Коагуляція води: принцип дії, мета застосування

Коагуляція води відноситься до попередніх фізико-хімічних способів її очищення. Сутність процесу полягає в укрупненні і осадженні механічних домішок або емульгованих речовин. Ця технологія використовується на сучасних станціях очистки стічних вод та водопідготовки.

Фізичні основи

Коагуляція води, або по-іншому її освітлення, – це процес, при якому відбувається об’єднання дрібних частинок, що знаходяться в зваженому стані, в більш великі конгломерати. Проведення даної процедури дозволяє видалити тонкодисперсні домішки з рідини при подальшому її відстоюванні, фільтруванні або флотації.

Для того щоб частинки «злиплися», необхідно подолати сили взаємного відштовхування між ними, які забезпечують стабільність колоїдного розчину. Найчастіше домішки володіють слабким негативним зарядом. Тому для очищення води коагуляцією вводять речовини, які мають різнойменний заряд. В результаті частки суспензій стають електрично нейтральними, позбавляються сил взаємного відштовхування і починають злипатися, а потім випадають в осад.

Використовувані матеріали

В якості коагулянтів застосовують 2 види хімічних реагентів: неорганічні й органічні. З першої групи речовин найбільш поширені солі алюмінію, заліза, їх суміші; солі титану, магнію і цинку. До другої групи відносять поліелектроліти (меламинформальдегидные, эпихлоргидриндиметиламиновые, полихлордиаллилдиметил-амонійні).

У промислових умовах коагуляція стічних вод здійснюється найчастіше за допомогою солей алюмінію і заліза:

  • хлористий алюміній AlCl3∙6H2O;
  • хлорид заліза FeCl3∙6H2O;
  • сірчанокислий алюміній Al2(SO4)3·18H2O;
  • сульфат заліза FeSO4·7Н2О;
  • алюмінат натрію NaAl(OH)4 та інші.

Коагулянти утворюють пластівці, які мають велику питому площу поверхні, що забезпечує їх хорошу адсорбційну здатність. Вибір оптимального виду речовини і його дози проводиться в лабораторних умовах з урахуванням властивостей рідини об’єкта очищення. Для освітлення природних вод концентрація коагулянтів зазвичай знаходиться в межах 25-80 мг/л.

Практично всі ці реагенти відносяться до 3 або 4 класу небезпеки. Тому ділянки, на яких вони застосовуються, повинні розміщуватися в ізольованих приміщеннях або в окремо розташованих будівлях.

Дивіться також:  Джозеф Генрі: біографія, карєра, наукова діяльність, досягнення і відкриття

Призначення

Процес коагуляції застосовується як в системах водопідготовки, так і для очищення промислових і побутових стічних вод. Ця технологія допомагає домогтися зменшення кількості шкідливих домішок:

  • залізо і марганець – до 80 %;
  • синтетичні ПАР – на 30-100 %;
  • свинець, хром – на 30 %;
  • нафтопродукти – на 10-90 %;
  • мідь і нікель – на 50 %;
  • органічні забруднення – на 50-65 %;
  • радіоактивні речовини – на 70-90 % (крім трудноудаляемого йоду, барію і стронцію; їх концентрацію вдається скоротити лише на третину);
  • пестициди – на 10-90 %.

Очищення води методом коагуляції з наступним відстоюванням дозволяє знизити в ній вміст бактерій і вірусів на 1-2 порядки, а концентрацію найпростіших мікроорганізмів – на 2-3 порядки. Технологія ефективна щодо таких хвороботворних мікробів:

  • вірус Коксакі;
  • ентеровіруси;
  • вірус гепатиту А;
  • кишкова паличка та її бактеріофаги;
  • цисти лямблій.

Основні фактори

Швидкість і ефективність коагуляції води залежать від декількох умов:

  • Ступінь дисперсності та концентрація домішок. Підвищена каламутність вимагає запровадження більш високих доз коагулянту.
  • Кислотність середовища. Очищення рідин, насичених гуміновими і фульфовыми кислотами, краще відбувається при більш низьких значеннях водневого показника. При звичайному освітленні води процес йде більш активно при підвищеному pH. Для збільшення лужності додають вапно, соду, їдкий натр.
  • Іонний склад. При малій концентрації суміші електролітів ефективність коагуляції води знижується.
  • Наявність органічних сполук.
  • Температура. При її зниженні зменшується швидкість хімічних реакцій. Оптимальним режимом є підігрів до 30-40 °С.

Технологічний процес

Існує 2 основних методи коагуляції, застосовуваних на водоочисних спорудах:

  • У вільному об’ємі. Для цього використовують змішувачі та камери хлопьеобразования.
  • Контактна освітлення. Попередньо у воду додають коагулянт, а потім пропускають її через шар зернистих матеріалів.
Дивіться також:  Поняття криз. Типологія криз. Причини та наслідки криз

Останній спосіб коагуляції води отримав найбільше поширення зважаючи на наступних переваг:

  • Висока швидкість очищення.
  • Менші дози коагулирующих речовин.
  • Відсутність сильного впливу температурного фактора.
  • Немає необхідності в підлужуванні рідини.

Технологічний процес очищення стічних вод коагуляцією включає 3 основних етапи:

  1. Дозування реагенту та його змішування з водою. Коагулянти вводять в рідину у вигляді 10-17 % розчинів або суспензій. Перемішування в ємностях здійснюється механічним способом або шляхом аерації стисненим повітрям.
  2. Хлопьеобразование в спеціальних камерах (контактних, тонкошарових, ежекційних або рециркуляційних).
  3. Осадження у відстійниках.

Відстоювання стічних вод ефективніше при двоступінчастому спосіб, коли спочатку воно проводиться без коагулянтів, а потім – після обробки хімічними реагентами.

Традиційні конструкції змішувачів

Введення розчину коагулянтів в оброблювану воду проводиться за допомогою різних типів змішувачів:

  • Трубчасті. Всередині напірного трубопроводу встановлюють статичні елементи у вигляді конусів, діафрагм, гвинтів. Реагент подається через трубку Вентурі.
  • Гідравлічні: перегородчасті, дірчасті, вихрові, шайбовые. Перемішування відбувається за рахунок створення турбулентного потоку води, що проходить уздовж перегородок, через отвори, шар зваженого коагулирующего осаду або вставку у вигляді шайби (діафрагми) з отвором.
  • Механічні (лопатеві та пропелерні).

Поєднання з флотацією

Очищення стічних вод коагуляцією пов’язана з труднощами в регулюванні технологічного процесу з-за постійної зміни якості рідини. Для стабілізації цього явища застосовують флотацію – відділення зважених часток у вигляді піни. Разом з коагулянтами в очищувану воду вводять флокулянти. Вони знижують змочуваність суспензій і покращують злипання останніх з бульбашками повітря. Насичення газом виробляють на флотаційних установках.

Таку методику широко використовують для коагуляції води, забрудненої продуктами наступних виробництв:

  • нафтопереробна промисловість;
  • виробництво штучного волокна;
  • целюлозно-паперова, шкіряно-взуттєва і хімічна промисловість;
  • машинобудування;
  • виробництво харчових продуктів.

Застосовують флокулянти 3 типів:

  • природного походження (крохмаль, кормові дріжджі гідролізні, макуха);
  • синтетичні (поліакриламід, ВА-2, ВА-3);
  • неорганічні (силікат натрію, діоксид кремнію).
Дивіться також:  Льюїс Козер: біографія, особисте життя, наукова діяльність

Ці речовини дозволяють зменшити необхідну дозу коагулянтів, скоротити тривалість очищення, збільшити швидкість осадження пластівців. Додавання поліакриламіду навіть у дуже малих кількостях (0,5-2,0 мг/кг) значно ускладнює обложені пластівці, що збільшує швидкість підйому води в освітлювачах вертикального типу.

Способи інтенсифікації процесу

Поліпшення процесу коагуляції води проводиться в декількох напрямках:

  1. Зміна режиму обробки (дробове, роздільне, переривчасте коагулювання).
  2. Регулювання кислотності води.
  3. Використання мінеральних флокулянтів, частки яких грають роль додаткових центрів для формування конгломератів, сорбційних матеріалів (глина, клиноптилолит, сапоніт).
  4. Комбінована обробка. Поєднання коагуляції з омагничиванием води, накладанням електричного поля, впливом ультразвуком.
  5. Застосування суміші хлориду заліза сульфату алюмінію.
  6. Використання механічного перемішування, що дозволяє зменшити дозу коагулянтів на 30-50 % і поліпшити якість очищення.
  7. Введення окислювачів (хлору і озону).