Какие вещества могут применяться в качестве коагулянтов. Коагулянт для очистки природной воды. Какие виды коагулянтов применяют для очистки воды

Употребление чистой воды повышает здоровье и иммунитет человека, притом организм сам восстанавливается, используя собственные резервы. Люди испокон веков селились у рек и озер, пользуясь теми источниками, что давала для жизни природа. Самые древние цивилизации уже умели очищать воду для нужд горожан, пропуская ее через слои глины и песка. В те времена люди не использовали коагулянты (это вещества, с помощью которых производится первичная очистка живительной влаги сегодня).

Такая разная чистая вода

В современном мире считается, что в идеале человек должен использовать в своих жилищах три вида воды:

водопроводную, прошедшую стандартную многократную грубую очистку и фильтрацию в специальных отстойниках;
бытовую, предварительно умягченную для предотвращения образования накипи в нагревательных приборах, используемую для мытья и стирки;
питьевую, применяемую исключительно для употребления внутрь и приготовления еды.

Обычной водой квартиры обеспечивает городская система водоснабжения. Для самостоятельной домашней доочистки используются различные фильтры, системы структурирования и признанные полезными некоторые минералы (например, шунгит). Кроме того, существуют коагулянты, обеззараживающие воду, для домашнего использования.

Что происходит с водой перед попаданием в трубы

Перед отстаиванием и фильтрацией производится предварительная грубая очистка воды, предназначенной для подачи в городские водопроводные сети. Сначала в специальных емкостях быстро смешивают воду и коагулянты (это специальные химические реагенты). При коагулировании электростатическое отталкивание растворенных в воде частиц снижается, они слипаются. Это облегчает и ускоряет очистку во время отстаивания и фильтрации.

Процесс в одном резервуаре должен длиться около одной минуты. При меньшем временном интервале не обеспечивается необходимая равномерность смешивания вещества с водой. При более длительном взаимодействии могут разрушиться образовавшиеся флокулы (осадок, слипшиеся инородные частички). Пройдя через несколько резервуаров, где коагулянты для воды смешиваются с ней с постепенно уменьшающейся скоростью, жидкость подвергается отстаиванию.

Что означает красивое слово «флокуляция»

Коагулянты - это химические реактивы. Не все вредные для человека вещества можно вывести обычным фильтрованием за короткое время. Некоторые из них находятся в растворенном состоянии. Если в воде присутствуют примеси или гидрозоли, то коагулянты для очистки воды в момент взаимодействия образуют с ними нерастворимый осадок в виде взвеси. Процесс образования из мелкодисперсных частиц слипшихся, более крупных «кучек» и называется флокуляцией. Размер этих новых частиц может достигать нескольких миллиметров.

Конечно, можно очищать воду от разных примесей обычной фильтрацией, только это будет длиться несколько лет, а ведь вода нужна ежедневно в огромных количествах. Чтобы процесс очистки проходил достаточно быстро, в смесители добавляют коагулянты. Это сокращает время освобождения воды от ненужных вредных веществ всего до 30-45 минут. Благодаря такому ускорению жители больших и малых городов получают возможность бесперебойно пользоваться водой, не выходя из своих жилищ.

Что происходит на очистных сооружениях

В воде, даже прозрачной на первый взгляд, обычно содержится огромное количество примесей. Среди них могут быть следующие вещества:

гипс и мел;
песок и глинистые породы;
ил и планктон;
малорастворимые гидроокиси металлов;
бактерии;
растворенные химические вещества;
различные взвеси.

Тяжелые и крупные частицы с большой удельной массой довольно быстро опускаются на дно отстойника, за 1-2 минуты. Ускоряя процесс седиментации (образования осадка) мелких частиц, который может длиться до двух лет, в воду добавляют коагулянты. Это сернокислый глинозем, сернокислое железо, гидроксосульфаты и гидроксохлориды алюминия, смеси солей железа и алюминия, глиняные замутнители, различные флокулянты и суспензионные осветлители.

Для очистки и осветления воды в системе вертикальных отстойников на 1 литр расходуется от 50 до 100 мл реагентов. Укрупненные и склеенные под действием химических веществ выпадают в осадок, который легко отделяется дальнейшим отстаиванием и фильтрацией.

Для тех, кто хочет просто получить чистую воду, без погружения в суть процесса, скажем одно: приобретите качественный коагулянт известной марки и четко придерживайтесь инструкции. Это всё. Для тех же, кому интересно знать, как проходит коагуляция, в чем её химические и физические особенности - эта статья. Простым языком и в доступной форме мы расскажем, как действуют различные коагулянты. И заодно порекомендуем вам наиболее эффективные и действенные средства, получившие больше всего положительных отзывов потребителей.

Что же это за химия такая - спросит читатель, ответ прост: коагулянты. Именно это вещество применяют для очистки воды от взвешенных частиц. Существуют разные способы очистки сточных вод от примесей: фильтрация, отстаивание, химическая очистка, электрическая очистка, термическая обработка.

Эти способы нашли применение в разных отраслях, но наиболее распространенными и эффективными из них можно считать фильтрацию и химическую обработку .

Размеры частиц взвеси в воде могут быть настолько малы, что фильтрация становится либо невозможной, либо слишком дорогой. В отдельных случаях приходится идти на повышение расходов, но чаще всего эта мера оказывается нерентабельной. Например, владелец едва-ли захочет тратиться на специальное очистное сооружение, но обычный фильтр не справляется с задачей настолько успешно, насколько требуется, поэтому хозяину придется немного «помочь» простому фильтру с помощью современной химии.

«Что же это за химия такая?» - спросит читатель. Ответ прост: коагулянт. Именно это вещество применяют для очистки воды от взвешенных частиц.

Коагуляция - это особый процесс, который можно охарактеризовать словом укрупнение. То есть, при добавлении в состав мутной грязной воды определенного вещества, все частицы, которые в ней плавают и создают муть, начнут объединяться в более крупные агломерации, и, в конце, станут достаточно большими, чтобы осесть в виде хлопьев и отфильтроваться.

В разных сферах хозяйства и быта используют разные типы коагулянтов. Их можно разделить на две большие группы: минеральные и органические .

Важно! Органические коагулянты стоят дороже и применяются, чаще всего, для очистки питьевой воды. Они демонстрируют несколько лучшие показатели, нежели неорганические соединения, однако, зачастую их применение менее рентабельно.

В случае очистки промышленных стоков, различных теплоносителей и циркулирующих сред, бассейнов и водоемов применяют неорганические коагулянты:

Хлорное железо. Сильный корродант и токсин, применяется в промышленности.
Железа сульфат. Используется в промышленности для очистки стоков, в коммунальном хозяйстве для подготовки воды, а также в медицине для остановки крови.
Сульфат алюминия. Подходит для очистки питьевой, хозяйственной и технической воды различного назначения.
Алюминия оксихлорид. Данная соль – гидроксохлорид – хороша при очистке сточных вод, резервуаров, бассейнов, водоемов.
Гидроксохлоросульфат алюминия. Это смесь на основе сульфата алюминия. Является прекрасным препаратом для обработки паводковых грязных вод при температурах ниже +12˚ С.

Эти вещества отличаются сравнительно невысокой ценой, доступностью, безопасностью и простотой использования.

Работа коагулянта: суть процесса

Химия процесса коагуляции затрагивает широкое поле научных знаний, понимание которых потребует определенного уровня специальной подготовки. Мы опустим околонаучные подробности и постараемся донести самую суть.

Как действуют коагулянты 1

Как действуют коагулянты 2

Как действуют коагулянты 3

Итак, у нас есть определенный объем воды, загрязненный коллоидными частицами. Частицы эти настолько мелкие, что их пропускает песчаный фильтр. Более того, их размеры так малы, что они не могут осесть на дно: броуновское движение молекул заставляет эти частицы постоянно пребывать во взвешенном состоянии.

Внимание! Еще раз: в воде плавают мельчайшие соринки, которые выглядят как муть. Они проходят сквозь фильтр и не оседают на дно, так как молекулы воды непрерывно «толкают» их с разных сторон, приводя в движение. В результате невозможно ни отфильтровать воду, ни осадить грязь на дно.

Эти частицы не только не оседают и не фильтруются, они также отказываются слипаться в более крупные образования. Это вызвано тем, что они имеют одинаковый заряд и отталкиваются в результате действия сил электростатического взаимодействия.

Здесь мы подходим к сути процесса коагуляции: после введения специального реагента свойства частиц меняются, они теряют свой заряд, а взвесь начинает слипаться в более крупные комки. В результате устранения эффекта электростатического отталкивания частицы сближаются достаточно для того, чтобы началось действие силы притяжения.

Сближению также препятствует пространственный объем молекул или атомных групп, которые, находясь в непосредственной близости от реагирующих атомов в молекуле, могут не давать этим атомам сойтись и прореагировать. Данный эффект нивелируется добавлением солей и изменением кислотности среды.

В итоге, коагулянты не меняют химический состав примесей или воды. Основная характеристика, на которую направлено их воздействие – это размеры частиц. После добавления, скажем, хлорного железа, отдельные корпускулы теряют заряд и начинают слипаться в хлопья, которые затем можно собрать или отфильтровать.

Важно! Суть процесса коагуляции заключается в том, чтобы сделать мельчайшие частицы достаточно крупными для того, чтобы они осели на дно, или их задержал фильтр. Это наиболее короткое и простое объяснение.

Кто делает лучшие коагулянты: производство и распространение

Производители коагулянтов составляют солидный список, их число выросло в последнее время и составляет более 15 по стране. Для сравнения: на всей территории бывшего Советского Союза пребывало только 12 производств. Современная Россия обеспечивает свои нужды в коагулянтах на 95% за счет внутреннего производства.

В РФ выпускают неорганические препараты. Так произошло по причине экономических реалий времени возведения заводов и определенной конфигурации сырьевой базы, характерной для нашей страны. Исторически сложилось так, что первое место занимает приготовление коагулянтов на основе алюминия, а именно – оксихлорида и сульфата алюминия, а также алюмината натрия.

Рассмотрим их отличия:

Как следует из таблицы, алюминат натрия дает самую высокую концентрацию оксида алюминия, это значит, что данный раствор покажет самую высокую активность в процессе очистки воды от взвеси. При этом плотность примесей также самая большая, а это значит, что после обработки в воде могут оставаться лишние компоненты. Следуя аналогичной логике, мы придем к выводу, что наиболее приемлемым вариантом будет оксихлорид алюминия (другие названия: хлоргидроксид алюминия, ОХА, полиалюминия гидрохлорид), который демонстрирует оптимальное соотношение содержания алюминия и примесей.

Важно! Подбор конкретного вещества производится исходя из назначения воды, степени её загрязнения, температуры и способа очистки. ОХА используют для очистки холодной воды с высоким содержанием органических примесей природного происхождения.

Одним из наиболее распространенных и является оксихлорид алюминия. Это вещество особенно хорошо работает при невысоких температурах воды, в пределах +10 ˚С, и хорошо удаляет органические примеси. Именно ОХА содержится в большинстве современных коагулянтов для бассейна.

Порядок использования коагулирующих агентов для осветления воды в бассейне

Сперва мы расскажем, как поступать, если у вас стоит современное оборудование:

Производим расчет дозы, исходя из объема и степени загрязнения резервуара.
Наливаем необходимый объем жидкости в скиммер и ждем, пока он разгонит препарат по бассейну.
Отключаем насос и даем препарату время для реакции в пределах 15 – 30 минут.
Выпавший на дно осадок собираем водным пылесосом или погружным насосом.
Вновь включаем насос и выполняем окончательную фильтрацию.

Расчет коагулянта – отдельная тема, считается, что это нечто из разряда высшей математики. Действительно, если мы хотим очищать питьевую воду на конвейерной основе, нам придется очень точно рассчитать расход химиката, иначе он будет накапливаться и отравлять воду. В случае бассейна все намного проще.

Важно! Обычно производитель указывает на этикетке способ применения препарата. Если же этого нет, тогда можно воспользоваться усредненными значениями для каждого конкретного вещества. Для ОХА эти значения составляют от 20 до 50 мл препарата на тонну воды.

Для тех, у кого установлен самодельный бассейн или бассейн без специального дополнительного оборудования

Определяем необходимое количество агента, для этого вычисляем объем бассейна в кубометрах, и на каждый куб добавляем от 20 до 50 мл ОХА (GOODHIM « »).
Коагулянт предварительно разводим в лейке с водой в пропорции 1:5 – 1:100, то есть берем около двух литров.
Выключаем насос с фильтром.
Спускаемся в бассейн и начинаем ходить по кругу, пока вода не образует небольшой водоворот.
Выходим из бассейна и в водоворот добавляем подготовленный раствор.
Ждем, затем собираем осадок и фильтруем оставшуюся воду окончательно.

Своевременный уход и очистка делают использование бассейна не только приятным, но безопасным и даже полезным для здоровья. Теперь вы можете приглашать знакомых присоединиться к водным процедурам не боясь опозориться состоянием воды в резервуаре.

Внимание! Большинство современных производителей имеет сайты, где можно найти контакты или информацию о доставке. Чаще всего есть возможность заказать товар онлайн и получить его по почте в течение нескольких дней.

Заключение

Вода – критически важный элемент для поддержания жизни. Это касается питья, личной гигиены, полива растений, хозяйственной деятельности и производства. Коагуляция решила вопрос очистки воды и вывела этот процесс на совершенно иной качественный уровень, и сегодня коагулянтами пользуются практически повсеместно.

Коагулянты - определение и часто задаваемые вопросы

Что значит коагулянт? Слово происходит от латинского «coagulatio» и переводится как «сгущающий». Вещества-коагулянты способны объединять взвешенные в воде частицы в более крупные комки.
Коагулянты и флокулянты - это одно и то же? Нет, не совсем. Это близкие по воздействию препараты, которые могут использоваться совместно.

Коагуляция (от латинского coagulatio − свертывание, сгущение) − объединение частиц дисперсной фазы в агрегаты при соударениях. Соударения происходят в результате броуновского движения частиц, а также седиментации, перемещения частиц в электрическом поле (электрокоагуляция), механического воздействия на систему (перемешивания, вибрации). Характерные признаки коагуляции − увеличение мутности (интенсивности рассеиваемого света), появление хлопьевидных образований − флокул (отсюда термин флокуляция, часто используемый как синоним коагуляции), расслоение исходно устойчивой к седиментации системы (золя) с выделением дисперсной фазы в виде коагулята (осадка, сливок). При высоком содержании частиц дисперсной фазы коагуляция может приводить к отверждению всего объема системы вследствие образования пространственной сетки коагуляционной структуры. В относительно грубодисперсных системах (суспензиях) при отсутствии броуновского движения первичных частиц о коагуляции можно судить по изменению седиментации − от оседания независимых первичных частиц с постепенным накоплением осадка (бесструктурная седиментация) к оседанию агрегатов сплошным слоем; при достаточно высокой концентрации частиц в системе такой слой образует четкую границу (структурная седиментация). Кроме того, коагуляция приводит к увеличению конечного объема осадка.

Коагулянты − вещества, способные вызывать или ускорять коагуляцию. Введение в систему коагулянтов широко используют для облегчения процессов, связанных с необходимостью отделения вещества дисперсной фазы от дисперсионной среды (осаждение взвешенных частиц при водоочистке, обогащение минерального сырья, улучшение фильтрационных характеристик осадков и др.). Коагуляция играет важную роль в процессах водоочистки для удаления взвешенных коллоидных частиц, которые могут придавать питьевой воде неприятные вкус, цвет, запах или мутность. Под действием коагулянтов дисперсные коллоидные частички объединяются в большие массы, которые затем, после флокуляции, можно удалить такими методами разделения твердой и жидкой фазы, как осаждение, флотация и фильтрация.

Эффективными коагулянтами для систем с водной дисперсионной средой являются соли поливалентных металлов (алюминия, железа и др.). В водоподготовке применяют следующие алюминийсодержащие коагулянты: сульфат алюминия, оксихлорид алюминия, алюминат натрия и, в гораздо меньшей степени, хлорид алюминия.

Сульфат алюминия Al 2 (SO 4) 3 ·18H2O − неочищенный технический продукт, представляющий собой куски серовато-зеленоватого цвета, получаемые путем обработки бокситов, нефелинов или глин серной кислотой. Он должен иметь не менее 9% Al 2 O 3 , что соответствует содержанию порядка 30% чистого сульфата алюминия. В нем также содержится около 30% нерастворимых примесей и до 35% воды.

Очищенный сульфат алюминия (ГОСТ 12966-85) получают в виде плит серовато-перламутрового цвета из неочищенного продукта или глинозема растворением в серной кислоте. Он должен иметь не менее 13,5% Al2O3, что соответствует содержанию 45% сульфата алюминия. В России для обработки воды выпускается также 23−25% раствор сульфата алюминия. При его применении отпадает необходимость в специальном оборудовании для растворения коагулянта, а также упрощаются и удешевляются погрузочно-разгрузочные работы и транспортирование. Помимо водоочистки сернокислый алюминий применяется в больших

количествах в целлюлозно-бумажной промышленности для проклейки бумаги и других целей; его используют в текстильной промышленности в качестве протравы при крашении хлопчатобумажных, шерстяных и шелковых тканей, при дублении кож, для консервирования дерева, в промышленности искусственных волокон. В связи с этим, в настоящем обзоре при оценке объемов производства коагулянтов будет учитываться потребление Al 2 (SO 4) 3 в других областях промышленности, а затем эти данные будут исключены из структуры потребления. Коагулирующие свойства Al 2 (SO 4) 3 обусловлены образованием коллоидной гидроокиси алюминия и основных сульфатов в результате гидролиза. В процессе коагуляции Al(OH)3 коллоидные частицы примесей, находящиеся в воде, захватываются и выделяются вместе с гидроксидом алюминия в виде студенистых хлопьев. Al(OH) 3 имеет повышенную чувствительность к pH и температуре обрабатываемой воды. Изоэлектрическая область для гидроксида алюминия, где у него наименьшая растворимость, соответствует pH = 6,5−7,5. При более низких значения pH образуются частично растворимые основные соли, при более высоких − алюминаты. При температуре исходной воды ниже 4оС в результате возрастания гидратации гидроксида алюминия замедляются процессы коагулирования ее примесей и декантации хлопьев, быстро засоряются фильтры, осадок гидроксида алюминия отлагается в трубах, остаточный алюминий попадает в фильтрат, а хлопья гидроксида образуются в воде уже после подачи потребителям.

В холодное время года при обработке воды с повышенным содержанием природных органических веществ используется оксихлорид алюминия (ОХА). ОХА известен под различными наименованиями: полиалюминий гидрохлорид, хлоргидроксид алюминия, основной хлорид алюминия и др. и имеет общую формулу Al(OH)mCl3n-m. При обработке воды указанные соединения могут образовывать мономерные, полимерные и аморфные структуры.

Неорганический катионный коагулянт ОХА обладает способностью образовывать комплексные соединения с широким спектром органических и неорганических веществ в воде. Принципиально отличается от обычных солей алюминия тем, что имеет так называемую поверхностную кислотную оболочку, что обеспечивает максимально высокую эффективность очистки воды от взвешенных веществ и металлов. Практика применения оксихлорида алюминия продемонстрировала ряд преимуществ, напрямую влияющих на экономические показатели его использования (в том числе и в сравнении с традиционно используемым сульфатом алюминия):

Представляя собой частично гидролизованную соль, оксихлорид алюминия обладает большей способностью к полимеризации, что ускоряет хлопьеобразование и осаждение коагулированной взвеси;

Подтверждена работа оксихлорида алюминия в более широком диапазоне рН по сравнению с сульфатом алюминия;

Снижение щелочности при коагулировании оксихлоридом алюминия существенно меньше. Это, наряду с отсутствием добавления сульфатов, приводит к снижению коррозионной активности воды, исключению стабилизационной обработки, улучшению состояния водопроводов городской распределительной сети и сохранению потребительских свойств воды при транспортировании, а также позволяет полностью отказаться от использования щелочных агентов и приводит к экономии таковых на средней станции водоочистки до 20 тонн ежемесячно;

Низкое остаточное содержание алюминия при высоких вводимых дозах;

Снижение рабочей дозы коагулянта в 1,5 - 2,0 раза по сравнению с сернокислым алюминием;

Поставка в готовом рабочем растворе, что позволяет отказаться от процесса растворения коагулянта, приводя к экономии электроэнергии на размешивании на средней станции до 100 тыс. кВт/час ежегодно;

Снижение трудоемкости и эксплуатационных затрат по хранению, приготовлению и дозированию реагента, улучшение санитарно-гигиенических условий труда.

Алюминат натрия NaAlO 2 представляет собой твердые куски белого цвета с перламутровым блеском на изломе, получаемые растворением гидроксида или оксида алюминия в растворе гидроксида натрия. Сухой товарный продукт содержит 55% Al 2 O 3 , 35% Na 2 O и до 5% свободной щелочи NaOH. Растворимость NaAlO 2 − 370 г/л (при 20 о С). Насыпная масса 1,2−1,8 т/м3. Хлористый алюминий AlCl 3 − белый кристаллический порошок плотностью 2,47 г/см 3 , с температурой плавления 192,4 о С. Растворимость хлорида алюминия в 100 г воды при 20оС составляет 46 г, в горячей воде соединение разлагается. Из водных растворов кристаллизуется Al 2 Cl 3 ·6H 2 O с плотностью 2,4 г/см 3 , расплывающийся на воздухе. При нагревании отщепляет воду и HCl с образованием Al2O3. Хлористый алюминий применяется, главным образом, в качестве катализатора при крекинге нефтепродуктов, а также для ряда органических синтезов. Однако, в ряде случаев, используется как коагулянт. При низких температурах воды в паводковый период в качестве коагулянта возможно использование гидроксида алюминия. В водообработке применяют также железосодержащие коагулянты:

хлорное железо, сульфаты железа (II) и железа (III), хлорированный железный купорос. Хлорное железо FeCl 3 ·6H 2 O (ГОСТ 11159−86) представляет собой темные с металлическим блеском кристаллы, очень гигроскопичные, поэтому транспортируют его в железных герметичных бочках. Получают безводное хлорное железо хлорированием стальной стружки при температуре 700 о С, а также как побочный продукт при производстве хлоридов металлов горячим хлорированием руд. Содержит в товарном продукте не менее 98% FeCl 3 . Плотность 1,5 г/см 3 . Сульфат закиси железа FeSO 4 ·7H 2 O (железный купорос по ГОСТ 6981−85) представляет собой прозрачные зеленовато-голубые кристаллы, легко буреющие на воздухе в результате окисления железа (II). Товарный продукт выпускается двух марок (А и Б), содержащих соответственно не менее 53% и 47% FeSO 4 , не более 0,25 − 1% свободной H 2 SO 4 и не более 0,4 − 1% нерастворимого осадка. Плотность реагента − 1,5 г/см3. Промышленность выпускает также и 30%-ный раствор сульфата железа (II), содержащий до 2% свободной серной кислоты. Транспортируют его в гуммированной таре. Окисление гидроксида железа (II), образующегося при гидролизе железного купороса при pH воды менее 8, протекает медленно, что приводит к неполному его осаждению и неудовлетворительному коагулированию. Поэтому перед вводом железного купороса в воду добавляют известь или хлор, либо оба реагента вместе, усложняя и удорожая тем самым водообработку. В связи с этим, железный купорос используют, главным образом, в технологии известкового и известково-содового умягчения воды, когда при устранении магниевой жесткости значение pH поддерживают в пределах 10,2 − 13,2 и, следовательно, соли алюминия не применимы.

Сульфат железа (III) Fe 2 (SO 4) 3 ·2H 2 O получают растворением оксида железа в серной кислоте. Продукт кристаллический, очень гигроскопичный, хорошо растворяется в воде. Плотность его − 1,5 г/см 3 . Использование солей железа (III) в качестве коагулянта предпочтение по сравнению с сульфатом алюминия. При их применении улучшается коагуляция при низких температурах воды, на процесс мало влияет pH среды, ускоряется декантация скоагулированных примесей и уменьшается время отстаивания (плотность хлопьев гидроксида железа (III) в 1,5 раза больше, чем гидроксида алюминия). К числу недостатков солей железа (III)

относится необходимость их точной дозировки, так как ее нарушение приводит к проникновению железа в фильтрат. Хлопья гидроксида железа (III) осаждаются неравномерно, в связи с чем, в воде остается большое количество мелких хлопьев, поступающих на фильтры. Эти недостатки в значительной мере устраняются при добавлении сульфата алюминия.

Хлорированный железный купорос Fe 2 (SO 4) 3 +FeCl 3 получают непосредственно на водоочистных комплексах обработкой раствора железного купороса хлором, вводя на 1 г FeSO 4 ·7H 2 O 0,160 − 0,220 г хлора. Смешанный алюможелезный коагулянт приготовляют из растворов сульфата алюминия и хлорного железа в пропорции 1:1 (по массе). Рекомендуемое соотношение может изменяться в конкретных условиях работы очистных сооружений. Максимальное отношение FeCl 3 к Al 2 (SO 4) 3 при применении смешанного коагулянта по массе равно 2:1. Вода, обработанная смешанным коагулянтом, как правило, не дает отложений даже при низких температурах, так как формирование и седиментация хлопьев заканчивается в основном до фильтров; хлопья осаждаются равномерно, и достигается более полное осветление воды. Применение смешанного коагулянта позволяет существенно сократить расход реагентов. Составные части смешанного коагулянта можно вводить как раздельно, та и предварительно смешав растворы. Первый способ более гибок при переходе от одного оптимального соотношения реагентов к другому, однако, при втором − проще осуществлять дозирование.

Сульфат алюминия является наиболее распространенным коагулянтом, применяемым в водоочистке для обработки питьевых и промышленных вод. Наиболее простым и наиболее старым способом получения неочищенного сернокислого алюминия является варка непрокаленного, но подсушенного каолина с серной кислотой. Степень превращения Al2O3 глины в сульфат не превышает 70 − 80%.

Получающиеся по этому способу продукты− неочищенный сернокислотный алюминий или коагулянты − после варки затвердевают и не подвергаются дополнительной обработке. Они содержат все примеси сырья.

Для получения очищенного сернокислого алюминия производят отделение нерастворимых примесей, что значительно усложняет производственный процесс. Усовершенствованием этого метода явились разложение каолина избытком серной кислоты для повышения степени извлечения Al2O3 и нейтрализация избыточной кислоты нефелином. Успешное применение нефелина в качестве добавки к каолину послужило основанием для производства нефелинового коагулянта из одного нефелина (без каолина):

(Na, K) 2 O·Al 2 O 3 ·2SiO 2 + 4H2SO 4 → (Na, K) 2 SO 4 + Al 2 (SO 4) 3 + 4H 2 O + 2SiO 2

Нефелиновый коагулянт

При смешении нефелинового концентрата с башенной серной кислотой без последующего разбавления водой смесь быстро загустевает, так как находящаяся в ней вода связывается с образовавшимися солями в твердые кристаллогидраты. Это сопровождается сильным повышением температуры, вызывающим значительное парообразование, что приводит к резкому увеличению объема смеси, которая превращается в твердую пористую массу, легко рассыпающуюся в порошок. Этот продукт, состоящий из смеси сульфата алюминия, калиевых, натриевых квасцов, SiO 2 и прочих примесей, находившихся в нефелине и образовавшихся при обработке его серной кислотой, называется нефелиновым коагулянтом. Его правильней было бы назвать неочищенным нефелиновым коагулянтом в отличие от очищенного нефелинового коагулянта, которым является смесь продуктов, полученная кристаллизацией раствора после отделения от него кремнеземистого осадка. Температура реакции, количество испарившейся воды, выход и свойства коагулянта зависят от концентрации исходной кислоты. В продукте, полученном при разложении нефелина 63-84,5%-ной кислотой, обнаружен бисульфат алюминия. Это объясняется неполной нейтрализацией серной кислоты. Наличие в коагулянте гигроскопичных кислых солей обусловливает поглощение им влаги из воздуха. В результате обводнения продукта происходит дальнейшее разложение непрореагировавшего нефелина. Этот процесс "дозревания" протекает на воздухе медленно около 12 суток, вследствие покрытия зерен непрореагировавшего нефелина кристаллами коагулянта. При растворении кристаллов в воде процесс дальнейшего разложения ускоряется и завершается в холодной воде в течение часа, а в горячей воде - в течение 5 минут. Таким образом, замедление взаимодействия нефелина с концентрированной серной кислотой (выше 63% H 2 SO 4) объясняется недостатком воды в жидкой фазе. С наибольшей скоростью нефелин разлагается 47-73%-ной серной кислотой. Получение неочищенного нефелинового коагулянта производится смешением нефелинового концентрата с башенной серной кислотой в котлах с мешалками и выливанием полученной пульпы до ее загустевания в аппараты для "созревания", т.е. затвердевания массы.

Твердая масса подвергается измельчению. При смешении нефелина с 92% серной кислотой реакция идет очень медленно и незагустевшая пульпа может легко перетекать в желоб со шнеком, куда добавляется вода для разбавления кислоты. После этого реакция идет очень быстро, и масса, интенсивно перемешиваемая шнеком и передвигаемая им вдоль аппарата, быстро затвердевает, превращаясь в мелкие зерна. Процесс смешения ведется в двух аппаратах, соединенных последовательно. В один из смесителей подают непрерывно кислоту и нефелиновый концентрат. Образующаяся пульпа перетекает во второй смеситель, откуда выходит из нижней части его через гидравлический затвор в ковшевой дозатор. В выходящей пульпе должно содержаться от 1,5 до 4% избыточной серной кислоты (в зависимости от качества нефелина). Под избыточной понимают кислоту, содержащуюся в пульпе сверх того количества, которое может прореагировать к концу процесса при гидратации. Из ковшевого дозатора пульпа поступает в шнек реактор, куда добавляют воду из расчета разбавления кислоты до 70−73% H2 S O 4 . Продолжительность пребывания массы в шнеке-реакторе составляет 28−30 сек и степень разложения нефелина за это время достигает 85−88%. Из реактора сухая рассыпчатая масса с температурой 80−100оС поступает на склад, где происходит дозревание и охлаждение продукта в течение 2−4 суток. На производство этим методом 1 т нефелинового коагулянта требуется: 0,32 т нефелиновой муки (до 1% влаги) или 0,105 т Al 2 O 3 (100%), 0,378 т серной кислоты (100%). Технология производства нефелинового коагулянта реализована в ОАО "Святогор", а также в ОАО "Апатит", где получаемый реагент используется при сгущении апатитового и нефелинового концентратов. Промышленный процесс комплексной переработки нефелинов, был разработан советскими специалистами и опробован на "Волховском алюминиевом заводе" в 1952 г. Сущность процесса заключается в спекании нефелина с известняком при температуре 1250-1300 о C. Полученную массу выщелачивают водным щелочным раствором, раствор алюмината натрия отделяют от шлама, затем освобождают от SiO 2 , осаждая его в автоклаве при давлении около 0,6 МПа, а затем известью при атмосферном давлении, и разлагают алюминат газообразным CO 2 . Полученный Al(OH) 3 , отделяют от раствора, а затем используют по назначению: при взаимодействии с серной кислотой получают сульфат алюминия, при прокаливании (t ~ 1200 о С) –глинозем. При таком способе переработки нефелина помимо глинозема и сульфата алюминия получают кальцинированную соду, поташ и цемент. Подобная технология получения сульфата алюминия из нефелина применяется в настоящее время на "Ачинском глиноземном комбинате".

Получение очищенного сульфата алюминия из гидроксида алюминия или оксида алюминия (глинозема)

Большинство российских производителей сульфата алюминия в качестве сырья используют гидроксид алюминия или окись алюминия (глинозем).

2Al(OH) 3 + 3H 2 SO 4 → Al 2 (SO 4) 3 + 6H 2 O

Al 2 O 3 + 3H 2 SO 4 → Al 2 (SO 4) 3 + 3H 2 O

При производстве очищенного сернокислого алюминия растворением в серной кислоте гидроокиси алюминия (или окиси алюминия) процесс осуществляют следующим образом. В реакционный котел (стальной резервуар, футерованный кислотоупорным кирпичом по слою диабазовой плитки) одновременно загружают гидроокись алюминия, серную кислоту и воду в приблизительно стехиометрическом соотношении,соответствующем содержанию в продукте примерно 90% Al 2 (SO 4) 3 ·18H 2 O и 10% свободной воды.

Перемешивание ведут острым паром, поддерживая температуру на уровне 110−120оС, и заканчивают его через 20-30 минут, когда количество свободной серной кислоты в пробе реакционной массы станет меньше 0,1%. Реакционную массу, содержащую 13,5−15% Al 2 O 3 (в виде сульфата алюминия), для ускорения последующей кристаллизации охлаждают в реакторе до 95оС, продувая через нее в течение 10 мин воздух. Затем ее сливают на кристаллизационный стол, оборудованный автоматической машиной для срезки застывшего продукта. Кристаллизация плава на столе продолжается около 50 мин и столько же времени занимает извлечение продукта из кристаллизатора, имеющего площадь 32-34 м2 (емкость примерно 6 т).

Расход материалов на 1 т продукта составляет: 0,142 т гидроокиси алюминия (в пересчете на Al2O3) и 0,40 т серной кислоты (100%). Кристаллизацию ведут также на охлаждаемой изнутри наружной поверхности горизонтального вращающегося барабана – на холодильных или кристаллизационных вальцах. Барабан частично погружен в находящийся в поддоне плав, имеющий температуру 90−100 о С. Кристаллизация на вальцах облегчает условия труда, обеспечивает непрерывный режим производства, улучшает товарные свойства продукта. Снимаемый с вальцев чешуйчатый продукт, содержащий 13,5−14% Al 2 O 3 , при хранении

слеживается. Неслеживающийся продукт получают, повышая содержание Al 2 O 3 до 15,3−15,8% (15,3% соответствует концентрации Al 2 O 3 в кристаллогидрате Al2(SO4)3·18H2O). При длине барабана вальцев 2,2 м и диаметре 1,8 м (поверхность теплообмена 12,4 м2), при выпуске продукта с содержанием 13,5–14% Al 2 O 3 , число оборотов барабана составляет 4,3 в минуту и средняя рабочая производительность вальцев равна 2,4 т/ч; при выпуске продукта, содержащего 15,3−15,8% Al2O3, барабан делает 1−1,2 об/мин и производительность снижается до 1 т/ч.

Для получения неслеживающегося продукта предложено также смешивать пульпу гидроокиси алюминия с 60%-ной серной кислотой, взятой в количестве 95-97% от стехиометрического и образующийся раствор с температурой 100 о С направлять для кристаллизации на холодные вальцы. Продукт содержит примесь основной соли. Запатентован непрерывный способ получения сульфата алюминия, в котором водная суспензия Al(OH) 3 и серная кислота в стехиометрическом отношении подаются с большой скоростью дозирующими насосами в смесительные форсунки реактора, в котором масса находится не менее 30 секунд. Затем она охлаждается до температуры ниже 100 о С в проточном холодильнике и продавливается через сопла или прорези для образования мелкогранулированного продукта.

Получение оксихлорида алюминия

Кристаллы оксихлорида алюминия Al 2 (OH) 5 Cl·6H2O получаются растворением свежеосажденного гидроксида алюминия в 0,5−1% растворе соляной кислоты. Реагент содержит 40−44% Al 2 O 3 и 20−21% NaCl. Выпускается в виде 35%-ного раствора. Кроме того, полиоксихлорид алюминия получают при взаимодействии HCl с чистым алюминием:

2Al(OH)3 + HCl → Al 2 (OH) 5 Cl + H2O

2Al + HCl + 5H 2 O → Al 2 (OH) 5 Cl + 3H2

Кроме обычной воды, есть еще воды сточные. Появляются они в результате промывок, это воды, которые используются несколько раз. Те же самые отходы, после восстановления картриджей ионного обмена тоже можно смело назвать сточными водами. У таких жидкостей высокое количество вредных примесей в составе. И просто так слить их в атмосферу не получится. Можно отравить целый город. Потому есть целый раздел среди очистителей воды, которые занимаются именно сточными водами. И именно здесь нашли себя коагулянты для воды .

Виды воды для коагулянтов

В общем и целом, коагулянты для очистки воды используются не только для , но еще и для обычной воды, когда требуется очистить ее особенным способом для получения определенных характеристик. Но поскольку применение в стоках больше, то и разобраться в видах такой воды не помешает.

Классификацию грязной воды можно разделить на группы:

· По источнику;
· По виду загрязнений;
· По стадии загрязнений

Все виды стоков при делении по группам можно представить в виде таблицы.

То есть одних только стоковых вод имеется множество вариантов.

Вода, образованная бытовыми отходами – это вода в унитазах, раковинах, в общем все то, что потребитель потом сливает. Стирка или мытье посуды, это все уже стоковая вода. Есть такого вида воды и на производствах. Все, что используется для охлаждения, для стимулирования каких-либо реакций – это все вредная производственная вода.

Что же тогда относится к атмосферным загрязнениям? Это любая вода образованная дождем, снегом, стекающая с крыш, даже вода из поливочных машин будет уже сточной. Т.к. она убирала мусор с мостовых.

Биологические примеси подразумевают глисты, яйца глистов, вирусы, и даже дрожи. Стоки могут быть сильно загрязненными, условно-загрязненными. В общем, просто так спускать в атмосферу такую воду нельзя. Они легко могут отравить всю атмосферу, привести к развитию бактериологических эпидемий и т.п. Потому так важно использовать коагулянты для воды, до того, как вода будет запущенна в производственную систему или же будет утилизирована в ближайшем озере.

Применение спецвеществ – коагулянтов в очистке воды

При таком количестве загрязнений в стоках, итак понятно, что вопрос их очистки, не просто вопрос, это проблема, требующая немедленного решения. Коагулянты для воды – это настолько мощное средство очищения, что иногда они помогают привести воду в состояние, когда ее можно использовать повторно, например, в замкнутых циклах производства.

В зависимости от того для чего нужны очищающие реагенты их и делят на группы для промышленности и для бытовых нужд.

Итак, коагулянты для очистки воды . Здесь есть свои нюансы, т.к. вода для бассейнов должна быть и чистой и обезвреженной одновременно. В этой воде купается большое количество людей, у всех пот, кусочки кожи и т.п. Потому нужно обезвредить все эти испражнения, но при этом не отравить людей.

Насос в бассейне работает на циркуляцию, а не фильтрацию, чтобы вода не застаивалась. Все примеси, под влиянием коагулянтов оседают на дне, и высасываются насосом или устраняются через фильтр. Прежде чем, смешивать воду с реагентом нужно определить ее кислотность. Если порог высок, то вместе с коагулянтами такая вода может образовывать отравляющие вещества.

Коагулянты занимаются тем, что ускоряют или создают реакцию. В результате ее мелкие частицы примесей объединяются и оседают на дно. Отфильтровав воду в бассейне, и получают вторично очищенную жидкость, которую можно слить в атмосферу или же использовать в замкнутом циркуляционном процессе.

Хлорид алюминия

В качестве примера таких веществ можно упомянуть сульфат алюминия, хлорид алюминия . Это далеко не все, для бассейнов скорее используют хлористые соединения. Очень часто такие вещества применяют в целлюлозных производствах, где постоянно нужно очищать оборудование, и вода после этих процессов становится вредной.

Хлориды алюминия сегодня самые используемые коагулянты для водных ресурсов. Они не такие уж и старые вещества, промышленное их производство наладили относительно недавно, в конце двадцатого века.

Гидроксилхлорид алюминия

Еще один прогрессивный реагент – гидроксилхлорид алюминия . Это более продуктивная форма. Легко и качественно убирает мутность в воде. С таким веществом уровень кислотно-щелочного баланса регулировать не нужно. Хлопья образуются хорошо и без таких корректировок.

Также гидроксидхлорид поможет убрать цвет воды, скорость образования хлопьев значительно выше, чем у обычного гидроксида. Еще один плюс – устранение ионов тяжелых металлов. То есть реагент работает на несколько фронтов сразу. Получается на выходе вода с меньшим количеством примесей алюминия солей и хлористых соединений.

Кстати, некоторые, коагулянт гидроксилхлорид алюминия применяют и для , если первичная вода слишком загрязнена.

Таким образом, вредные вещества в виде коагулянтов могут быть и очень полезными, если их использовать правильно и в нужных количествах. Тогда вода будет и очищенной, и дезинфицированной одновременно и благодаря одной стадии очистки, вместо нескольких.

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.

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(SO 4) 3 ·18Н 2 О, сернокислое железо (железный купорос) FeSO 4 ·7Н 2 О, хлорное железо FeCl 3 ·6H 2 O.

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 О 2 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 (СО 3) 2- и гидрокарбонатов (НСО 3) - . 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.