Особенности применения различных солей в качестве

Коагулянтов

В качестве коагулянтов наиболее широко применяются соли алюминия и железа, иногда соли магния, цинка и т.д. Области применения тех или иных коагулянтов зависят от требований к очищенной воде, условий очистки и состава очищаемой воды. Отличительной особенностью солей алюминия является большая способность гидроксида алюминия к адсорбции примесей, в частности, красителей, чем гидроксида железа. Изоэлектрическая область для гидроксида алюминия, в которой он имеет наименьшую растворимость, соответствует рН 6,5 – 7,8. При более низких рН могут образоваться частично растворимые оксисоли, при более высоких – растворимые алюминаты. При температурах ниже 4 ⁰С за счет усиливающейся гидратации гидроксида замедляются процессы хлопьеобразования и отстаивания, возрастает попадание остаточного алюминия в очищенную воду.

Одним из недостатков процессов коагуляции является изменение солевого состава очищенной воды. Образующаяся при гидролизе сульфата алюминия серная кислота (или хлороводородная кислота при использовании хлорида) нейтрализуется щелочным резервом воды или специально вводимым подщелачивающим агентом (содой, известковым молоком). Соответственно в очищенной воде возрастает концентрация сульфатных или хлоридных ионов, что нежелательно. Если же нейтрализации не происходит, то уменьшается рН среды, что препятствует протеканию полного гидролиза, т.е. ухудшаются показатели процесса. В настоящее время все большее распространение в качестве коагулянтов получают гидроксихлориды алюминия иногда называемые щелочными коагулянтами. При их использовании щелочность обрабатываемой воды снижается незначительно, меньше изменяется солевой состав воды, что особенно важно для мягких вод.

Соли железа /III/ в качестве коагулянтов имеют некоторые преимущества по сравнению с солями алюминия. В меньшей мере на коагуляцию влияет рН раствора, увеличивается скорость осаждения хлопьев, так как плотность частиц гидроксида железа /III/ больше плотности частиц гидроксида алюминия, лучше протекает коагуляция при низких температурах. Однако осаждение хлопьев гидроксида железа протекает неравномерно, что может привести к их проскоку с водой после отделения осадка. При применении солей железа /II/ происходит окисление гидроксида железа /II/ до , которое замедляется при рН менее 8, и наблюдается неполное осаждение. Часто для окисления железа /II/ используют активный хлор. Наиболее часто соли используют при очистке вод, имеющих рН более 10, когда неприменимы соли алюминия или при удалении магнезиальной жесткости.

Для обеспечения более равномерного осаждения хлопьев, снижения расхода коагулянтов используют смешанные алюможелезные коагулянты, например, сульфат алюминия и хлорид железа/III/ в соотношении1:1.

Для интенсификации коагулирования используют различные приемы. Протекание коагулирования во всем объеме обеспечивается интенсивным смешением реагентов в течение 1 – 2 мин. при мокром дозировании и до 3 мин. при сухом дозировании коагулянта. Смешение коагулянта с очищаемой водой должно происходить таким образом, чтобы первоначально образовалось большое число мелких агрегатов, на поверхности которых хемосорбированы заряженные полиядерные гидроксокомплексы металлов. Последние обладают высокой активностью по отношению к очищаемым примесям. Желательно внести коагулянт в относительно небольшой объем очищаемой воды, а затем быстро смешать ее с остальной частью - это раздельное коагулирование. Повышение начальной концентрации коагулянта создает наилучшие условия для процесса - так называемая концентрированная коагуляция. Часто рекомендуется отношение объемов воды обработанной и необработанной 1:1,5. Такой прием позволяет достичь равных показателей процесса при снижении расхода реагентов на 20 – 30 %.

Для улучшения хлопьеобразования и качественных показателей очищенной воды применяют метод предварительного выделения гидроксидов, сущность которого заключается в предварительном смешении коагулянта и подщелачивающего агента с 1% обрабатываемой воды. В реакторе образуются мелкие хлопья гидроксидов и оксисолей, обладающие высокой сорбционной способностью к примесям и хорошей агломерацией в крупные хлопья. Затем полученная суспензия подается в основной поток воды.

При обработке высокоцветных маломутных вод хорошие результаты достигаются при дробной коагуляции /фракционирование/.В этом случае коагулянт добавляют к очищаемой воде двумя или несколькими потоками и последовательно вводят различные коагулянты. Промежуток времени между введением отдельных частей коагулянта – 90 – 120с. На первом этапе образуются мелкие агрегаты, хорошо сорбирующие примеси красителей, ПАВ при интенсивном перемешивании. Для очистки подобных окрашенных стоков при небольшой цветности используют периодическую коагуляцию.

Процесс хлопьеобразования успешно протекает при медленном и равномерном перемешивании дисперсной системы, что способствует агломерации мелких хлопьев в крупные, легко оседающие. При перемешивании ускоряется рост частиц за счет их столкновения. Введение дополнительного замутнителя при низких температурах сокращает продолжительность хлопьеобразования на 30 – 60 %, и одновременно уменьшается требуемое количество коагулянта. В качестве замутнителей используют глинистые частицы (до 10 мг/л), порошкообразный активный уголь (2 – 5мг/л), а также осадки отстойников или промывные воды фильтров. Однако перемешивание не должно быть очень интенсивным, чтобы избежать разрушения хлопьев. Также стремятся сокращать продолжительность пребывания дисперсной системы между стадией хлопьеобразования и отстаиванием. Для обесцвечивания сточных вод подщелачивающие агенты вводятся после внесения коагулянтов, так как часть окрашенных веществ успевает сорбироваться в момент образования гидроксидов, возможно, в период образования мицелярных структур и построения шарообразных агрегатов. Аналогично ведут себя органические вещества, например, гуматы, которые при низких рН гидролизуются с образованием отрицательно заряженных частиц. Последние энергично взаимодействуют с положительно заряженными комплексами (мицеллами).

Одним из важнейших технологических параметров процессов очистки сточных вод является доза коагулянта. Ее оптимальная величина зависит от свойств дисперсной фазы системы: цветности, количества взвешенных веществ, ионного состава среды, рН, Т и т.д. При недостаточной дозе коагулянта не достигается требуемой степени очистки, а при избытке - наряду с перерасходом коагулянта в некоторых случаях может ухудшаться коагуляция. Большое влияние на дозу коагулянтов оказывает температура проведения процесса. особенно на мутных водах. Повышение температуры воды с 4 до 24 ⁰С приводит к сокращению дозы коагулянта более, чем в 1,5 раза.

Доза коагулянта обычно определяется на основе эмпирических данных, например, приведенных на рис. 2.5.

Для вод, содержащих грубодисперсную взвесь, применяются меньшие дозы, а при наличии и окрашенных, и взвешенных веществ применяются большие дозы, чем вычисленные по мутности или цветности.

Влияние основных параметров проведения процесса на дозу коагулянта можно проследить по эмпирической формуле, предложенной для расчета дозы сульфата алюминия при очистке природных вод, например, воды реки Москвы для весеннего периода:

(2.11)

где – доза сульфата алюминия, мг /л; – мутность воды. мг/л; – щелочность воды, мг-экв/л; – температура, ⁰С.

Формула не отражает механизма явлений, протекающих при обработке воды коагулянтами, но позволяет показать, что с ростом щелочности доза реагента для мутных вод уменьшается также, как при повышении температуры и .