Закономерности процесса коагуляции

       Коагуляцией называется процесс укрупнения частиц дисперсной системы вследствие их взаимного слипания под действием сил межмолекулярного притяжения (сил Ван-дер-Ваальса) и электролитов.

       Дело в том, что тонкодисперсные и коллоидные примеси воды образуют агрегативно-устойчивые системы, обладающие способностью противостоять слипанию частиц и сохранять дисперсное состояние. Устойчивость большинства частиц обусловлена наличием на поверхности электрического заряда одного знака (отрицательного), что препятствует их взаимному слипанию. Для удаления таких примесей из воды необходимо нарушить их агрегативную устойчивость и создать условия для укрупнения частиц.

       Агрегативная устойчивость примесей легко нарушается снижением заряда частиц при введении в воду электролитов (коагулянтов) с ионами противоположного заряда (положительного).

       В практике очистки воды в качестве коагулянтов широко применяются соли алюминия и железа: сернокислый алюминий Al₂( SO₄)₃, оксихлорид алюминия Al₂(OH)∙ n∙ Cl6-n (ОХА), хлорное железо FeCl₃, железный купорос FeSO₄, сульфат железа Fe₂( SO₄)₃ и др.

       При введении в воду коагулянта, например сернокислого алюминия, происходит диссоциация его молекул:

Al₂(SO₄)₃ Û 2 Al³⁺ + 3SO₄²⁻ .

       Часть катионов Al³⁺ адсорбируется коллоидными и взвешенными веществами и снижает их заряд. Другая часть гидролизуется с образованием малорастворимого гидроксида алюминия Al(OH)₃.

Процесс гидролиза протекает в три стадии с выделением иона водорода (Н⁺). Это снижает рН воды и замедляет процесс гидролиза и коагуляции, который может идти не до конца и остановиться на первой или второй стадии.

Образование Al( OH)₃ является необходимым условием успешной коагуляции.   

Если в воде имеется достаточный щелочной резерв, то ионы Н⁺ связываются гидрокарбонатными ионами НСО₃⁻ :

Н⁺ + НСО₃⁻ = Н₂О + СО₂­.

Для обеспечения полного гидролиза коагулянта при недостаточной щелочности исходной воды в нее добавляют подщелачивающий реагент, чаще всего известь или соду.

При добавлении извести Са(ОН)₂ водород связывается ОН⁻ ионом

Н⁺ + ОН⁻ = Н₂О.

При добавлении соды Na₂CO₃ ионы водорода связываются карбонатными ионами в гидрокарбонатные

Н⁺ + СО₃²⁻ = НСО₃⁻ .

Дозы щелочных реагентов рекомендуется определять с учетом обеспечения после коагуляции резервной (остаточной) щелочности обработанной воды равной 1 мг-экв/л из выражения

Д_щ = К_щ (Д_к/е_к – Щ_исх + 1), мг/л

 

где К_щ – коэффициент щелочного реагента, который для извести равен 28, для соды – 53;

Д_к – расчетная доза коагулянта, мг/л;

е_к – эквивалентная масса коагулянта, мг/мг-экв;

Щ_исх – минимальная щелочность исходной воды, мг-экв/л.

При положительном результате расчета сразу определяется требуемая доза реагента. Отрицательный результат расчета говорит о том, что подщелачивания не требуется.

Различают коагуляцию примесей воды в свободном объеме и контактную коагуляцию.

       При коагуляции в свободном объеме после введения коагулянта осуществляется его быстрое смешение с водой в смесителях и последующее плавное перемешивание в камерах хлопьеобразования (флокуляции), где создаются условия для сближения и слипания частиц. В результате такой коагуляции образуются крупные хлопья, которые удаляются из воды в отстойниках или флотаторах.

Контактная коагуляция – это процесс адсорбции примесей воды с нарушенной агрегативной устойчивостью и коллоидных гидроксидов металлов коагулянта на поверхности крупных частиц контактной массы. Метод основан на высоком эффекте взаимодействия частиц, значительно различающихся по своим размерам. В качестве контактной массы используются зернистые материалы в плотном слое (контактные осветлители и контактные фильтры) или взвешенный слой ранее сформированного осадка (осветлители с взвешенным осадком).

При контактной коагуляции после смешения с коагулянтом вода сразу подается в зону контактной массы.

       На ход процесса коагуляции оказывают влияние многие факторы, такие как доза коагулянта, температура, рН, щелочность, условия перемешивания, содержание и состав естественных взвесей и др.

Важнейшим фактором, определяющим эффективность процесса коагуляции, является подача в обрабатываемую воду требуемых количеств реагентов или, чаще говорят, оптимальных доз реагентов. Под оптимальной дозой понимают минимальное количество активного продукта реагента, выраженное в мг/л или г/м³, необходимого для достижения требуемого эффекта процесса коагуляции. Величина оптимальной дозы реагента зависит от содержания примесей воды, условий коагуляции и, достаточно точно, может быть определена экспериментально проведением по известным методикам технологического анализа на каждой конкретной воде. В результате такого анализа строят коагуляционные кривые, по которым определяют оптимальные дозы.

При невозможности проведения технологического анализа приблизительные дозы коагулянта определяются в зависимости от цветности воды из выражения Д_к = 4Ö Ц, мг/л и мутности (см. табл.16 СНиП 2.04.02-84). В качестве расчетной величины принимается большая величина из двух полученных доз.

Затем проверяется необходимость подщелачивания и определяется доза щелочного реагента из выражения, приведенного ранее.

Флокуляция примесей воды

Под флокуляцией обычно понимают агрегацию примесей воды под действием полимеров, в то время, как коагуляция – это агрегация примесей под действием простых ионов.

Флокулянтами называют высокомолекулярные вещества, образующие в водных растворах длинные цепочки. Флокулянты используются, чаще всего, в дополнение к коагулянтам. Образовавшиеся в водных растворах длинные цепочки флокулянта объединяют коагулированные частицы в крупные агрегаты, которые эффективно удаляются в отстойниках (рис. 1.3.3.).

Рис. 1.3.3. Структура хлопьев, образованных в процессе коагуляции и флокуляции

 

 

⇐ Предыдущая16171819202122232425Следующая ⇒

Поделиться: