Коагулянт для очистки природной воды

Сообщение:

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

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

---

Ответ:

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

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

Для осуществления процесса коагуляции применяются следующие реагенты (коагулянты): сернокислый алюминий (глинозем) Аl(SO₄)₃·18Н₂О, сернокислое железо (железный купорос) FeSO₄·7Н₂О, хлорное железо FeCl₃·6H₂O.

Химические реакции взаимодействия коагулянтов с водой выглядят следующим образом:

 

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

 

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

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

 

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

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

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

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

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

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

Например, дозы сернокислого алюминия при коагуляции находятся в пределах 0,5—1,2 мг-экв/л. Меньшая доза устанавливается для вод, не загрязненных стоками, с умеренным содержанием взвеси (до 100 мг/л) и с небольшой окисляемостью; большая — для вод в период паводка с окисляемостью примерно 15 мг/л О₂ и выше, с содержанием железа, а также для плохо коагулируемых вод (даже при низкой окисляемости). В этих случаях возможно увеличение дозы коагулянта до 1,5 мг-экв/л.

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

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

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

Наибольшее значение для эффективности процесса коагуляции имеет жесткость воды, т.е. содержание в воде карбонатов (СО₃)^2- и гидрокарбонатов (НСО₃)^-. Установлено, что для нормального течения процесса коагуляции щелочность воды должна быть не менее 1,4-1,8 мг-экв/л. Если она ниже, на водопроводных станциях прибегают к подщелачиванию воды содой, негашенной или хлорной известью.

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

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

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

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

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

 

К.х.н. О.В. Мосин