Особенности коагуляции воды

Особенности коагуляции воды выделяют эту методику среди других типов очищения. Необходимо четко понимать, с какой целью проводится коагулирование, и в каких случаях применяется метод. Если принято решение использовать именно его, следует правильно подбирать коагулянты для очистки сточной и питьевой воды.

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.

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.

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.

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

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.

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 железа поможет избавиться от:

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

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.

В завершение стоит для общего развития рассмотреть внимательнее теоретические основы и практические методики коагуляции воды. Исходным пунктом является наличие в жидкости тех или иных посторонних веществ. Под действием добавленного реагента частицы примеси (или нескольких примесей сразу) соединяются и укрупняются. Физическая природа такого процесса — возрастание сил молекулярного притяжения. Свободный эффект коагуляции происходит в так называемых камерах хлопьеобразования.

Контактным способом процесс идет внутри толщи зернистой массы или внутри осадка. Такой подход позволяет устранить из жидкости не только диспергированные вещества, но и посторонние коллоидные включения. В нормальных условиях слипание примесей не происходит из-за мешающего ему электростатического отталкивания. Основной коагуляционный механизм заключается как раз в том, чтобы притяжение превзошло отталкивание по силе. Ионы коагулянтов нарушают агрегативную устойчивость, сокращая электрический заряд или даже делая частицы нейтральными в электрическом отношении.

Но общих сведений о ходе реакции и даже формул совершенно недостаточно, чтобы принимать верное решение. А как уже говорилось, ошибки в расчете дозы не только ведут к повышенному расходу реактивов и финансовых средств. Они могут испортить воду настолько, что проще взять новую порцию, чем возиться с доочисткой. Потому обычно проводят пробное коагулирование в лабораторных условиях и внимательно смотрят на:

• темп формирования хлопьев;
• кинетические характеристики выпадения коагулированного осадка;
• кинетические параметры уплотнения этого осадка.

При необходимости проводят ряд последовательных тестов. Анализ их результата производится с учетом норм математической статистики.

Там обычно жидкость находится около 12 минут. Дальше вода поступает в камеры хлопьеобразования. В них, как нетрудно понять, формируются видимые невооруженным глазом хлопья примесей. После этого требуется уже осветление воды, которое проходит в других устройствах – отстойниках, делящихся на:

• радиальный;
• горизонтальный;
• вертикальный типы.

Вернувшись назад, стоит вновь обратиться к смесителям. В них может практиковаться по меньшей мере 2 способа закладки действующего вещества. В одном случае его добавляют во всасывающую трубу. В другом – в напорный трубопровод, обслуживаемый насосом подъема. Скорость хода воды внутри трубы должна составлять минимум 11,5 м за секунду; в противном случае качество перемешивания не гарантировано.

На практике в РФ используются 3 разновидности смешивающих систем:

• вертикальная (часто именуемая вихревой);
• с перегородками;
• дырчатый тип.

Вертикальная система наиболее привлекательна на средних и мощных очистных сооружениях. На один смешивающий агрегат в этом случае приходится максимум от 1200 до 1500 м3 воды за час. Это не так уж и мало по уровню производительности: чтобы станция очистила за сутки 100000 куб. м воды, достаточно всего 3-х или 4-х смесителей. Дырчатые устройства за час приведут в норму максимум 1000 м3; перегородчатые системы еще менее производительны — за 60 минут обработают максимум 500-600 м3 жидкости.