Тверской Городской Форум

Статьи, обзоры и общение

Коагулянты для очистки воды

В любой воде, особенно на поверхности, как правило, имеется некоторое количество вредных примесей как в растворенной форме, так и в виде взвешенных частиц. Взвешенные частицы различаются по форме, составу, заряду, плотности и по своим физическим свойствам очень малы, что не позволяет их удалить фильтрованием.
Существует несколько методов, с помощью которых воду в бассейне можно успешно очистить от такого рода загрязнений, в первую очередь, это использование коагулянтов и флокулянтов. Оба этих метода используются для отделения взвешенных твердых частиц в воде. Основным отличием коагулянтов и флокулянтов является размер осаждаемых хлопьев, а также механизм действия. Первая группа веществ осаждает загрязнения путем электролитического воздействия.
В результате заряд взвешенных частиц нейтрализуется, и они соединяются в более крупные объединения.
Вторая группа реагентов работает по-другому, происходит образование полимерных мостиков между осаждаемыми частицами. При этом процессе изменение электролитического свойства системы не происходит.
В ассортименте голландского производителя Melspring имеется специально разработанная серия продукции (коагулянтов и флокулянтов), которая предназначена для создания воды в бассейне кристально чистой и невероятно приятной для купания.
Коагулянты Melpool PAC, Solufloc способны образовать устойчивый осадок, который отфильтровывается при прохождении воды через очистные сооружения. Учитывая, что многие фильтры не способны удерживать мелкие частицы, то на помощь для более качественной очистки приходят флокулянты Melpool CAP, Super Cubes. Эти реагенты объединяют полученные в ходе коагуляции частицы в более крупные хлопья, что значительно облегчает их механическое удаление. Как коагулянты, так и флокулянты различаются между собой формой, активным веществом, своей эффективностью при коагуляции разной величины частиц, способом введения в бассейн.
Хотим обратить внимание читателей, что в этом году компания Melspring вывела на рынок новое многофункциональное средство DuoFlocBio, которое предотвращает появление масляных и органических отложений на стенах плавательного бассейна, а также коагулирует сверхтонкие частицы и ионы металлов. Главным компонентом в составе средства является натуральный флокулянт на основе хитозана, полученного из панцирей креветок, оставшихся после обработки в креветочной индустрии. Как бы необычно это не звучало, но панцирям креветок нашли биоприменение в качестве
флокулянта для плавательных бассейнов и спа. Энзимы, специфические белки, содержащиеся в хитозане, разрушают органические жиры и масла, и ,как следствие, предотвращают появление масляных и органических отложений на стенах плавательных бассейнов и спа, тем самым снижая потребление хлора.
Для содержания бассейновой воды в идеальном состоянии компанией Melspring разработаны все необходимые высококачественные средства, набор которых остается лишь сформировать и корректно применять для создания кристально чистой воды в бассейне.
Опубликовано в журнале «БАНБАС» № 6 (114).

Реагенты для очистки сточных вод и водоподготовки

ООО «ЭНВИРО-ХЕМИ ГмбХ», являясь дочерним предприятием производителя реагентов EnviroChemie GmbH, предлагает вам широкий спектр реагентов, необходимых для очистки сточных вод и водоподготовки. Наверное, каждый согласится покупать необходимые реагенты для очистки стоков за приемлемые деньги из одних рук, имея доступ к оперативной технологической поддержке. Наличие собственной производственной базы по основному спектру реагентов для очистки сточных вод и водоподготовки позволяет нашей компании с легкостью удовлетворять потребности наших клиентов в данном направлении. Наши клиенты, покупая реагенты для очистки стоков и водоподготовки, приобретают целый пакет услуг в придачу к нему, а именно:

  1. оперативную технологическую поддержку по работе очистных сооружений. Мы обладаем глубокими знаниями технологий очистки стоков. Даже если у вас стоят очистные сооружения, которые были построены не нашей компанией, вы можете рассчитывать на технологическую поддержку с нашей стороны;
  2. ежемесячное /ежеквартальное/ полугодовое посещение объекта с целью проверки работы оборудования, технологии и сбора обратной связи по работе с нашей компанией;
  3. помощь в составлении графика размещения заказа и планировании поступлений.

Наша компания с радостью предложит вам следующие реагенты для очистки воды и водоподготовки:

1.) Коагулянты неорганические.

Неорганические коагулянты – самый эффективный ингредиент для обработки сильнозагрязненных нерастворенными органическими веществами стоков. Замечательно разрушает коллоидные системы, но вносит вторичные загрязнения в виде солей, однако дозировки, как правило, настолько незначительны, что вторичного загрязнения не наблюдается. Мы готовы предложить вам следующие виды неорганических коагулянтов:

  • Коагулянт на основе полиалюминия хлорида со стабилизирующими добавками. Марка ECSO 8610.
  • Коагулянт на основе железа со стабилизирующими добавками. Марка ECSO 8660.
  • Коагулянт на основе смеси железа и алюминия. Специально разработан для флотационной обработки. Марка ECSO 8635.

2.) Коагулянты органические.

Имеют преимущество: не вносят дополнительных загрязнений в воду в виде солей. При больших дозировках неорганического коагулянта используются в паре «органический коагулянт -> неорганический коагулянт» для снижения уровня дозировки неорганического коагулянта. Мы готовы предложить вам следующие марки органических коагулянтов:

  • На основе полидадмака. Марки Envifloc 4600–4699. Часто встречающиеся марки (Envifloc 4625, 4634, 4642, 4644, 4645, 4652, 4654, 4662, 4682, 4645Z).
  • На основе полиамина. Марки Envifloc 4500–4599. Часто встречающиеся марки (Envifloc 4525С, 4523, 4526, 4531, 4522C, 4529).

3.) Флокулянты.

Используются для укрупнения осадка в процессе осаждения/флотации, а также для обезвоживания различных осадков. Наши флокулянты мы подбираем в лаборатории, а далее тестируем в промышленных масштабах, поэтому вы можете быть уверенными, что работаете на оптимальных дозировках реагента. Флокулянты имеют различный заряд и различную молекулярную массу, поэтому, если вы используете флокулянт, который предварительно не испытывался в лаборатории, а был взят «с проекта», обратитесь к нам: мы уверены, что подберем вам более выгодный вариант.

Коагулянты и флокулянты: что это и в чем отличия

Мы готовы предложить вам следующие марки флокулянтов:

  • Анионные флокулянты марки Envifloc 4100–4199, 7100–7199. Часто встречающиеся марки (Envifloc 5110, 4105, 4113, 4123, 4156, 4177, 7100, 7110, 7120, 7130).
  • Катионные флокулянты марки Envifloc 4200–4299, 7200–7299. Часто встречающиеся марки (Envifloc 5215, 5700, 5644, 4212, 4214, 4244, 4265, 4269, 4280, 7235, 7255, 7245, 7212).
  • Неионогенные марки Envifloc 7000, 4000.

4.) Щелочи, кислоты.

Необходимы для выравнивания уровня рН. Данные реагенты мы поставляем от российских производителей.

5.) Питательные вещества марки ENVIPLUS.

Часто встречающиеся марки Enviplus 5151, 4000, 6150, NP. Служат для поддержания/улучшения жизнедеятельности микроорганизмов при биологической очистке стоков.

В добываемой из природных источников воде присутствуют мелкодисперсные частички, поэтому она требует тщательной очистки для использований в пищевой, фармацевтической, химической и других промышленных отраслях. При использовании механических методах водоочистки (фильтрации) не всегда получается достаточно чистая жидкость, пригодная для купания (а тем более питья).

Поэтому для получения чистой воды используют флокуляцию и коагуляцию. Результат воздействия флокулянтов и коагулянтов на загрязненную воду схож, но различается динамика и способ взаимодействия с загрязненными частицами.

Основные различия между процессами коагуляции и флокуляции

Если разбираться, в чем разница между коагулянтом и флокулянтом, можно выделить следующие различия:

  1. Размер получаемых хлопьев, которые осаждаются на дно резервуара. Под воздействием флокулянтов образуются хлопья из примесей большего размера, чем при взаимодействии растворенной в воде грязи с коагулятивным веществом. Первая группа очистителей позволяет фильтрационной системе удалить большее количество нежелательных веществ.
  2. Механизм действия. Коагуляция нейтрализует заряды частичек грязи (в результате они перестают отталкиваться один от другого и сбиваются в крупные соединения, большую часть которых можно захватить водными фильтрами). Механизм действия флокуляции осуществляется посредством образования жестких полимерных связей между частичками осаждаемой грязи.
  3. Скорость протекания процесса связывания примесей. Длительность коагуляции обычно не превышает одной-двух минут, флокулянт воздействует значительно дольше — до часа и более. На время, которое требуется для эффективной очистки жидкости от загрязнителей, влияет много факторов: интенсивность перемешивания, температура среды, вязкость, кислотный показатель.

Подробнее об отличиях можно прочитать по адресу https://aquadoctor.ua/koaguljanty-i-flokuljanty-chto-jeto-i-v-chem-otlichija/

Различия в механизмах воздействия коагулянтов и флокулянтов

По этой причине самые эффективные коагулянты на сегодня — мелкодисперсный порошок алюминия либо трехвалентного железа. На выбор действующего вещества влияет показатель кислотности (рН) воды. При значении в границах 6…7,4 используется алюминиевый коагулянт, при меньших — железный.

Требуемое количество коагулирующего реагента определяется по результатам предварительного тестирования. При избыточном добавлении коагулянта происходит снижение уровня рН, приводящее к интенсификации захвата органических компонентов растворенной в воде грязи.

В результате образуется хлопьевидный осадок в значительных количествах, уменьшить которое возможно с помощью добавления флокулянта (он быстро связывает взвешенные хлопья и в результате образуются меньшие объемы осадков).

Неорганические коагулянты подразделяются на три основные группы:

  • производные алюминия
  • производные железа
  • растворы извести.

За исключением алюмината натрия, все общеизвестные коагулянты на базе железа и алюминия являются солями кислот, таким образом, с их применением понижается показатель pH обрабатываемой воды. В зависимости от влияния, оказываемого на показатель pH и щелочные свойства (наличие HC0₃⁻, CO₃²⁻ и OH⁻), для компенсации снижения показателя pH при добавлении коагулянта, возможно, потребуется добавление щелочных растворов, таких как известковые или каустические растворы.

Коагулянт для очистки сточной воды — виды и принцип действия

Это является существенным в силу того, что показатель pH оказывает влияние, как на заряд поверхности частиц, так и на процесс осаждения флокулянта в ходе коагуляции.

Оптимальные уровни pH для образования флокулянта с применением гидроксида железа и алюминия способствуют минимизации растворяющей способности гидроксида (EPA, 1987). При этом оптимальный уровень pH для коагуляции взвешенных твердых частиц не всегда совпадает с уровнем pH, оптимальным для минимизации растворяемости флокулянта гидроксидом.

В таблице 2 приведено несколько общеизвестных неорганических коагулянтов, с их преимуществами и недостатками.

Таблица 2. Преимущества и недостатки различных неорганических коагулянтов

Наименование Преимущества Недостатки
Сульфат алюминия (технический сульфат алюминия) Al₁₂(S0₄)₃*18H₂0 Простота в обращении и применении; наиболее широкое применение; образование меньшего количества осадка, чем в случае использования извести; наибольшая эффективность при уровне pH в диапазоне 6.5 — 7.5 Увеличивает содержание нерастворимых твердых частиц (солей) в воде; повышает ограниченный диапазон показателя pH.
Алюминат натрия Na₂Al₂0₄ Эффективность в жестких водах; потребность, как правило, в небольших дозах Часто применяется с сульфатом алюминия; высокая стоимость; неэффективен в мягких водах
Оксихлорид алюминия (полианионная целлюлоза) Al₁₃(OH)₂₀(SO₄)₂*Cl₁₅ При некоторых способах применения образующийся флокулянт имеет большую плотность, чем в случае использования сульфата алюминия, поэтому оседает быстрее Редкое использование; малое количество данных для сравнения с другими производными алюминия
Сульфат железа Fe₂(S0₄)₃ Эффективность при уровне pH в диапазоне 4-6 и 8.8- 9.2 Увеличивает содержание нерастворимых твердых частиц (солей) в воде; как правило, требует добавления щелочных средств
Хлорид железа FeCl₃*6H₂0 Эффективность при уровне pH в диапазоне 4 — 11 Увеличивает содержание нерастворимых твердых частиц (солей) в воде; требует применения в два раза большего количества щелочных средств, чем при использовании сульфата алюминия
Железный купорос FeS0₄*7H₂0 Не так чувствителен к уровню pH, как известь Увеличивает содержание нерастворимых твердых частиц (солей) в воде; как правило, требует добавления щелочных средств
Известь Ca(OH)₂ Широкое применение; исключительная эффективность; не увеличивает уровень солей в частично очищенных сточных водах Зависит от уровня pH в значительной степени; образует большее количество осадка; превышение дозы может привести к ухудшению качества частично очищенных сточных вод

Производные алюминия

К наиболее часто применяемым коагулянтам на основе алюминия относятся сульфат алюминия, алюминат натрия и оксихлорид алюминия.

Сухой технический сульфат алюминия имеет несколько фракций, с минимальным содержанием алюминия 17% (выраженным в процентах % Al₂0₃).

Жидкий сульфат алюминия является раствором с концентрацией приблизительно 49%, или с массовой долей алюминия в виде Al₂0₃ приблизительно 8.3%.

Наиболее эффективная коагуляция с применением сульфата алюминия отмечается при нахождении уровня pH в диапазоне 5.5 — 8.0 единиц; при этом действительная эффективность очистки зависит от концентраций конкурирующих ионов и хелатообразующего агента.

Алюминат натрия, содержащий излишек основания, является альтернативой сульфату алюминия; данный коагулянт также поставляется в сухом и жидком виде.

Алюминат натрия обеспечивает мощный источник щелочи на основании растворимого в воде алюминия, который применяется, когда нежелательно добавление ионов сульфата. Иногда данное средство применяется совместно с сульфатом алюминия для регулирования уровня pH.

Оксихлорид алюминия (полианионная целлюлоза), еще одна производная алюминия, является частично гидролизованным раствором хлорида алюминия. Не смотря на то, что в настоящий момент данное средство не получило широкого распространения, было отмечено, что его применение обеспечивает более эффективную и быструю осаждаемость флокулянта, чем при использовании для данной цели сульфата алюминия.

Производные железа

К коагулянтам на основе железа относятся сульфат железа, хлорид железа и железный купорос.

По сравнению с сульфатами на основе производных алюминия, коагулянты на основе железа могут успешно применяться в более обширном диапазоне уровней pH, от 5.0 до 11.0 единиц.

Следует отметить, что при использовании соединений двухвалентного железа раствор, как правило, подвергается хлорированию перед подачей в емкость, в которой протекает процесс коагуляции. Поскольку в ходе данной реакции образуется, как хлорид, так и сульфат железа, хлорированный железный купорос имеет такое же поле применения, как и другие коагулянты на основе железа. Поскольку применение железного купороса более предпочтительно в устройствах подачи, чем применение коагулянтов на основе сульфата железа, иногда отдается предпочтение использованию хлорированного купороса.

Коагулянт на базе гидрохлорида железа тяжелее коагулянта на базе сульфата алюминия, и поэтому осаждение с его применением происходит быстрее.

Известь

Несмотря на то, что известь применяется для первоначального контроля уровня pH или химического осаждения, она также широко используется в качестве вспомогательного коагулянта.

Настенко А.О. 1 Зосуль О.И. 1

1 Тюменский государственный архитектурно-строительный университет

1. Пазенко Т.Я. Обработка промывных вод фильтров водоподготовки / Т.Я. Пазенко, А.Ф. Колова // Известия вузов. Строительство. – 2010. – № 9. – С. 65-68.

2. Драгинский В.Л. Обработка промывных вод фильтров водоочистных станций / В.Л. Драгинский, Л.П. Алексеева // Водоснабжение и санитарная техника. – 2005. – № 8. – С. 25-31.

3. Карюхина Т.А., Чурбанова И.Н. Химия воды и микробиология. – М.: Стройиздат, 1995. – 208 с.

4. Драгинский В.Л. Особенности применения коагулянтов для очистки природных цветных вод / В.Л. Драгинский, Л.П. Алексеева // Водоснабжение и санитарная техника. – 2008. – № 1. – С. 9-15.

5. Возная Н.Ф. Химия воды и микробиология. – М.: Высшая школа, 1979. – 344 с.

6. Вольф И.Н., Ткаченко Н.И. Химия воды и микробиология природных и сточных вод. – Л.: Изд-во Ленинградского университета, 1973. – 238 с.

7. Драгинский В.Л. Коагуляция в технологии очистки природных вод / В.Л. Драгинский, Л.П. Алексеева, С.В. Гетманцев. – М., 2005. – 576 с.: ил.

8. Водное хозяйство промышленных предприятий. Флокулянты. Т.(часть 6): справочное издание. – Изд. Теплотехник. – 2008.

В данной работе содержится: сравнительный анализ и принцип действия современных коагулянтов и флокулянтов, используемых в практике очистки природных и сточных вод; лабораторные исследования основанные на процессах очистки промывных вод скорых фильтров водопроводных очистных станций городов Тюмени и Кургана с подбором наиболее эффективных коагулянтов и флокулянтов.

Научная новизна работы

Предложена реагентная очистка промывных вод скорых фильтров станции водоподготовки городов Тюмени и Кургана.

Практическая значимость работы

Произведен выбор современных реагентов, определены их дозы для снижения мутности промывных вод скорых фильтров с целью их оборотного использования.

Водопроводные очистные станции городов Кургана и Тюмени – самые крупные в регионе Среднего и Южного Зауралья, следовательно, их влияние на экосистемы рек Тура, Тобол, Иртыш значительно в результате привноса в водные объекты несвойственных им химических веществ .

Практическая цель работы – усовершенствование станций водоподготовки, построенных в 70-х годах. Предложение – не сбрасывать промывную воду фильтров в реку, а возвращать ее на доочистку.

Принцип действия современных коагулянтов и флокулянтов, используемых для обработки промывных вод скорых фильтров

Коллоидно-дисперсные примеси удаляются из воды методом коагулирования с последующим осаждением и фильтрованием. Коллоидные частицы относятся к ультрамикрогетерогенным примесям, имеющим размер частиц от 10–7 до 10–9 м, обладающих высокой агрегативной устойчивостью за счет одноименного заряда.

Механизм коагулирования рассмотрим на примере, когда в воде присутствует глинистая взвесь, состоящая из алюмосиликатов общей формулы Al2O3 ∙ ySiO2 ∙ zH2O или в простейшем виде Al2O3 ∙ ySiO2 ∙ zH2O. С химической точки зрения, глина состоит из молекул алюмокремниевой кислоты примерного вида H4Al2Si2O9 способной диссоциировать H4Al2Si2O9 ↔ 4H+ + Al2Si2O9–4 на катион водорода и кислотный остаток алюмокремниевой кислоты.

Представим один из вариантов строения мицеллы коллоидного раствора алюмокремниевой кислоты.

Рис. 1. Технологическая схема станций водоподготовки г. Тюмень и г. Курган

Сооружения: 1 – насос I-го подъема; 2 – смеситель; 3 – горизонтальный отстойник; 4 – скорый фильтр; 5 – РЧВ; 6 – насос II-го подъема; 7 – хлораторная; 8 – реагентное хозяйство; 9 – промывной насос; 10 – камера хлопьеобразования. Технологические трубопроводы: В0 – подача воды в сеть; В1 – подача исходной воды; В2 – фильтрованной воды; В4 – подача промывной воды; К3 – сброс осадка из отстойника; К4 – отвод промывных вод; Cl2 – хлорная вода.

Анионы алюмосиликата образуют основу отрицательно заряженной глинистой частицы, окруженной сферой положительных ионов. При подкислении происходит нейтрализация отрицательного заряда коллоидной частицы, частицы потерявшие заряд слипаются, утяжеляются и под действием силы тяжести выпадают в осадок (т.е. коагулируют). Зависимость устойчивости дисперсной системы от величины ʓ-потенциала частиц, характерна для гидрофобных коллоидов. Однако в практике очистки природных и сточных вод нередко приходиться иметь дело с коллоидами гидрофильными, которые менее чувствительны к добавлению электролитов .

В практике же очистки природных и сточных вод, как правило, используются коагулянты.

Чаще всего, это соли, образованные слабым основанием и сильной кислотой, попадая в воду подвергаются гидролизу с образованием труднорастворимых гидроокисей. Образующиеся хлопья гидроокисей адсорбируют частицы примесей из воды и выпадают вместе с ними в осадок. В нашей работе, мы использовали именно такие коагулянты: Al2(SO4)3 ∙ 18H2O и Al2 (OH)5Cl .

Сульфат алюминия – Al2(SO4)3 ∙ 18H2O

При внесении его в воду происходит гидролиз по катиону:

Поскольку Al2 (OH)3 – амфотерная гидроокись, получить стабильный осадок, исходя из константы гидролиза, удастся при рН = 6,5-7,5. С целью получения наиболее устойчивого осадка применяют подщелачивание содой или известью.

Процесс нейтрализации водородных ионов за счет расходования бикарбонатной щелочности воды можно представить уравнением:

Количество извести и соды, необходимой для нейтрализации водородных ионов и создания резервной остаточной щелочности подсчитывается по эмпирическим формулам .

Преимущества использования сульфата алюминия: при увеличении рН > 4, 0 – 4, 5 выпадает хлопьевидный осадок гидрата окиси алюминия, весьма заметный в растворе и сигнализирующий о необходимости подкисления электролита; позволяет избежать изменения окраски стока при обработке, является доступным и экономичным.

Оксихлорид алюминия Al(OH)x ⋅ Cly ⋅ nH2O, другие названия гидроксихлорид алюминия (по международной номенклатуре не патентованное название РАС).

3 стадии коагуляции:

1. ОХА – частично гидролизованный хлорид алюминия, попадая в воду, подвергается гидролизу по катиону:

2. На второй стадии процесса коагуляции основная роль отводится адсорбции на коллоидных частицах гидроксидов алюминия.

3. Третья стадия коагуляции происходит в результате столкновения молекул гидроксидов алюминия между собой, коллоидных частиц примесей воды и результирующего укрупнения образовавшихся хлопьев за счет соединения их друг с другом.

На рис. 2 представлена схема образования коагуляционных хлопьев (гетерогенные дисперсные примеси – ГДП) Частицы гидроксида под действием силы тяжести, адсорбируются на коллоидные примеси .

Рис. 2. Схема образования коагуляционных хлопьев 1 – частицы ГДП; 2 – частицы гидроксида; 3 – органические вещества; 4 – «клеевые» мостики; 5 – полости, заполненые водой

Преимущества использования оксихлорида алюминия: стабильность процесса коагуляции, в том числе при низких температурах воды; не нужно подщелачивать с целью уменьшения концентрации Н+; обеспечение содержания остаточного алюминия менее 0,2мг/л; при введении в воду практически не снижает щелочность и рН обрабатываемой воды, что способствует уменьшению скорости коррозии металлов в системах водоснабжения и теплоснабжения, за счет исключения образования агрессивной углекислоты .

Флокулянты на основе ПАА

Флокулянты – реагенты, способствующие коагуяции. Флокулянты с их зарядом и очень высокой молекулярной массой, адсорбируют дестабилизированные частицы и объединяют их вдоль полимерной цепи. В результате, на этапе флокуляции происходит образование более крупных хлопьев, что приводит к уплотнению осадка. Нами в работе были использованы флокулянты: Flopam – продукция компании SNF Floergerr, которая на сегодняшний день считается одним из ведущих предприятий в мире, в области производства коагулянтов и флокулянтов; Praestol – продукция совместного российско-германского производства ЗАО «Компания «Москва-Штокхаузен-Пермь» «(MSP). Оба эти флокулянта – органические, синтетические, высокомолекулярные соединения на основе полиакриламида.

Флокулянты Flopam и Praestol (существует около 800 различных флокулянтов) могут быть объединены в 3 отдельные категории: неионогенные; анионные; катионные.

Неионогенные марки флокулянтов представляют собой технически чистый полиакриламид. Его вырабатывают путем сополимеризации моноакриламида и солей акриловой кислоты.

Являясь амфотерным полиэлектролитом, ПАА способен диссоциировать в зависимости от рН среды, по кислотному и по основному типу:

где R – углеводородная цепочка молекулы ПАА.

При значениях рН, соответствующих изоэлектрическому состоянию, молекулы ПАА, оставаясь в целом электронейтральными, содержат одновременно положительно заряженные и отрицательно заряженные ионогенные группы. В результате взаимодействия заряженных групп молекулы ПАА в нейтральной среде сворачиваются в клубок, захватывая коллоидные примеси, а в кислой и щелочной среде вытягиваются в цепочку, также захватывая коллоидные примеси.

Механизм действия ПАА заключается в адсорбции его ионогенными группами образующихся при коагуляции микрочастиц. Анионные марки флокулянтов являются сополимерами акриламида с возрастающими долями акрилата, придающими полимерам в водном растворе отрицательные заряды и тем самым анионный характер: за счет чего происходит диссоциация по основному типу, при диссоциации акрилата образуется частица с отрицательным зарядом.

Исходные мономеры – акриламид и акриловая кислота в присутствии каустика, в результате образуется сополимер акриловой кислоты и акрилата натрия. Катионные марки флокулянтов являются сополимерами акриламида с возрастающими долями катионных сомономеров.

Очистка воды с помощью флокулянтов: их применение, основные отличия и преимущества использования

Внесенные катионные группы обладают в водном растворе положительными зарядами.

Анионные флокулянты особенно эффективны при обработке дисперсных систем с отрицательно заряженными коллоидными частицами. Большинство органических коллоидов имеют отрицательный заряд. Катионные флокулянты – для обработки дисперсных систем с положительным зарядом. Неорганические коллоиды, как правило, имеют положительный заряд, например, коллоидная гидроокись железа. Механизм действия катионных и анионных флокулянтов заключается в фиксировании дестабилизированных частиц (заряженных) и обьединении их вдоль полимерной цепи .

Цель исследований: совершенствование технологии реагентной обработки промывных вод станций водоподготовки.

В задачу исследования входило: определение эффективности осветления воды в безреагентном режиме; выбор наиболее эффективных реагентов для обработки промывной воды и определение оптимальных доз в разные периоды года.

Исследуемые реагенты: коагулянты-сернокислый алюминий (СА), оксихлорид алюминия (ОХА); флокулянты – полиакрилоамид (ПАА), праестол 650, флопам (FO414OSH фирма SNF France).

Приборы, используемые при лабораторных исследованиях: флокулятор-модель 8800, спектрофотометр Lovibond PS spektro, спектрофотометр ПЭ-5400ви.

Лабораторные исследования

Для определения оптимальных доз реагентов исследуемую промывную воду разливали в 5 мерных цилиндра объемом 500 мл. Далее назначили дозы реагента для каждого цилиндра. По результатам отстаивания определяли мутность на приборах. На диаграмме показано влияние дозы СА и ОХА на высоту слоя и вид осадка.

На графиках продемонстрированы изменения физического показателя качества воды – мутности во времени.

Как видно, применение коагулянтов в зимний период не эффективно, взвешенных частиц довольно мало, все процессы происходят замедленно.

Скачки происходят, благодаря повышенной мутности, возникшей при добавлении реагента, образования хлопьев продукта гидролиза.

В зимнее время наибольший эффект осаждения проявляет – Флопам (0,5 мг/л), а наименьший эффект – без добавления реагентов.

Рис. 3. Влияние дозы СА и ОХА на высоту слоя и вид осадка

Рис. 4. Влияние дозы СА на эффективность осветления промывной воды в зимний период (январь, р. Тура)

1 – без реагентов; 2 – доза 50 мг/л; 3 – доза 100 мг/л; 4 – доза 150 мг/л; 5 – 200 мг/л

Рис. 5. Влияние вида и дозы реагентов на эффективность осветления промывной воды в зимний период (январь, р. Тобол)

1 – без реагентов; 2 – ПАА; 3 – ОХА ; 4 – FO4140SH

Рис. 6. Влияние доз смешанного коагулянта и FO4140SH на эффективность осветления промывной воды в зимний период (март, р. Тура)

СА (12 мг/л)+ОХА (6 мг/л)+ FO4140SH: 1 – без реагентов; 2 – без флокулянта; 3 – доза FO4140SH 0,25 мг/л; 4 – доза FO4140SH 0,5 мг/л; 5 – доза FO4140SH 0,75 мг/л.

Рис. 7. Влияние вида и дозы реагентов на эффективность осветления промывной воды в весенний период (май, р. Тура):

1 – без реагентов; 2 – СА (12 мг/л)+ОХА (6 мг/л); 3 – СА (12 мг/л)+ОХА (6 мг/л)+ПАА (0,5 мг/л); 4 – СА (12 мг/л)+ОХА (6 мг/л)+ПАА (1 мг/л); 5 – СА (12 мг/л)+ОХА (6 мг/л)+ПАА (1,5 мг/л)

Рис. 8. Влияние вида и дозы реагентов на эффективность осветления промывной воды в летний период (июль, р. Тобол):

1 – без реагентов; 2 – Праестол 650 (0,2 мг/л); 3 – Праестол 650 (0,4 мг/л); 4 – Праестол 650 (0,6 мг/л); 5 – Праестол 650 (0,8 мг/л)

Рис. 9. Кинетика отстаивания промывной воды при добавлении флокулянта ПАА с дозой 0,75 мг/л:

1 – опытные данные; 2 – линия тренда.

Весной же выгодным получается применение смеси реагентов – СА (12) + ОХА (6) + ПАА (1,5)

В летний период, предпочтение лучше отдать Праестолу в дозе 0,4 мг/л

Оценка достоверности полученных экспериментальных данных

Используя методы регрессионного анализа, определили функцию изменения мутности промывной воды в заданные промежутки времени при различных дозах реагента ПАА.

Анализ опытных данных показал, что функция изменения мутности в заданные промежутки времени при различных дозах реагентов является убывающей степенной функцией 3-го порядка и адекватно описывает кинетику отстаивания промывных вод скорых фильтров.

Выводы

• Для летнего периода следует отметить – лучшие результаты дает применение коагулянта с последующим введением флокулянтов. Причем наиболее эффективными оказались дозы – Праестол (0,4 мг/л) и Флопам (0,4 мг/л).

• В зимний период – наибольшее снижение мутности было отмечено при обработке воды только смесью коагулянтов СА (12 мг/л) и ОХА(6 мг/л).

• В весенний период – смесью коагулянтов СА (12 мг/л)+ОХА(6 мг/л) с добавлением флокулянта ПАА(1,5 мг/л).

• При обработке одним сернокислым алюминием, а также смесью коагулянтов СА и ОХА и флокулянтом FO 4140 эта зависимость проявлялась в меньшей степени.

• Введение в технологическую схему очистки промывных вод фильтров, позволит исключить сброс в водные объекты, воды содержащие загрязнения.

• Сократить объемы воды, используемые для собственных нужд станции.

• В результатах представленного исследования заинтересованы представители Тюменского и Курганского водоканалов, для применения на практике усовершенствований схем водоподготовки, построенных в 70-х годах.

Библиографическая ссылка

Настенко А.О., Зосуль О.И. СОВРЕМЕННЫЕ КОАГУЛЯНТЫ И ФЛОКУЛЯНТЫ В ОЧИСТКЕ ПРИРОДНЫХ И СТОЧНЫХ ВОД // Международный студенческий научный вестник. – 2015. – № 3-4.;

Флокулянты и Коагулянты

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.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *