Виды коагулянтов для очистки воды

Условия для протекания процесса

Максимальная эффективность очистки сточных вод достигается путем комплексного подхода решения проблемы. Поэтому при обустройстве автономных очистных сооружений коагуляцию применяют в комплексе с механической и биологической очисткой.

Для этого возводят конструкции, состоящие из вертикальных отстойников, разделенных перегородками. Благодаря этому стоки проходят многоступенчатую очистку. Сначала они отстаиваются, затем очищаются путем переработки бактериями, после чего поступают в камеру, где вступают в процесс коагуляции и на завершающем этапе фильтруются.

Коагулянт может располагаться в отдельном пластиковом контейнере, подвешенном в чаше унитаза, благодаря чему при каждом смыве частички реагента попадают вместе со стоками в систему

Установку специализированного оборудования, расчет примерной дозы расходных материалов и первоначальный контроль на всех этапах за процессом очистки стоков лучше поручить профессионалам.

Схема коагуляции включает три основных этапа:

1. Внесение коагулянта в загрязненную жидкость.
2. Создание условий для максимального взаимодействия действующего реагента с примесями.
3. Отстаивание с последующей фильтрацией осевших частиц.

Необходимым условием протекания коагуляции является равенство частиц с противоположным зарядом

Поэтому, чтобы обеспечить достижение желаемого результата, получив наибольшее снижение мутности стоков, так важно соблюдать концентрацию используемого реагента

При использовании коагулянтов для очистки сточных вод следует учитывать, что эти вещества работают только при плюсовой температуре.

Рабочий диапазон реагентов варьируется в пределах от 10 до 40°С, и в случае превышения температуры выше этого показателя реакция начинает протекать намного медленнее

Поэтому так важно обеспечивать стабильность прогрева обрабатываемой воды. Для ускорения процесса коагулирования в состав воды можно добавлять вещества, способные образовывать коллоидные дисперсионные системы – флокулянты

Для этой цели чаще всего используют: крахмал, полиакриламид, активированный силикат. Они будут адсорбироваться на хлопьях коагулянта, превращая их в более прочные и крупные агрегаты

Для ускорения процесса коагулирования в состав воды можно добавлять вещества, способные образовывать коллоидные дисперсионные системы – флокулянты. Для этой цели чаще всего используют: крахмал, полиакриламид, активированный силикат. Они будут адсорбироваться на хлопьях коагулянта, превращая их в более прочные и крупные агрегаты.

Флокулянт вводят в зону контактной среды спустя 1-3 минуты с момента ввода коагулянта. К этому времени процессы образования микрохлопьев и следующая за ними сорбция осаждающих веществ завершаются.

Количество осадка, выпадающего в контактных резервуарах, зависит от типа используемого реагента и степени предварительной очистки подлежащих обработке стоков.

В среднем после механической очистки объем осадка из расчета на одного человека в сутки составляет порядка 0,08 литра, после прохождения биофильтров – 0,05 л, а после обработки в аэротенке – 0,03 литра. Его необходимо лишь вовремя удалять по мере наполняемости резервуара.

Применение реагентов: за и против

Эффективность современного оборудования по нейтрализации примесей в сточных водах не способна достигнуть максимального уровня без задействования реагентов.

Современные коагулянты позволяют существенно повысить интенсивность и качество процесса очистки сточных вод. Высокая стоимость реагентов окупается рядом преимуществ, которыми они обладают.

Среди неоспоримых достоинств применения синтетических коагулянтов стоит выделить:

• эффективность;
• доступная стоимость;
• высокое качество очистки;
• универсальность применения.

Сточные воды представляют собой устойчивую агрессивную систему. И разрушить ее, сформировав крупные частицы с тем, чтобы в последующем вывести их путем фильтрации, помогает коагуляция.

Применение реагентов дает хорошие результаты по выведению из стоков взвешенных и коллоидных частиц.

По сути частицы коагулирующей фазы, сформированной под действием коагулянтов, являются одновременно и центром хлопьеобразования и утяжелителем

Но осадительный метод с применением реагентов не лишен недостатков. К числу таковых стоит отнести:

• необходимость строгого соблюдения дозировки;
• образование большого объема вторичных отходов, которые нуждаются в дополнительной фильтрации;
• трудоемкость налаживания процесса собственными силами.

В промышленных масштабах процессы коагуляции задействуются повсеместно, они поставлены на поток. Для налаживания системы в домашних условиях придется приобретать специальные установки, стоимость которых довольно высока.

Большинство хозяев решают этот вопрос путем применения отдельных коагулянтов бытового типа, которые продаются в небольших по объему емкостях.

Действующие вещества просто добавляют в жидкость, а затем отфильтровывают выпавший на дне осадок; но этот процесс довольно трудоемок и потому на его реализацию затрачивается много времени

В ряде случаев коагуляция может осуществляться непосредственно в механической фильтрационной системе. Для этого реагент вводят в участок трубопровода с подлежащей обработке жидкостью перед местом подачи ее на фильтр. И в этом случае в фильтрационную систему поступают уже инородные частицы, «преобразованные» в хлопья.

Принцип работы коагулянтов

Коагуляция – метод очистки воды путем сцепления загрязняющих дисперсных веществ для последующего удаления механическим методом, фильтрацией. Объединение загрязняющих частиц происходит благодаря введению коагулирующих реагентов, создающих условия для простейшего устранения связанных загрязнителей из очищаемой воды.

Термин «coagulatio» в переводе с латинского обозначает «сгущение» или «свертывание». Сами коагулянты представляют собой вещества, способные за счет химической реакции создавать нерастворимые и малорастворимые соединения, которые проще и легче вывести из состава воды, чем дисперсные компоненты.

Галерея изображений
Фото из
Коагулянты относятся к группе жидких фильтров — веществ, способных очищать воду в ходе химической реакции

При внесении коагулянов в подлежащую обработке грязную воду примеси органического и неорганического происхождения нейтрализуются посредством образования гелеобразного осадка и выпадения на дно

Внесение коагулянтов в септические системы позволяет ускорить процесс осаждения примесей, повышает степень очистки воды, благодаря чему стоки можно сбрасывать без применения систем подземной доочистки

Активное применение коагулянты нашли на предприятиях химической и пищевой промышленности, где их внедрение в технологическую цепочку существенно сокращает расходы по утилизации стоков

Кроме внесения в очистные сооружения независимой канализации коагулянты в быту служат для очистки воды в декоративных прудах и фонтанах

Вода с внесенным коагулянтом не цветет при постоянном освещении, при этом не наносит ущерба окрущающей среде и создает угроз экологической обстановке

Обработка воды коагулянтом в бассейне гарантирует возможность сброса воды на рельеф без использования септика. Главное, вовремя убрать осадок

Коагулянты допускается применять для подготовки питьевой воды и воды для наполнения аквариумов, т.к. они нейтрализуют только вредные вещества, не влияют на полезный состав

Вещества для химической фильтрации

Принцип действия коагулянтов по очистке воды

Использование в независимых очистных сооружениях

Использование на промышленных предприятиях

Сфера применения в бытовых условиях

Предупреждение цветения воды

Приготовление раствора для бассейна

Очистка воды для аквариумов

Принцип работы веществ построен на том, что их молекулярная форма имеет положительный заряд, в то время как большинство загрязнений – отрицательный. Присутствие двух отрицательных зарядов в строении атомов грязных частиц не позволяет им соединяться вместе. По этой причине грязная вода всегда приобретает мутность.

В момент внесения в жидкость небольшой порции коагулянта вещество начинает подтягивать к себе присутствующие в ней взвеси. Как результат: с увеличением интенсивности рассеиваемого света жидкость на короткий промежуток времени становится более мутной. Ведь одна молекула коагулянта с легкостью может притянуть к себе несколько молекул грязи.

Коагулянты провоцируют образование устойчивых связей между мелкими частицами загрязнений и присутствующих в воде микробов

Притянувшиеся молекулы грязи начинают вступать с коагулянтом в реакцию, вследствие которой объединяются в большие сложно-составные химические соединения. Малорастворимые высокопористые вещества постепенно оседают на дно в виде белого осадка.

Задача хозяина состоит лишь в том, чтобы вовремя убирать осадок, применяя любой из доступных ему типов фильтрации.

Молекулы, притягивающиеся друг к другу, образуют крупные частицы, которые за счет своего увеличившегося веса оседают, а затем выводятся путем фильтрации

Об эффективности действия препарата можно судить по образованию на дне осадка в виде белых хлопьевидных образований – флокул. Благодаря этому термин «флокуляция» нередко используют в качестве синонима понятия «коагуляция».

Образующиеся хлопья, размер которых может достигать от 0,5 до 3,0 мм, имеют большую поверхность, обладающую высокой сорбцией осаждаемых веществ

Принцип действия

Частицы, находящиеся в воде во взвешенном состоянии, окружены водной пленкой с заряженными ионами.

Данная особенность не дает им контактировать между собой. Для нейтрализации заряда и скорейшего осаждения как раз и используются флокулянты.

Зная состав воды и сферу ее дальнейшего применения, выбирают положительно, отрицательно либо нейтрально заряженные реагенты.

Процесс флокуляции происходит в два этапа:

• Адсорбция действующего вещества на поверхности частиц.
• Формирование флокул (грязевых хлопьев).

Флокулянты обладают значительным молекулярным весом и имеют длинную полимерную структуру, за счет чего происходит образование своеобразных мостиков и разрушение водно-солевой оболочки.

Попадая в воду, способствуют склеиванию и объединению загрязняющих частиц. Соединения становятся более тяжелыми, плотными и начинают увеличиваться в размерах, давая возможность фильтрующим системам уловить их.

Флокулянты могут быть как массового, так и частичного действия. При необходимости провести осаждение только определенной группы веществ, применяется избирательная флокуляция. Востребован метод при необходимости разделить тонкие неорганические взвеси, а также для улучшения эффективности обогащения.

Список флокулянтов для очистки сточных вод

Как мы уже говорили, флокуляция происходит за счет воздействия специальных веществ. Они могут быть разных видов. Давайте посмотрим, каких.

Флокулянты:

1. Существуют природные флокулянты. К ним относится целлюлоза и крахмал. Также в этот список входят все их производные.
2. Также существуют синтетические флокулянты, они менее безобидны, но более эффективны. К ним относятся полиамиды, полиакрилы, полиамины, а также полиэтилен и его производные.

При использовании флокулянтов следует соблюдать дозировку

Эти вещества обычно представляют собой гранулы или порошок. Однако можно встретить их и в виде раствора.

Флокулянты воздействуют на вещество таким образом, что сначала они нейтрализуют их заряд, затем  происходит их химическое взаимодействие, в ходе которого образуются молекулярные мостики. Выделяют три вида флокулянтов.

https://youtube.com/watch?v=kMewxbvwPV0

Разновидности флокулянтов:

1. Анионо-активный флокулянт обладает зарядом положительного типа. За счет этого он притягивает к себе вещества с отрицательным зарядом. Этот реагент позволяет высаживать в осадок катионов металла.
2. Флокулянт катионного типа обладает отрицательным зарядом. Поэтому он притягивает к себе положительно заряженные частицы. Такие реагенты в основном используют для очистки промышленных вод. Они связывают молекулы химических веществ в длинные цепочки.
3. Флокулянты неоионогенного типа не имеют какого-либо определенного заряда. Они связывают молекулы с помощью водородных мостиков. Такой вид реагентов используется для очистки вод от нефтяных загрязнений.

Выбирается флокулянт в зависимости от типа загрязнения воды

Кроме того, очень важно учитывать тип применяемого до этого коагулянта

Стоит заметить, что флокуляция позволяет очистить воду с очень сильными загрязнениями. Поэтому этот процесс относят к наиболее эффективным способам очистки воды.

Отличие от коагулянтов

Коагулянты, как и флокулянты, способствуют очищению воды от мелкодисперсного мусора, объединяя между собой загрязнения и осаждая их.

Цель применения очень похожа, однако механизм течения несколько отличается.

1. В основу коагуляционного процесса входит дестабилизация зарядов загрязняющих частиц. Коллоидная грязь, которая делает воду мутной, состоит из микроскопических отрицательно заряженных частиц.

   Они настолько малы, что проходят через песчаный фильтр, а одноименный электрический заряд заставляет их постоянно находиться в движении.

   Одинаковый заряд так же мешает им объединяться в группы. Введение коагулянтов приводит к потере заряда и устранению электростатического взаимодействия.

   

   

   

   

   

   

   

   

   

   

2. Флокуляция образует более крупные соединения за счет полимерной связи. Происходит укрепление и увеличение объема фильтруемых веществ, которые можно потом без труда удалить со дна емкости.

Различие заключается не только в механизме течения, но и во временном периоде проведения химической реакции.

• Коагуляция проходит в течение 1-3 минут после тщательного перемешивания и при строгом соблюдении температуры в пределах 20-25 градусов.
• Флокуляция может длится 30-60 минут, требуя некоторого времени для отстаивания. Это объясняется длительной стадией формирования осадка.

Виды

Классификация вод, которые принято называть сточными, производится согласно принятым в соответствующих ГОСТах нормам, разделяющим их на:

бытовые, то есть стоки водоотведения из квартиры и дома. Эти виды отходов представляют серьезную опасность, поскольку содержат в своем составе органику, являющуюся питательной средой для различных бактерий патогенного типа. Поэтому хозяйственно-бытовые стоки, содержащие  органические отходы, подлежат обязательной дезинфекции;

Откуда происходят стоки бытового типа

• производственные, их сбрасывают заводы или другие объекты, где промышленные технологии требуют использование воды;
• природные (дождевые), к их образованию имеют отношение атмосферные осадки. Данный вид вод также относится к сточному типу, утилизация осадков выполняется через ливневые канализации. При этом допускается их непосредственный сброс в водоемы.

Дождевые стоки

Отличие от коагулянтов

Коагулянты, как и флокулянты, способствуют очищению воды от мелкодисперсного мусора, объединяя между собой загрязнения и осаждая их.

Цель применения очень похожа, однако механизм течения несколько отличается.

1. В основу коагуляционного процесса входит дестабилизация зарядов загрязняющих частиц. Коллоидная грязь, которая делает воду мутной, состоит из микроскопических отрицательно заряженных частиц.

   Они настолько малы, что проходят через песчаный фильтр, а одноименный электрический заряд заставляет их постоянно находиться в движении.

   Одинаковый заряд так же мешает им объединяться в группы. Введение коагулянтов приводит к потере заряда и устранению электростатического взаимодействия.

2. Флокуляция образует более крупные соединения за счет полимерной связи. Происходит укрепление и увеличение объема фильтруемых веществ, которые можно потом без труда удалить со дна емкости.

Различие заключается не только в механизме течения

• Коагуляция проходит в течение 1-3 минут после тщательного перемешивания и при строгом соблюдении температуры в пределах 20-25 градусов.
• Флокуляция может длится 30-60 минут, требуя некоторого времени для отстаивания. Это объясняется длительной стадией формирования осадка.

Профилактические меры сохранения чистоты

Чтобы бассейн не засорялся, нужно регулярно проводить хлорирование воды специальными таблетками. После хлорирования раз в 2 недели проводится чистка реагентами. После реагентов бассейн очищается водным пылесосом. После этого отключается система фильтрации, и промывается фильтр.

Спустя 12 часов включается система фильтрации и удаляется мутная взвесь со дна и поверхности бассейна. В этот период необходимо еще раз очистить фильтр. Очищать его нужно путем перестановки шлангов согласно модели насосного оборудования и включением обратной промывки. Часть старой воды из бассейна удалиться, и промоется кварцевый песок в фильтре.

После окончания промывки необходимо вернуть шланги в исходное рабочее состояние и при необходимости залить свежую воду в бассейн. Так как при распаде коагулянта в воде со временем накапливается избыточное количество продуктов действия реагента, то раз в два месяца необходима полная замена воды в плавательном бассейне.

Эффективная очистка воды в бассейне во многом зависит от выбранного реагента и качества самой жидкости

Качественные коагулянты необходимо приобретать у проверенных производителей, обращая пристальное внимание на процент содержания активного вещества. Чем выше его массовая доля, тем экономнее и эффективное применение очищающего средства

Разновидности

Выделяют два типа химических реагентов для подготовки воды к фильтрации:

• препараты органического происхождения;
• неорганические вещества.

Органические

Главной составляющей органических реагентов является полиоксихлорид алюминия – высокоэффективный химический реактив, образующий устойчивые соединения со многими неорганическими и органическими веществами.

Органические коагулянты имеют ряд неоспоримых достоинств:

• способность мгновенно растворяться в воде;
• высокое качество очищения;
• экономичность (расход вещества очень мал);
• высокая скорость осветления;
• быстрое выпадение осадка;
• возможность использования в холодной среде;
• остаточные частички солей и алюминия в обработанной воде остаются в малых количествах.

Примечательно! Органический препарат не способен изменять кислотно-щелочной баланс почвы после попадания на нее и наносить вред окружающей среде в целом.

Неорганические

К данному типу относится диоксид титана и сульфат железа или алюминия. Рассмотрим особенности каждого из веществ детально:

1. Диоксид титана. Входит в список самых дорогих коагулянтов, способных очистить даже самую загрязненную воду до состояния питьевой. Препарат полностью ликвидирует из жидкости бактерии и частицы грязи. Из самых важных преимуществ выделяют минимальный расход средства в сравнении с другими реагентами и ускоренную обработку среды.

2. Сульфат алюминия. Средство отличается легкостью применения. Отсутствует необходимость в долгом отстаивании после разведения в жидкости.

   Из недостатков стоит отметить повышенную чувствительность к уровню кислотно-щелочного равновесия воды (pH). При показателях более 7,5 сульфат алюминия не эффективен.

3. Сульфат железа. Препарат успешно избавляет воду от маслянистых примесей, сернистого водорода, а также снижает концентрацию тяжелых металлов.

Важно! В обрабатываемой воде сульфат железа растворяется с остатком.

Электрохимические методы очистки сточных вод

В отдельную категорию выделим электрохимические методики очистки стоков. Это:

1. Электрокоагуляция – жидкость пропускают между электродами при воздействии постоянной силы тока. В процессе электрокоагуляции коллоидные частички увеличиваются в размерах за счет ориентации по силовым линиям электромагнитного поля и их объединения. Постоянный ток вызывает процессы электролиза при образовании водородных ионов на катоде, а также растворение анодного металла. Гидроксиды металлов, в свою очередь, захватывают тонкодисперсные, растворенные вещества.
2. Электорофлотация – очистка сопровождается образованием газов, захватывающих взвешенные примеси. Размерные параметры пузырьков оказывают непосредственное влияние на качество, степень очистки воды. В отличие от обычной флотации, при электролизе пузырьки имеют маленькие размеры и распределяются максимально равномерно.
3. Электрофоретический метод – идеальный способ изъятия веществ с отрицательным зарядом. Электрическое поле не дает отрицательно заряженным частичкам коагулировать.
4. Электроосмос – вода под воздействием электрического поля проходит по капиллярам, а все примеси остаются на поверхностях пористых перегородок.

Учтите, что степень загрязнения сточных вод определить визуально невозможно – жидкость может выглядеть достаточно чистой и прозрачной, но при этом будет содержать большое количество вредных или даже опасных для здоровья примесей. Пестициды, тяжелые металлы, радиоактивные элементы, нефть – ВОЗ говорит, что 80% заболеваний развивается именно по причине постоянного употребления некачественной питьевой воды

Поэтому очистка стоков – важная задача, решению которой нужно уделять максимальное внимание. Меланома – одна из опаснейших и самых агрессивных форм рака, которая отличается стремительным ростом опухоли и ее ранним метастазированием

2 этап. Блок фильтрования

На следующем этапе испытаний предусматривалась доочистка воды на самопромывном фильтре Dynasand.

Доочистка воды на самопромывных фильтрах Dynasand с загрузкой мелкозернистым гравием крупностью 1–3 мм, а также песком крупностью 0,4–0,5 мм не привела к снижению мутности.

Данная система является одним из наиболее успешных решений по фильтрованию на зернистой загрузке и по сравнению со стандартными фильтрами (типа ФОВ) дает воду лучшего качества.

Результаты лабораторных анализов осветленной и фильтрованной воды приведены в табл. 6.

Таблица 6

№ п/п	Наименование пробы	Мутность, NTU	Мутность, мг/л
1	Осветленная вода	1,5–5,2	0,9–3,0
2	Фильтрованная вода	1,5–5,2	0,9–3,0
3	Требования	1,0	0,5

Таким образом, применение на данном этапе очистки фильтра Dynasand с загрузкой мелкозернистым гравием крупностью 1–3мм не смогло обеспечить доочистку осветленной воды по взвешенным веществам до требуемых значений, поскольку оставшаяся в осветленной воде взвесь тонкодисперсная и не задерживается на фильтре.

В результате фильтрования осветленной воды в лабораторных условиях через обеззоленный фильтр с размером пор 8–12 мкм мутность воды не снизилась. Таким образом, применение в данной схеме фильтров, загруженных зернистой загрузкой даже с минимальным размером гранул (0,4–0,5мм) и тонкостью фильтрования до 50 мкм, не сможет обеспечить требуемую степень очистки воды от взвешенных веществ.

Таким образом, для достижения требуемой концентрации взвешенных веществ (мутности) необходимо использовать принципиально другой метод осветления. В данном случае было применено осветление воды на установке ультрафильтрации.

Замена песчаного фильтра на установку ультрафильтрации (УФ).

Установка состоит из следующих блоков:

• предварительной очистки (сетчатый фильтр);
• дозирования кислоты;
• мембранный модуль INGE;
• промывки.

Постоянными параметрами за время испытаний (температура обрабатываемой воды – 16°С) являлись:

• производительность установки по фильтрату – 1,5 м3/ч,
• время фильтроцикла – 45 мин,
• продолжительность обратной промывки – 60 сек.

Контролируемыми параметрами являлись:

ТМД при проведении фильтрации,

мутность ультрафильтрованной воды.

Как показали испытания в течение нескольких месяцев, указанный режим обеспечивал стабильную работу данного аппарата.

Результаты лабораторных анализов воды по ступеням обработки приведены в табл. 7.

Таблица 7

Источник воды	Фосфор фосфатов, мг/л	Фториды, мг/л	Мутность, мг/л	Кальций, мг/л
Исходная вода	400	10	50	100
Осветленная вода после отстойника	0,5–1,2	1,1–2,7	0,9-3,0
Вода после УФ	0,5–1,2	1,1–2,7	Менее 0,5	30–80

Пилотные испытания на холодной воде подтвердили тот факт, что одним из основных факторов, влияющим на эффективность процессов коагуляции и осаждения при известковании, является температура обрабатываемой воды.

При проведении реагентной обработки поверхностного стока в зимнее время (температура обрабатываемой воды – 3–5С) ухудшились условия образования и укрупнения твердой фазы, вследствие этого увеличилась остаточная щелочность и содержание примесей в обработанной воде.

При снижении температуры обрабатываемой воды и ухудшении условия выделения осадка в ламельном блоке, вся образующаяся взвесь задерживается на установке ультрафильтрации, при этом увеличивается перепад давления на мембране, что, в свою очередь, приводит к снижению времени фильтроцикла установки и увеличению расхода воды на собственные нужды.

Проведение испытаний при низких температурах обрабатываемой воды привело к снижению времени фильтроцикла с 45 до 15 минут. Без увеличения суммарного количества сточных вод с ламельного отстойника и мембранной установки.