных веществах. Допустимо использование при рекультивации озер и в целлюлозно-бумажной индустрии. Отгрузка производится в режиме 24/7

Что такое флокулянты?

Название этого реагента для очистки воды происходит от слова «флокулы», что означает хлопья. Именно образование макрохлопьев из взвешенных в заборной воде частиц является основной функцией флокулянтов.

Сначала коллоидные частицы связываются в хлопья коагулянтом, а флокулянт производит агломерирование этих малозаметных хлопьев в большие образования с достаточным для осаждения весом. Загрязнения в виде осадка легче фильтровать и удалять из очистных сооружений.

Флокуляция сточных вод

Большей частью, флокулянты представляют собой высокомолекулярные электролиты природного или синтетического происхождения. К природным флокулянтам относятся высшие полисахариды:

• целлюлоза;
• крахмал;
• их производные.

Синтетическим флокулянтом является:

• полиэтилен и производные полиэтилена;
• полиакрилы;
• полиамиды;
• полиамины.

Большинство флокулянтов поставляются в виде порошков, но продается и флокулянт жидкий в виде эмульсии.

Флокулянт жидкий

Очистка воды при помощи флокулянтов

Алгоритм флокулирующего процесса следующий: нейтрализация заряда микрохлопьев; химическое взаимодействие с микрохлопьями; связывание отдельных частиц полимерными мостиками. Подразделяются флокулянты в основном на два вида:

1. Анионные.
2. Катионные.

Существуют на практике и неионные химикаты, но их применение ограничено.

Название химикатов связано с электродами электро-химического процесса: А – анод с положительным потенциалом; К – катод с отрицательным потенциалом. Использование анионитов и катионитов позволяет отказаться от дорогостоящего электротехнического оборудования и, в некотором смысле, сделать процесс более безопастным.

Флокулянт анионный

Анионо-активный флокулянт, притягивающий к себе загрязнения с отрицательным зарядом. Основой для изготовления флокулянта анионного служат сополимеры акриламида. Это может быть акриловая кислота со стабилизирующими добавками.

К анионным флокулянтам относится, например, продукциякомпании ЭнвироХЕМИ :

• Envifloc 1100;
• Envifloc 5110;
• Envifloc 5100.

«Специализацией» этих химикатов является связывание в осадок катионов металлов.

Конкретная марка реагента выбирается по результатам химического анализа неочищенной воды и применяемого в технологическом процессе очистки коагулянта. Еще раз следует отметить, что применение флокулянтов наиболее эффективно при очень сильных загрязнениях воды.

Флокулянт катионный

Эти флокулянты очищают воду от осадка с положительными ионами на поверхности благодаря хемосорбции. Свои отрицательным зарядом они нейтрализуют положительный заряд и связывают загрязнения в длинные молекулярные цепочки. Примером таких химикатов могут быть:

• Envifloc 5215;
• Envifloc 5700;
• Envifloc 5644.

Катионные флокулянты решают вопрос очистки воды от многих промышленных загрязнений. Химики-технологи фильтровальных станций хорошо осведомлены о составе и количестве загрязнений в воде из водозабора, знают применяемую технологию коагуляции, поэтому только они могут сделать окончательный выбор марки реагента для флокуляции.

Не лишним будет проконсультироваться с производителем или дистрибутором препарата.

Флокулянт неионогенный

В отличие от флокулянтов с предварительным зарядом, эти реагенты не несут ионов с определенным зарядом. Их действие связано с образованием водородных мостиков, которыми реагенты связывают в макрохлопья загрязнения в воле.

Эти флокулянты хорошо очищают воду от нефтяных загрязнений.

Как пример, можно привести неионогенные флокулянты BESFLOC.

В отличие от ионогенных (катионных, анионных), флокулянты этой группы менее эффективны. Особенно эта разница заметна при очистке маломутных вод.

Эффективность данного метода очистки воды

Этот метод очистки «работает» только после применения коагулянтов. Он позволяет в значительной степени интенсифицировать процесс на фильтровальной станции с минимальными затратами.

Очистка вод с применением флокулянтов эффективна при больших объемах очищаемой воды и ее сильном загрязнении. Применение их в таких случаях позволяет:

1. Исключить перенос загрязняющих частиц на следующую стадию очистки.
2. Значительно ускорить этап осаждения загрязнений.
3. Значительно уменьшить расходы, связанные с длительностью процесса очистки и удалением осадка.
4. Отказаться от дополнительных капитальных затрат для увеличения производительности очистных сооружений.
5. Увеличит время службы механических фильтров на следующих этапах очистки.

Априори принимаем при оценке эффективности, что фильтровальная станция уже имеет налаженный поэтапный процесс очистки и необходимое оборудование для удаления осадка и фильтрации воды на конечных стадиях. Только в таком случае применение флокулянтов эффективно, сам по себе метод не работает.

Если уже существующие очистные сооружения требуют увеличения количества очищенной воды, но средств на капитальные затраты нет, достаточно добавить в технологию очистки флокулянты. Коагулянты и механические фильтры, обычно, на фильтровальных станциях уже присутствуют и необходимо понести затраты только для приобретения порошка или эмульсии флокулянта.

Выбор конкретной марки реагента и его количества будет зависеть от состава загрязнений в заборной воде и определяются они химиками фильтровальной станции после консультации с продавцами.

Применение флокулянтов – самый эффективный метод реконструкции фильтровальной станции без больших затрат.

:

Опреснение колодезной воды

В чем отличия между коагуляцией и флокуляцией

Флокуляция связывает с собой микрохлопья, придавая им плотность большую чем у воды, что делает возможным их оседание. Поэтому для очистки такого типа используется флокуляционно-коагуляционная установка.

Без соответствующей квалификации очисткой воды заниматься не рекомендуется

Разница между процессом коагуляции и флокуляции:

1. Коагуляция связывает вещества в микрохлопья. Специальный коагулянт взаимодействует на молекулы таким образом, что они перестают отталкиваться друг от друга, приобретая способность притягиваться.
2. Такое взаимодействие, как флокуляция связывает вещества в макрохлопья, которые превышают плотность воды и осаживаются при отстаивании. Такой процесс работает с производными коагуляции.

Несмотря на различия коагуляции и флокуляции, эти процессы взаимодействуют друг с другом. Флокуляция работает с производными коагуляции.

Флокуляция – это отличный способ очистки, для очень грязных сточных вод. Он позволяет устранить из жидкости тяжелые металлы, нефтепродукты и другие опасные вещества. Поэтому его активно используют в промышленности.

Что такое коагуляция?

Что такое коагуляция? В переводе с латыни это свёртывание, сгущение, соединение мелких частиц в дисперсных системах и превращение их в более крупные в результате сцепления, процесс, относящийся в равной степени и к химии, и к физике. Так образуются коагуляционные структуры. Теория эта построена таким образом: существует дисперсная фаза, где частицы находятся в броуновском движении (независимо друг от друга) до той поры, когда две частицы не сблизятся на такое расстояние, при котором их центры можно определить как радиус сферы влияния (обозначается d).

Это расстояние примерно равно сумме радиусов частиц, и непосредственный контакт неизбежен, потому что внезапно (немедленным скачком) появляются силы взаимодействия, частицы притягиваются друг к другу и агрегируются. Вероятность столкновения более двух частиц ничтожно мала, а потому притягиваются либо одиночные, либо двойные с одиночной, либо двойные частицы друг с другом, тройные с одиночными и так далее. Отсюда начинается теория химических бимолекурярных реакций. Вот это и есть коагуляция. Порог коагуляции приводит к выпадению осадка в коллоидном растворе в виде флокул (хлопьев), либо получается студень.

Определение

Что такое коагуляция как процесс — выяснить удалось, теперь необходимо вывести определение. Коагуляция — это уменьшение степени дисперсности, а также числа частиц посредством слипания. Результатом является седиментация дисперсной фазы (то есть выпадение частиц) или любые изменения той дисперсной системы, которая была представлена изначально. Можно наблюдать в природе, как происходит самопроизвольная коагуляция. Это старение коллоидного раствора (золя) с расслаиванием на дисперсную среду и на твёрдую фазу с достижением минимальной энергии. Но человечество умеет с помощью коагулянтов (специальных реактивов) искусственно вызывать коагуляцию.

Порог коагуляции — меньшее количество электролита, достаточное для начала процесса выпадения осадка. Его структуры называются коагуляционными. Они образуются, если дисперсная система теряет седиментационную устойчивость. Достаточное содержание дисперсной фазы обеспечивает армирование полного объёма всей дисперсной системы. Однако «отвердеть» вся жидкая среда не может, коллоидная дисперсная фаза обычно очень мала, в несколько процентов от общей массы.

Свойства

Прочность коагуляционной структуры не слишком высока, механические воздействия вполне могут вызвать самопроизвольное восстановление в дисперсной подвижной среде. Такое свойство (тиксотропия) имеют полимеры, лаки, краски, где коагуляционные структуры образуются за счёт пигментов и наполнителей. Самым характерным примером могут служить пространственные сетки, которые возникают в дисперсиях глин при коагуляции их с помощью электролитов.

Седиментационная устойчивость — это противодействие оседанию частиц, которые достаточно тяжелы, но под воздействием силы тяжести не оседают. Это происходит во всех грубодисперсионных системах, что можно проследить на примерах осадка в суспензиях и сливок в эмульсиях, где происходит разделение на слой чистой дисперсионной среды и слой дисперсионной фазы. Для седиментации характерны две картины: медленное оседание и быстрое. В первом случае частицы не сцепляются, оседая по отдельности, а во втором — оседают совместно. Первый случай показывает седиментационную устойчивость, а второй — неустойчивость.

Проблема устойчивости

Все понимают под устойчивостью способность сохранять первоначальный состав в неизменности. Так же происходит и в процессах коагуляции. Порог коагуляции нарушает это состояние. Именно тогда кончается время постоянной концентрации дисперсной фазы и постоянного распределения в ней частиц. В коллоидной химии одна из центральных проблем — жизнь или смерть, которые выбирают для себя дисперсные системы. Это задачи противоположные, и их постоянно приходится решать практически. Например, сохранением или разрушением дисперсной системы.

Если это пищевая масса — необходимо сохранить её устойчивость, а если вода из любых водоёмов — устойчивость необходимо разрушить, очищая. То есть, вывести в осадок все нехорошие примеси. Или, например, нефти — их дисперсная фаза состоит из сложных надмолекулярных образований, которые выделяются в самостоятельную микрофазу как частицы самых разных размеров. И здесь дисперсные системы — это широчайшее поле деятельности.

Старение

Скорость старения коллоидного золя зависит от многих факторов: раздела фаз, коэффициента диффузии, радиуса частиц, растворимости и температуры макрофазы. Электрокоагуляция — ускорение старения, когда используется коагулирующая способность электролита. Столкновения частиц далеко не каждый раз вызывают слияние, поскольку их окружает двойной электрический слой, напротив, отталкивающий их друг от друга.

С помощью электролитов удаётся этот слой разрушить или деформировать, тем самым ускорив коалесценцию. Вид электролита, то есть лиотропные ряды ионов, валентность электролита влияют на эффективность этого процесса. Гидрофобные золи способны разрушаться, если электролиты добавлять понемногу. Это и стало объектом огромного числа теоретических и экспериментальных работ.

Ионы

Влияние электролитов на состояние гидрофобных золей показывает, что коагулирующее действие зависит от заряда ионов. Скорость коагуляции значительно повышается при концентрации электролита, которая превышает критическое значение (это порог коагуляции). Формула его рассчитывается, если известна концентрация коагулятора (электролита) — С, объём электролита, который добавляется — V, а также общий объём золя — V30 (обычно это десять миллиграммов). Величина, противостоящая порогу коагуляции, является коагулирующей способностью электролита, и чем ниже порог коагуляции, тем выше способность электролита к коагуляции.

Однако не весь электролит участвует в этом процессе, здесь главным действующим элементом является именно тот ион, совпадающий своим зарядом по знаку с зарядом противника (а заряд иона, призванного к коагулирующей деятельности, всегда противоположен заряду, который имеет коллоидная частица). Такой ион называется ионом-коагулянтом. И чем больше его заряд, тем выше коагулирующая способность, согласно правилу Шульце-Гарди. Связи между ионом-коагулянтом и порогом коагуляции описаны в теории Дерягина-Ландау. Правила электролитной коагуляции включают в себя и правило значности, касающееся соотношения порогов коагуляции для одновалентных, двухвалентных и трёхвалентных ионов. Y1 : Y2 : Y3 = 729 :11 : 1. Это означает, что трёхразрядный ион способен в 729 раз быстрее коагулировать, чем одноразрядный.

Поправки

С течением временем и в связи с развитием коллоидной химии как науки к правилу значности установлены некоторые отклонения. Порог коагуляции зависит не только от заряда, влияние оказывают и радиус иона-коагулянта, и способность к гидратации и абсорбции, а также сама природа иона, который коагулянту сопутствует. Многозарядность иона даёт эффект перезарядки частиц, то есть если знак заряда изменяется, изменяется и потенциал коллоидной частицы.

Добавляемые ионы обмениваются с противоионами, замещают их в адсорбционном и диффузном слоях. Если многозарядный ион мал, как, например, Al3+, Th4+ и другие, получается сверхэквивалентная адсорбция, когда этот ион замещает по заряду неэквивалентное количество прежних ионов на поверхности частиц. И тогда, например, вместо одного или двух ионов К+ оказывается ион Th4+. Это и показывает изменение потенциала и знака заряда.

Физика

Коллоидная смесь стабильна, если ей помогают в этом электростатическое отталкивание и стерические эффекты. Именно поэтому коагулирование производится следующим методом: электростатическое отталкивание предотвращается посредством изменения кислотности или добавления солей, за счёт чего коллоидные частицы получают возможность сближаться до того расстояния, которое необходимо для их слипания.

Целью коагулирования является образование хлопьевидных скоплений, что необходимо, например, для отстаивания или фильтрования воды. Только если хлопья достигнут достаточно большого размера, их можно удалить. А без коагулирования делать это крайне непрактично, поскольку потребуется огромное количество времени. Оптимальный размер флокул для очистки воды, например, должен быть в несколько миллиметров, иначе примеси удалить практически невозможно.

Процесс

Коагулирование имеет два этапа:

1. Химикат быстро смешивается с водой — около одной минуты, чтобы коагулянт правильно распределился и не разрушил образовавшиеся флокулы. Обычно для смешивания используется специальный смеситель-резервуар.

2. От получаса до сорока пяти минут происходит собственно коагуляция, когда вода, проходя несколько резервуаров с уменьшающейся скоростью перемешивания, образует осадок.

Отдельный случай — когда коагуляция производится электролитами, где два гидрофобных золя имеют разные знаки зарядов. При обычной коагуляции перезарядкой занимаются ионы-коагулянты, а в данном случае нужно определённое соотношение концентрации смешиваемых золей, чтобы эта перезарядка наступила.

Значение

Взаимная коагуляция очень важна и в природных, и в технологических процессах. Например, формирование почвенного горизонта происходит благодаря коагуляции электролитами почвенных коллоидов. Соли в воде гидролизуются, образуя коллоидные частицы, положительно заряженные, — А1(ОН)3, которые взаимодействуют с коллоидными частицами в воде, заряженными почти всегда отрицательно, что и приводит к взаимной коагуляции, после чего коагулированные частицы выпадают в осадок.

Наиболее эффективна коагуляция, когда в дисперсную систему добавляют электролиты, содержащие ионы с противоположным зарядом, ликвидируя таким образом седиментационную устойчивость. Для процессов электролитной коагуляции используются соли железа или алюминия, а также их смеси. Коагуляцию можно вызвать самыми разными способами — от механического воздействия до изменения температуры. Если воду, например, вскипятить или выморозить, обязательно образуется осадок. Также влияют на коагуляционные процессы разнообразные излучения, добавление посторонних веществ, особенно электролитов. Именно электролитная коагуляция наиболее важна, а потому хорошо изучена и широко применяется.

Электролитная коагуляция

Как уже было сказано, электролитная коагуляция наиболее ярко происходит в коллоидных системах, где стабилизатор ионный, а устойчивость в высшей степени обеспечивает электростатическое отталкивание коллоидных частиц. Отсюда можно сделать вывод, что вместе с действием электролита уменьшается электростатическое отталкивание частиц, и частицы получают возможность слипаться.

Даже при не очень высокой концентрации электролитов коллоидные растворы начинают процесс коагуляции — медленной или быстрой. Но очень часто приходится создавать защиту устойчивости золей, создавая на поверхности частиц адсорбционные слои, у которых структурно-механические свойства повышены. Таким образом можно полностью остановить или предотвратить электролитную коагуляцию, просто добавив раствор высокомолекулярных соединений — казеинат натрия, желатин, яичный альбумин или что-то подобное.

Физические основы

Коагуляция воды, или по-другому ее осветление, – это процесс, при котором происходит объединение мелких частиц, находящихся во взвешенном состоянии, в более крупные конгломераты. Проведение данной процедуры позволяет удалить тонкодисперсные примеси из жидкости при дальнейшем ее отстаивании, фильтровании или флотации.

Для того чтобы частицы «слиплись», необходимо преодолеть силы взаимного отталкивания между ними, которые обеспечивают стабильность коллоидного раствора. Чаще всего примеси обладают слабым отрицательным зарядом. Поэтому для очистки воды коагуляцией вводят вещества, имеющие разноименный заряд. В результате частицы взвесей становятся электрически нейтральными, лишаются сил взаимного отталкивания и начинают слипаться, а затем выпадают в осадок.

Достоинства и недостатки

Коагуляция воды — это метод ее очистки, основанный на «принуждении» загрязнений выпадать в осадок. Чтобы добиться такого эффекта, необходимо спровоцировать:

• свертывание;
• слипание;
• образование сгустков из всех вредных и опасных веществ.

Частицы укрупняются до того момента, пока появившиеся хлопья не начинают оседать. Подобное решение позволяет справиться даже с микроскопическими частичками, которые даже многоуровневая система фильтрования «не берет» или «берет» с большим трудом. Эффективность коагуляции весьма велика. При этом подобный метод не влечет сколько-то значительных расходов. Он применим практически в любых условиях и ситуациях.

Даже столь сложный объект, как сточные воды, неплохо коагулируется.

Самые плотные и устойчивые загрязнения уничтожаются таким методом. Однако у него есть и заметные слабости:

• дозировка вводимых веществ должна быть рассчитана очень точно;
• появляется большая масса дополнительных отходов, и нужна еще одна вспомогательная фильтрация;
• выполнить коагуляцию воды самостоятельно (без помощи технологов и других специалистов) практически невозможно.

В каких случаях применяется?

Довольно часто коагулирование проводится с целью очистки сточных вод. Там она помогает справиться с дисперсными и эмульгированными взвесями. Слипаться могут и однородные, и различающиеся по химическому составу, по особенностям физического плана частицы. Чтобы коагуляция шла эффективнее, массу воды:

• перемешивают;
• подогревают;
• подвергают воздействию электромагнитных полей.

В подавляющем большинстве случаев обходятся перемешиванием. Это вполне эффективный и притом экономичный способ стимуляции процесса. То, насколько быстро пойдет слипание, зависит от:

• вида частиц;
• их внутреннего строения;
• степени концентрации;
• электрических характеристик;
• разнообразия присутствующих примесей;
• водородного показателя.

Коагуляцию используют для удаления опасных веществ из стоков, выбрасываемых:

• пищевой отраслью;
• целлюлозно-бумажными комбинатами;
• производством лекарств и их прекурсоров;
• химической промышленностью;
• текстильной индустрией.

В некоторых случаях назначения этой процедуры — очистка питьевой воды от железа. Любопытно, что в этой ситуации помогают сульфат и хлорид самого железа. А также могут применяться соединения алюминия и натрия. Однако железосодержащие коагулянты оказываются даже более эффективными и работают быстрее. Для максимально полного результата в сжатые сроки при обработке осаждающими веществами дополнительно могут использоваться и щелочи.

На водопроводных станциях России чаще всего вводят в природные воды кристаллогидрат алюминиевого сульфата. Он провоцирует те же самые процессы, которые проходят под действием железистых соединений.

Важно: водородный показатель должен находиться в промежутке от 5 до 7,5. Если это условие не соблюдается, эффективность осаждения резко падает. В практике водопроводчиков используется и медленная, и ускоренная коагуляция; их тонкости различают лишь подготовленные инженеры.

Используемые материалы

В качестве коагулянтов применяют 2 вида химических реагентов: неорганические и органические. Из первой группы веществ наиболее распространены соли алюминия, железа, их смеси; соли титана, магния и цинка. Ко второй группе относят полиэлектролиты (меламинформальдегидные, эпихлоргидриндиметиламиновые, полихлордиаллилдиметил-аммонийные).

В промышленных условиях коагуляция сточных вод производится чаще всего с помощью солей алюминия и железа:

• хлористый алюминий AlCl3∙6H2O;
• хлорид железа FeCl3∙6H2O;
• сернокислый алюминий Al2(SO4)3·18H2O;
• сульфат железа FeSO4·7Н2O;
• алюминат натрия NaAl(OH)4 и другие.

Коагулянты образуют хлопья, имеющие большую удельную площадь поверхности, что обеспечивает их хорошую адсорбционную способность. Выбор оптимального вида вещества и его дозы производится в лабораторных условиях с учетом свойств жидкости объекта очистки. Для осветления природных вод концентрация коагулянтов обычно находится в пределах 25-80 мг/л.

Практически все эти реагенты относятся к 3 или 4 классу опасности. Поэтому участки, на которых они применяются, должны быть в изолированных помещениях или отдельно стоящих зданиях.

Назначение

Процесс коагуляции применяется как в системах водоподготовки, так и для очистки промышленных и бытовых сточных вод. Эта технология помогает добиться уменьшения количества вредных примесей:

• железо и марганец – до 80 %;
• синтетические ПАВ – на 30-100 %;
• свинец, хром – на 30 %;
• нефтепродукты – на 10-90 %;
• медь и никель – на 50 %;
• органические загрязнения – на 50-65 %;
• радиоактивные вещества – на 70-90 % (кроме трудноудаляемого йода, бария и стронция; их концентрацию удается сократить только на треть);
• пестициды – на 10-90 %.

Очистка воды методом коагуляции с последующим отстаиванием позволяет снизить в ней содержание бактерий и вирусов на 1-2 порядка, а концентрацию простейших микроорганизмов – на 2-3 порядка. Технология эффективна в отношении следующих болезнетворных микробов:

• вирус Коксаки;
• энтеровирусы;
• вирус гепатита А;
• кишечная палочка и ее бактериофаги;
• цисты лямблий.

Основные факторы

Скорость и эффективность коагуляции воды зависят от нескольких условий:

• Степень дисперсности и концентрация примесей. Повышенная мутность требует введения более высоких доз коагулянта.
• Кислотность среды. Очистка жидкостей, насыщенных гуминовыми и фульфовыми кислотами, лучше происходит при более низких значениях водородного показателя. При обычном осветлении воды процесс идет более активно при повышенном pH. Для увеличения щелочности добавляют известь, соду, едкий натр.
• Ионный состав. При малой концентрации смеси электролитов эффективность коагуляции воды снижается.
• Наличие органических соединений.
• Температура. При ее снижении уменьшается скорость химических реакций. Оптимальным режимом является подогрев до 30-40 °С.

Технологический процесс

Существует 2 основных метода коагуляции, применяемых на водоочистных сооружениях:

• В свободном объеме. Для этого используют смесители и камеры хлопьеобразования.
• Контактное осветление. Предварительно в воду добавляют коагулянт, а затем пропускают ее через слой зернистых материалов.

Последний способ коагуляции воды получил наибольшее распространение ввиду следующих преимуществ:

• Высокая скорость очистки.
• Меньшие дозы коагулирующих веществ.
• Отсутствие сильного влияния температурного фактора.
• Нет необходимости в подщелачивании жидкости.

Технологический процесс очистки сточных вод коагуляцией включает 3 основных этапа:

1. Дозирование реагента и его смешивание с водой. Коагулянты вводят в жидкость в виде 10-17 % растворов или суспензий. Перемешивание в емкостях осуществляется механическим способом или путем аэрации сжатым воздухом.
2. Хлопьеобразование в специальных камерах (контактных, тонкослойных, эжекционных или рециркуляционных).
3. Осаждение в отстойниках.

Отстаивание сточных вод эффективнее при двухступенчатом способе, когда вначале оно проводится без коагулянтов, а затем – после обработки химическими реагентами.

Принцип метода и его применение

В сточных водах имеются как коллоидные частицы, размеры которых не превышают 0,1 мкм, так и мелкодисперсные структуры с диаметром до 10 мкм, а также более крупные образования.

Последние компоненты легко удаляются механической очисткой. Мелкие крупицы грязи имеют определенный заряд, окружены гидратной рубашкой, стабилизирующей взвешенное состояние, поэтому удалять их нелегко.

При коагуляции заряд молекул насильственно изменяют добавлением легко ионизирующихся соединений — коагулянтов.

После этого происходит агрегация примесей с образованием увеличенных крупиц, способных осаждаться.

Слипанию подлежат как однородные частицы, тогда процесс называется гомокоагуляцией, так и разнохарактерные молекулы, в этом случае явление называется гетерокоагуляцией.

Укрупнение примесных соединений вызывается добавлением коагулянтов, стимулируется одним из следующих способов:

• перемешиванием;
• тепловым воздействием:
• влиянием внешнего силового поля.

В повсеместной практике для очистки сточных вод, основанной на коагуляции, применяют перемешивание компонентов гетерогенной системы.

Это наименее затратный, достаточно эффективный вариант обеспечения слипания загрязняющих частиц.

Коагуляция проводится в свободном пространстве специальных камер, предназначенных для образования хлопьев, либо контактным образом в зернистой массе специальных наполнителей, например песка.

Интенсивность слипания частиц зависит от:

• их вида;
• строения;
• концентрации;
• количества других разнохарактерных примесей;
• электролитов в сточной воде;
• значения ее рН.

В некоторых случаях образование рыхлых хлопьевидных осадков происходит под действием флокулянтов. Модификация коагуляции, при исполнении которой применяются такие реагенты, называется флокуляцией.

Как основной метод коагуляции, так и его разновидности применяются для очистки стоков в:

• химической;
• фармацевтической;
• целлюлозно-бумажной;
• пищевой;
• текстильной промышленности.

Важно! Очистка сточных вод коагуляцией позволяет приводить в экологически безопасное состояние водные суспензии, образующиеся при переработке нефти, сельскохозяйственной продукции, обогащении горных руд.

Как это происходит?

В составе очистных комплексов существует отдельное подразделение, которое называют реагентным хозяйством. Коагулянты могут храниться в полностью растворенном виде или в форме твердого концентрата, помещенного в насыщенный раствор.

Резервуары размещены в помещении или около него в накрытом состоянии. Растворы готовят заранее путем перемешивания сжатым воздухом, мешалками, имеющими лопастную или пропеллерную форму.

Приготовленные жидкие смеси перекачивают в другие резервуары (расходные баки), откуда дозированно вливают в сточные воды.

Массовая доля коагулянтов в растворе может достигать 10 %, флокулянтов – 1 %. Обработку сточных вод реагентами проводят в специальных резервуарах (смесителях), которые делают со следующими конструктивными особенностями:

• перегородками;
• дырками;
• шайбами;
• пропеллерными мешалками;
• лопастями.

Важно! Растворы в смесителях пребывают на протяжении максимум 2 минут, затем по лоткам или трубам поступают в камеры, где образуются хлопья, или сразу в осветлители.

Проходная способность участков, через которые подается смесь сточных вод с реагентами, рассчитывается таким образом, что бы поток перемещался со скоростью 1 м/с, поступал в следующий отсек не более чем за 2 минуты.

Главная стадия очистки – формирование хлопьеобразных агрегатов осуществляется в камерах со следующими конструкционными решениями:

• водоворотами;
• перегородками;
• вихрями;
• механическими мешалками.

Водоворотные камеры имеют вид цилиндра, в которой сверху подается вращающийся поток сточных вод с коагулянтом.

Внизу расположена конструкция для уменьшения вращения раствора, который пребывает в емкости на протяжении 20 минут.

Камеры с перегородками имеют вертикальные или горизонтальные коридоры, по которым перемещается водный поток. Жидкости перемешиваются на поворотах, их количество достигает 8 штук.

В первом коридоре скорость потока равна 0,3 м/с, в последнем она уменьшается в 3 раза. Ширина коридорных протоков не бывает меньше 0,7 м, длина варьируется, зависит от размеров отстойника. Время пребывания очистных вод в камере может достигать получаса.

В вихревой камере, имеющей вид расширяющегося к верху конуса, вода подается в нижнюю часть со скоростью, достигающей 1,2 м/с, в верхнем слое, там где поток выпускают из камеры, его скорость достигает 5 м/с. Продолжительность пребывания растворов в емкости составляет 10 мин.

В камерах, оснащенных лопастными мешалками, сточные воды перемещаются со скоростью до 0,2 м/с, находятся в них на протяжении получаса.

После формирования хлопьев приступают к их удалению, в результате которого сточные воды осветляются. Процесс проводят в отстойниках горизонтального, вертикального или радиального вида.

Образовавшийся шлам отсасывают естественным или принудительным образом. Понятно, что второй вариант уплотняет осадок эффективнее.

В целом метод коагуляции приводит к ощутимому удалению примесей, находящихся в мелкодисперсном или эмульгированном виде.

Многостадийность процесса, необходимость постоянного контроля концентраций добавочных реагентов, интенсивности перемешивания и хлопьеобразования не позволяет считать метод очистки простым и легким в исполнении.

Дополнительные виды

Помимо традиционной схемы проведения очистки посредством коагуляции, в которой к сточным водам добавляют коагулирующие реагенты, существуют другие модификации метода.

Электрокоагуляция

Вещество, инициирующее слипание примесных частиц, может быть получено электролизом, Метод, основанный на пропускании тока через загрязненные воды, называется электрокоагуляцией.

Главное требование к технологии заключается в том, что используемый анод должен быть сделан из алюминия или железа. В этом случае при электролизе в раствор переходят катионы металлов, которые с водой образуют гидроксиды, способные вызвать агрегирование.

В первую очередь электрокоагуляция применяется для очистки вод, загрязненных:

• масляными,
• жировыми,
• нефтяными,
• хроматными,
• фосфатными примесями.

Достоинства электролитической технологии очистки заключаются в том, что установка имеет компактный вид, в приготовлении рабочих растворов нет необходимости. Ограничения в применении данного методы вызваны большими затратами электроэнергии и металлических электродов, которые быстро расходуются.

Флокуляция

В некоторых ситуациях процесс слипания частиц грязи идет недостаточно эффективно и быстро, что приводит к необходимости прибегать к флокуляции.

Увеличивают размеры слипающихся частиц,упрощают их последующее отделение флокулянты — вещества, которые хорошо растворяются в воде, перераспределяя при этом заряды на поверхности дисперсных крупиц.

В качестве флокулирующих добавок применяют:

• крахмалы белковые гидролизаты из дрожжей;
• порошки из водорослей; мезгу картофеля;
• жмых или вещества синтетической природы; например полиакриламиды;
• активные формы кремниевой кислоты.

Флокулянты сокращают потребность в коагулянтах, ускоряют процесс слипания. Они могут применяться параллельно с веществами коагулирующего действия или самостоятельно в концентрации, достигающей 1 % при объеме порции 2 мг/л.

В случае, если функцию флокулянтов выполняют побочные продукты каких-либо производств, экономическая эффективность процесса несоизмеримо увеличивается.

Описание коагулянтов

Коагулянты бывают как органические, так и синтетические. Познакомимся с каждой группой более подробно.

Органические

Чаще всего в эту группу относят такой реагент, как полиоксихлорид алюминия. Он ценится за повышенную эффективность и помогает справиться даже в довольно сложных ситуациях.

Все виды органических коагулянтов:

• растворяются в жидкости и начинают действовать практически моментально;
• обеспечивают стремительный выход осадка;
• очищают воду эффективно;
• расходуются в небольших объемах;
• осветляют жидкость за короткий срок;
• оставляют сравнительно небольшое количество остаточных веществ;
• безопасны в экологическом плане, в том числе в смысле влияния на кислотно-щелочной баланс почвы.

Синтетические

Правильнее было бы говорить не о синтетических, а о неорганических веществах. Диоксид титана добавляют относительно редко. Зато он ценен тем, что даже самая засоренная вода легко доводится до практически идеальной питьевой кондиции. Очистка от грязи и бактериальных клеток близка к 100%.

Сульфат алюминия не требует длительного отстаивания после разведения в жидкости, однако он сильно восприимчив к кислотно-щелочному балансу.

Сульфат железа поможет избавиться от:

• сернистого водорода;
• маслянистых включений;
• различных тяжелых металлов (по другим данным, концентрация тяжелых металлов только сокращается, но не сводится к нулю).

Как выбрать средство?

В домашних условиях чаще всего выбирать их приходится для очистки жидкости в бассейнах и подобных водоемах. Именно эту задачу и стоит разобрать подробнее. Органические коагулянты привлекательны тем уже отмеченным свойством, что они расходуются ограниченно. К тому же такие вещества позволяют продлить промежуток между сменами воды в бассейне. Так как после их применения остается лишь небольшое количество солей, легче поддерживать и «мягкость». Наконец, такие препараты долго сохраняют свои качества даже при сильном охлаждении жидкости; к тому же защита рук сводится только к ношению перчаток — исключение составляют случаи аллергической реакции.

Сульфат алюминия имеет только одно достоинство — его не надо долго отстаивать. Однако в холодной воде этот реагент работает некачественно. Потому с наступлением осени, а также до прогрева жидкости весной его использовать нежелательно. Кроме того, такой реактив мешает поддерживать нормальный кислотно-щелочной баланс. Вывод: использовать его можно только в крайнем случае, когда ничего лучшего нет.

Сульфат железа помогает бороться с раздражающим многих запахом сероводорода. Он понижает концентрацию тяжелых металлов в большей степени, чем средства на алюминиевой основе. Необходимо понимать, что сульфат железа удаляется не полностью. Около 1% его все же остается в воде. Диоксид титана хорош технически всем — он даже заменяет хлорирование и работает оперативно; явным минусом можно считать только высокую цену.

Коагулянты

Коагулирующее действие на примеси в сточных водах оказывают, прежде всего:

• сульфаты;
• хлориды алюминия;
• железа в разных валентностях;
• оксихлорид алюминия;
• натриевая соль алюминиевой кислоты.

Иногда применяют смеси представленных солей или природные минералы, в которых они содержатся, а также:

• глины;
• производственные отходы с алюминиевыми или железными компонентами;
• оксидом кремния.

Часто для увеличения щелочности среды, способствующей склеиванию частиц, в раствор добавляют гидроксиды натрия или калия, соду, известь.

Заключение

Важный элемент для повышения качество жизни человека – это вода. Именно ее используют для питья, поддержания личной гигиены, полива приусадебных участков, осуществления продуктивной производственной и хозяйственной деятельности. Поэтому ее чистота имеет большое значение для современного общества.

Коагуляция позволила вывести процессы очищения жидкой среды на самый высокий уровень. Реагенты используются потребителями повсеместно, причем отличный результат гарантирован при минимальных вложениях.