Как используются коагулянты и флокулянты для очистки воды?

Коагуляция и флокуляция являются важными компонентами как для очистки питьевой воды, так и для очистки сточных вод. Они обеспечивают надежный процесс устранения мутности воды (помутнения или мутноватости жидкости, обычно невидимой невооруженным глазом), что является ключевым критерием качества воды. При очистке сточных вод они позволяют снизить содержание взвешенных веществ и органики до 90%.

Любая вода содержит взвешенные частицы. Мельчайшие частицы (коллоиды) стабилизируются под действием физических сил (статического электричества) на самих частицах, и, поскольку все они, будучи взвешенными в воде, имеют отрицательный заряд, они отталкиваются друг от друга. Это приводит к тому, что они остаются во взвешенном состоянии, а не собираются в комки и не оседают на поверхности воды. На оседание им могут потребоваться дни или даже столетия!

Коагуляция и флокуляция — это два отдельных процесса, которые используются последовательно для преодоления сил, стабилизирующих взвешенные частицы. В то время как коагуляция нейтрализует заряды на частицах, флокуляция позволяет им связываться друг с другом, увеличивая их в размерах, что облегчает их отделение от жидкости.

Коагуляция разрушает процесс, при котором мельчайшие частицы отталкиваются друг от друга, и способствует их объединению в более крупные, способные слипаться. Чем крупнее частица, тем легче ее отделить от жидкости. Использование коагулянтов для очистки воды восходит примерно к 2000 году до нашей эры, когда египтяне использовали миндаль, намазанный вокруг сосудов, для очистки речной воды.

Эти более крупные «сгустки» частиц называются микропластинками, и их не всегда можно увидеть невооруженным глазом. Вода, окружающая эти вновь образовавшиеся частицы, должна быть прозрачной – это будет сигналом того, что заряды частиц нейтрализованы. Если это не так, возможно, потребуется больше коагулянта. Слишком много коагулянта, и частицы снова начнут отталкиваться друг от друга, но преимущественно за счет обратного заряда.

Быстрое перемешивание обеспечивает правильное распределение коагулянта, способствующее столкновению частиц. Продукты гидролиза металлического коагулянта, образующиеся в течение 0,01–1,0 секунды, как правило, наиболее эффективны для дестабилизации — вот почему регулирование рН и последующее дозирование большего количества коагулянта после первоначального добавления коагулянта редко бывает эффективным.

Один из распространенных типов смесителей быстрого приготовления называется реактором обратного перемешивания, который обычно состоит из квадратных емкостей с вертикальными крыльчатками. Во многих случаях они дают плохие результаты, и мы стремимся разрабатывать встроенные смесители с регулировкой градиента скорости, чтобы обеспечить наилучшие условия для быстрого перемешивания.

На сегодняшний день существует два типа коагулянтов, наиболее часто используемых для очистки воды и сточных вод: органические и неорганические.

К органическим коагулянтам относятся полиамины, полидиаллилдиметиламмоний хлорид (Polydadmacs) и политаннат.

Доказано, что как полиаминовые, так и Polydadmacs -коагулянты очень эффективны при удалении большинства взвешенных частиц. Таннаты особенно эффективны в маслах и жирах.

• Обеспечивают относительно низкую плотность загрузки для более эффективной нейтрализации взвешенных частиц с меньшим зарядом. Образует более длинные полимерные цепочки, которые усиливают образование микрофлоры без использования металлов или гидроксидов
• Способен удалять часть органических веществ-предшественников, которые могут соединяться с хлором с образованием побочных продуктов дезинфекции
• Образует небольшие хлопья
• Жидкие формы, не вызывающие коррозии, готовые к непосредственному использованию.
• pH не влияет на них и изменяется редко или незначительно.

• Более высокая стоимость единицы продукции
• При высокой потребности в коагулянтах требуются высокие дозы
• Хлопья низкой плотности – не всегда хорошо оседают.

К неорганическим коагулянтам относятся коагулянты алюминия (например, сульфат алюминия, хлорид алюминия и алюминат натрия) и коагулянты железа (например, сульфат трехвалентного железа, сульфат двухвалентного железа, хлорид трехвалентного железа и сульфат трехвалентного железа). Доказано, что оба они очень эффективны при удалении большинства взвешенных веществ.

• Позволяет высокозарядным ионам создавать высокую плотность заряда для нейтрализации взвешенных частиц, что позволяет гидратированным неорганическим гидроксидам образовывать короткие полимерные цепочки, которые усиливают образование микрофлоры и тяжелых хлопьев.
• Способен удалять часть органических веществ-предшественников, которые могут соединяться с хлором с образованием побочных продуктов дезинфекции
• Низкая стоимость единицы продукции и широкая доступность

• Они создают большие объемы хлопьев, богатых металлом, которые необходимо утилизировать экологически приемлемым способом, что может значительно увеличить затраты на утилизацию
• Они могут существенно изменять рН воды, который имеет решающее значение для эффективной коагуляции, что требует контроля рН. Для них также требуется устойчивое к коррозии оборудование для хранения и подачи корма.
• Сульфат и хлорид алюминия, сульфат и хлорид трехвалентного железа и сернокислое железо обладают высокой кислотностью, снижают щелочность и pH. Алюминат натрия, напротив, повышает щелочность и pH.

Сульфат алюминия является наиболее часто используемым химическим веществом для коагуляции при очистке сточных вод. К другим широко используемым коагулянтам относятся алюминат натрия, сульфат железа и хлорид железа.

Сульфат алюминия является наиболее широко используемым алюминиевым коагулянтом. Он выпускается в различных твердых формах, таких как брикеты, гранулированный или молотый, а также в виде раствора. При добавлении в воду кислотный коагулянт и естественная щелочность воды вступают в реакцию с образованием хлопьев гидроксида алюминия, которые обычно состоят из бикарбоната кальция. Контроль рН важен при коагуляции, как для устранения мутности и окрашивания, так и для поддержания минимального уровня растворенного остаточного алюминия в осветленной воде.

Алюминат натрия образуется при соединении оксида натрия и окиси алюминия. Твердые формы этого химического вещества обычно содержат 70-80% алюмината натрия, в то время как жидкие формы содержат около 30% алюмината натрия. Благодаря низкой молекулярной массе АИ, растворы алюмината натрия снижают образование химического осадка по сравнению с железом. Кроме того, алюминаты повышают щелочность воды, устраняя необходимость в извести или гидроксидах.

Сульфат железа — это разновидность коагулянта железа, который часто используется в сочетании с хлором и позволяет получить более плотные хлопья, чем сульфат алюминия. По сравнению с квасцами сульфат железа обладает некоторыми преимуществами; например, гранулированные частицы гидроксидов железа имеют более высокую плотность, чем гранулы квасцов, и легче удаляются путем осаждения. Однако у него есть и недостатки, поскольку при этом образуется значительно более тяжелый гидроксидный осадок, который трудно растворить.

Хлорид железа используется в качестве флокулянта и коагулянта. Он универсален в водоподготовке и является альтернативой сульфату железа. Как правило, он способствует более быстрому осаждению, особенно в холодной воде. Однако это менее популярный вариант, поскольку хлориды могут повышать коррозионную активность воды.

При очистке воды обычно используются металлические коагулянты, подобные перечисленным выше. Наличие и доступность по цене являются ключевыми факторами, которые, как правило, влияют на выбор используемого коагулянта. Сульфат алюминия является общедоступным и доступным по цене, а также очень эффективным.

• Синтетические коагулянты могут обладать высокой плотностью заряда на относительно крупных молекулах. В зависимости от способа их получения, некоторые из синтетических производных могут действовать как флокулянт.
• Биополимерные коагулянты из природных источников (таких как грибы и растения). Как правило, они образуют меньше осадка, менее токсичны и считаются более безопасными.

После коагуляции (“нейтрализации заряда”) должен произойти второй процесс, называемый флокуляцией. Это превращение мелких нейтральных частиц в более крупные. Флокулянты — это вещества, которые способствуют слипанию мелких частиц в «хлопья», которые затем легко отделяются от воды. Это, как правило, полимеры.

Процесс флокуляции — это этап бережного перемешивания, на котором размер частиц увеличивается от микрочастиц до крупных, хорошо различимых взвешенных частиц, называемых «пин-флоксами». Дополнительные столкновения между «пин-флоксами» приводят к образованию еще более крупных «макрочастиц». Флокулянты, представляющие собой длинноцепочечные полимеры с низким содержанием заряда, способствуют связыванию, усилению сил Ван-дер-Ваальса и образованию водородных связей между частицами. Как только эти хлопья достигнут оптимального размера и прочности, вода готова для разделения твердых частиц на жидкие. Это может быть фильтрация, центрифугирование, отстаивание или флотация.

Полимеры представляют собой ряд водорастворимых высокомолекулярных соединений, которые обладают способностью стабилизировать или усиливать флокуляцию компонентов в воде. Они добавляются в процессе флокуляции, чтобы упрочнить и увеличить оседающую массу хлопьев.

Полимеры могут быть как натуральными, так и синтетическими. История природных полимеров также восходит к древним временам, и в санскритской литературе, датируемой примерно 2000 годом до нашей эры, упоминается использование измельченных орехов для очистки воды. Природные полимеры практически не содержат токсинов и поддаются биологическому разложению. Синтетические полимеры используются чаще, поскольку они более эффективны, надежны, воспроизводимы и экономичны.

При коагуляции и флокуляции удаляется большое количество органических соединений, а также взвешенных частиц, включая неорганические осадки. При этом удаляются частицы и растворенные вещества, однако в воде все еще могут содержаться патогенные микроорганизмы, включая вирусы и бактерии. Патогенные микроорганизмы, как правило, удаляются только в том случае, если они присоединяются к растворенным веществам, которые удаляются путем коагуляции и флокуляции.

Это первый этап очистки сточных вод и превращения их в питьевую воду — коагуляция и флокуляция удаляют многие частицы, которые затрудняют обеззараживание воды. Благодаря коагуляции и флокуляции для обеззараживания воды требуется добавлять меньшее количество хлора. А использование меньшего количества хлора экономит деньги и делает воду более безопасной.

Коагуляция и флокуляция — это две отдельные, важные части процесса очистки воды и сточных вод. Коагуляция дестабилизирует мельчайшие взвешенные частицы за счет нейтрализации статического заряда, в то время как флокуляция помогает им связываться друг с другом, образуя более крупные структуры, что облегчает их отделение от жидкой фазы.

Ассортимент предлагаемых коагулянтов и специально подобранных флокулянтов позволяет значительно снизить образование осадка и создать альтернативные одноразовые маршруты или новые варианты очистки сточных вод для наших клиентов. Чтобы узнать больше, свяжитесь с нами.