ABLOY-FIRE.RU - Надежная автоматика для противопожарных дверей

Abloy
Главная
Продукция
Решения для одностворчатых дверей
Решения для двустворчатых дверей
Где купить


Новости

21.05.07 - Итоги семинара "Системы автоматического закрывания противопожарных дверей Abloy"

10.05.07 - Первый в России семинар: "Системы автоматического закрывания противопожарных дверей Abloy"

30.04.07 - Открыт новый сайт "Надежная автоматика для противопожарных дверей Abloy"

Коагуляция воды это


Коагуляция как метод очистки воды

Вода, используемая для хозяйственно-питьевых целей, должна соответствовать требованиям действующих санитарных правил. Качество воды характеризуется органолептическими показателями: отсутствием окраски, мутности, привкуса, запахов, вредных минеральных и органических взвесей.

Для придания воде потребительских качеств с возможностью применения в питьевом водоснабжении применяют многоступенчатую очистку, включающую разные методы водоподготовки, одним из которых является метод коагуляции воды.

Коагуляция как метод очистки воды

Водоподготовка включает в себя комплекс мероприятий по очистке поверхностных, грунтовых вод от грубых и мелких примесей, взвешенных и коллоидных соединений, обесцвечиванию с помощью коагулянтов. Коагулирование воды ускоряет осаждение и фильтрование примесей в водном растворе.

Давайте разберем, для чего применяется коагуляция воды?

В водной дисперсионной системе взвешенные вещества в основном имеют одноименные заряды. Это обусловливает их стабильность за счет сил отталкивания между молекулами. Коагуляцией называется укрупнение коллоидов в дисперсионной среде посредством их соединения в агломераты. Это становится возможным при добавлении специальных реагентов - коагулянтов. Реагенты для коагуляции воды увеличивают концентрацию ионов в диффузном слое, способствуют его уменьшению и приведению мицеллы (коллоидной частицы с диффузным слоем вокруг нее) в изоэлектрическую форму. В таком состоянии гидрозоля коллоиды имеют нулевой заряд, а значит, нет препятствий к их сближению и формированию агломератов. Завершается процесс коагулирования отделением укрупненных частиц от жидкой фазы осаждением. Коагуляция для очистки воды обеспечивает эффективное выпадение примесей в осадок.

Виды коагуляторов для очистки воды

В современной практике для нарушения агрегативной устойчивости коллоидных примесей применяют:

  • неорганические коагулянты;
  • органические полиэлектролиты или флокулянты.

Чаще всего в качестве неорганических коагулянтов применяют соли слабых оснований и сильных кислот: сульфат Al2(SO4)3, хлорид AlCl3, оксихлорид Al2(OH)nCl6-n алюминия, сульфаты и хлориды железа (II) и (III), алюминат натрия NaAlO2. Их смеси в разных процентных соотношениях нарушают устойчивость коллоидного раствора, используя принцип катионного обмена. Эффективность коагуляции воды повышается при росте валентности катиона.

Процесс коагуляции частиц в воде протекает с образованием гидроксидов железа и алюминия. Неорганические коагулянты отлично растворяются в воде, безопасны, продаются по невысокой цене. Находясь в растворе, меняют его электропроводимость и показатель рН. Правильно подобранный состав уменьшает жесткость воды.

Применение смеси коагулянтов существенно уменьшает расход реагентов. Компоненты можно вводить последовательно или в виде смеси. В первом случае легче подбирать оптимальное соотношение реагентов, во втором - проводить дозирование.
Органические флокулянты интенсифицируют коагуляцию. Это линейные полимеры с формой макромолекул в виде цепочек. Они бывают природные, органического происхождения и синтетические. Природные флокулянты - это белковые дрожжи, жмыхи, крахмал. К органическим относят:

  • анионный полиакриламид (ПАА) и его сополимеры с разными функциональными группами;
  • катионные - могут использоваться самостоятельно без предварительного введения коагулянтов (ВПК-402).

В качестве неорганического флокулянта применяют силикат натрия Na2SiO3, активированный до кремниевой кислоты и ее нерастворимых солей.

Применение флокулянтов в качестве самостоятельных коагулирующих агентов имеет ряд преимуществ:

  • меньшее количество образуемого осадка;
  • обеспечивают стабилизацию растворов при значительно меньших количествах реагента;
  • работают в большом диапазоне рН;
  • увеличивают скорость разделения жидкой и твердой фаз;
  • не меняют рН получаемого раствора;
  • не минерализуют очищаемый раствор ионами металлов.

Тонкости метода коагуляции для очистки воды

Схема очистки воды с помощью процесса коагуляции проходит три этапа:

  1. выбор и введение в раствор коагулянтов;
  2. поддержание оптимальных условий температуры, рН, перемешивания для полноты протекания реакций;
  3. отстаивание, фильтрация через фильтры механической очистки.

Аморфные и кристаллические частицы примесей в природных водах в коллоидном состоянии имеют одноименные заряды с устойчивостью в растворе за счет отталкивающих сил. Они имеют достаточную адсорбционную емкость, что и используется при коагуляции воды. Методы очищения воды направлены на нарушение этой устойчивости и уменьшение заряда частиц до минимальных показателей. Этого добиваются введением коагулянтов, которые изменяют равновесие дисперсионной системы, образуют коллоиды, поверхность которых сорбирует примеси.

При растворении коагулянтов происходит реакция гидролиза. Ионы металлов, взаимодействуя с гидроксид-ионами (ОН-), образующимися при диссоциации воды, выпадают в осадок в виде практически нерастворимых гидроксидов. В воде концентрируется избыток водород-ионов (Н+), и дисперсионная среда характеризуется кислой реакцией.

Men+ + nh3O ↔ Me(OH)n + nH+

Глубина протекания реакции гидролиза имеет важное значение для обеспечения качества получаемой воды: присутствие ионов Al3+ в воде, предназначенной для питьевого водоснабжения, недопустимо. Для полной реакции гидролиза необходимо постоянно выводить из реакционной среды получаемые Fe(OH)3 и Al(OH)3 и связывать ионы Н+ в недиссоциирующие соединения. Гидролитическую реакцию можно ускорить повышением рН, разбавлением коагулянта, увеличением температуры.

Скорость и полноту гидролиза коагулянтов обеспечивает определенный щелочной запас водной среды (наличие гидрокарбонат-ионов HCO3–, которые связывают ионы Н+). Буферная система HCO3– - Н2СО3 имеет рН ≈ 7 и нивелирует изменение рН воды при гидролитическом распаде коагулянтов. Когда в воде содержится недостаточное число HCO3–, щелочную реакцию водного раствора повышают введением водной суспензии Ca(OH)2 или раствора кальциевой соды Na2CO3. Карбонат натрия можно применять только для подготовки технической воды.

Контактная коагуляция воды - что это такое

Контактная коагуляция протекает на поверхности зернистого материала или макрочастицах сорбента. Микрочастицы коллоидов сближаются с ними в результате перемешивания и броуновского движения. Вандерваальсово притяжение вызывает прилипание и удерживает мелкие частицы на поверхности крупных.

Контактная коагуляция имеет ряд особенностей и приобрела важное значение в технологии водоподготовки. Чем выше концентрация макрочастиц гидроксидов железа и алюминия в дисперсном растворе, тем ярче проявляются эти особенности.

  • На скорость контактной коагуляции практически не оказывают влияние температурный режим и рН раствора.
  • Большая интенсивность и полнота извлечения.
  • Меньшая устойчивость микрочастиц в отношении коагулирования на поверхности крупных.
  • Коагуляция воды в слое зернистых фильтров протекает с большей интенсивностью и скоростью, чем при обычной коагуляции в свободном объеме.

Процесс слипания микро- и макрочастиц, значительно различающихся по размеру, во взвеси с различной степенью дисперсности имеет особенное значение при осветлении воды в осветлителях со слоем взвешенной контактной среды.

Формирование агломератов вокруг частиц гидроксидов, собиравших примеси с образованием хлопьев, происходит в фильтрующем слое за счет прилипания коагулирующих частичек к зернам фильтрующего вещества.

При проведении коагуляции в слое зернистой загрузки пропадает необходимость хлопьеобразования в камерах, осаждения и осветления растворов в отстойниках. Осветлители показывают лучшие показатели с высокой производительностью при избавлении от мутности воды в отличие от отстойников.

Взвешенная контактная среда в осветлителях формируется из Al(OH)3 или Fe(OH)3 и представляет собой фильтрующий материал, который ускоряет очищение водных растворов от взвешенных примесей. При пропускании мутной воды через осадок гидроксидов с остаточной адсорбционной емкостью, улучшается ее обесцвечивание. Использование осветлителей значительно сокращает площадь очистных сооружений, улучшает работу фильтров, существенно снижает расход реагентов.

Влияние на эффективность и интенсивность процесса коагуляции в воде

Для увеличения эффективности очистки воды предусмотрено создание оптимальных условий для интенсификации процесса осаждения гидроксидов алюминия и железа и ускорения протекания коагуляции.

  1. Количество и состав коагулянтов. С увеличением доли гидролизующейся соли скорость образования хлопьев и выпадения в осадок Al(OH)3 или Fe(OH)3 возрастает.
  2. Температурный режим и перемешивание раствора. Эти параметры должны находиться в равновесии, так как повышение температуры увеличивает вязкость раствора и уменьшает скорость движения частиц. Оптимальной считается стабильно поддерживаемая в автоматическом режиме температура 20 - 25°С при интенсивном перемешивании. Колебание температуры приводит к замутнению воды, его показатель должен быть в пределах ±1°С. При низких температурах ускорение коагуляции воды и укрупнение хлопьев может достигаться путем удлинения времени перемешивания.
  3. Поддержание оптимального уровня рН. Максимальное осаждение гидроксида алюминия происходит при уровне водородного показателя 6,0 – 6,5, удаление гуматов происходит при рН 5,5 - 6,5, когда они переходят в труднорастворимые и хорошо коагулируемые гуминовые кислоты. Соединения железа полнее выпадают в осадок при значениях рН 6,5 - 7,5. Для каждого источника необходимую величину рН устанавливают экспериментально с учетом состава воды.
  4. При высокой щелочности природной воды проводят подкисление коагулянта концентрированной серной кислотой.
  5. Применение вспомогательных веществ. Предварительное введение в водный раствор окислителей повышает эффективность коагуляции. Хлор, озон оказывают разрушающее действие на гидрофильные органические соединения, стабилизирующие частицы примесей, создавая необходимые условия для коагуляции. Этот эффект особенно проявляется при очистке вод с повышенной цветностью.
  6. Введение флокулянтов через 3-5 минут после добавления коагулянтов ускоряет агломерацию.
  7. Сокращение времени коагуляции достигается добавлением замутнителей. Частицы размером до 3 мкм ускоряют процесс хлопьеобразования на 30-50%. В качестве искусственных замутнителей применяют порошкообразный активированный уголь или глинистую взвесь.
  8. Ускорить процесс формирования хлопьев и сэкономить 25-30% коагулянта можно введением шламов - промывной воды фильтров и осадка отстойников. Рекомендуется начинать с введения 5-25% промывной воды от объема исходной, а затем добавлять коагулянт.
  9. Интенсифицировать коагуляцию можно воздействием электрического, магнитного полей, ультразвуком, ионизирующим излучением.

Осветление и коагуляция воды

Водоподготовка - это сложный многоэтапный процесс, объединяющий много методов очистки в зависимости от природы загрязнителей. Коагуляция при водоподготовке - это важная составная часть этого процесса. С ее помощью из воды удаляют взвешенные примеси, коллоидные, полимерные соединения, детергенты, способные в разных условиях изменять дисперсионную устойчивость, бактериальные и бактериологические загрязнения. При этом устраняется цветность воды, дезактивируются патогенные микроорганизмы. Для эффективного очищения воды сегодня необходимо использовать специальное комплексное оборудование с автоматизированными станциями приготовления, дозирования флокулянтов и коагулянтов (флоакуляция и коагуляция воды), поддерживающими оптимальные условия для осуществления эффективной подготовки воды к питьевому и хозяйственному потреблению.

что это? Метод очистки воды коагуляция

Вопрос о необходимости очистки воды возникает довольно часто. Даже в тех случаях, когда по внешним признакам вода кажется пригодной, химический анализ может показывать обратное. Существует множество способов ее очистки, один из самых современных и надежных - коагуляция очистки воды.

Коагуляция воды - это процесс осветления, очищение при помощи специальных веществ-коагулянтов.


Как работает система коагуляции очистки воды?

Для понимания, что такое коагуляция, надо рассмотреть механизм ее действия. Процесс достаточно простой.

При попадании в загрязненную воду, коагулянты начинают притягивать к себе взвеси, образуя более крупные конгломераты. Слипшиеся частицы оседают на дно и при помощи фильтрации отделяются от воды.

Коагулянты разделяют на органические и минеральные и их выбор зависит от поставленной задачи. Так, органические коагулянты имеют более высокие показатели, цена на них будет немного дороже. Чаще всего, органические реактивы используют для того, чтобы очистить питьевую воду.


Где применяется метод коагуляции воды?


  • обеззараживание питьевой воды;
  • для очистки промышленных стоков и теплоносителей;
  • для поддержания санитарных норм в бассейнах и водоемах.

Чем коагуляция отличается от стандартной фильтрации?

Стандартные фильтры уберут максимально крупные загрязнения, а метод коагуляции позволит очистить воду от возбудителей болезни, микробов, других микроорганизмов. Коагуляция, как метод очистки воды, считается наиболее доступным и эффективным, он позволяет не только очистить воду от патогенных микробов, но и меняет ее цвет и прозрачность, удаляет запах и привкус, не меняя при этом химический состав.

Возникли вопросы? Напишите нам!

Очистка воды методом коагуляции

Очистке сточных вод любое предприятие уделяет особое значение. Разработка и внедрение программ, направленных на защиту окружающей среды и сохранение флоры и фауны водоемов, проходят в каждом регионе.

Предприятия, осуществляющие слив сточных вод в естественные водоемы, несут бремя ответственности, а соблюдение ими правил организации стоков, очистки и обеззараживания загрязненной и бывшей в использовании воды контролируются на правительственном уровне.

Именно поэтому вопросу выбора наиболее эффективной, безопасной и надежной системы очистки сточных вод уделяется так много внимания.

Метод коагуляции – новое направление в очищении и обеззараживании сточных вод

Сегодня существует несколько методов очищения загрязненных, среди которых особую популярность получил коагуляционный метод очистки воды, относящийся к категории химических, не представляющий угрозы природе.

Коагуляция воды направлена на качественную очистку подвергающихся обработке и переработке жидкостей, которые используются на промышленных объектах.

Проведенное очищение и обеззараживание загрязненной воды позволяет вторично ее использовать или осуществлять сброс в реки, не нанося вред окружающей среде, живой флоре и фауне, что особенно важно сегодня, когда вопросам экологии и сохранения природных ресурсов уделяется столько внимания.

Основная задача системы очистки стоков – удаление загрязнений, для которых подбирается строго определенный коагулянт для очистки воды с целенаправленным действием.

Коагуляция позволяет эффективно очистить сточные воды с использованием специальных реагентов, нахождение в воде которых впоследствии не приведет к нарушению микрофлоры природного водоема, куда идет слив сточных вод предприятия.

В качестве загрязнителей могут выступать:

  • коллоидные вещества: соли, минералы — частицы мелкие, растворяемые в воде;
  • взвешенные крупные частицы — песок или глина.

Если в случае с крупными частицами неплохие результаты очистки демонстрирует метод отстаивания сточных вод с последующим оседанием крупных частиц, то наиболее эффективным методом удаления коллоидных веществ является очистка воды коагуляцией.

Виды коагуляции и их эффективность в системе очистки стоков

Флокуляция

В ряде случаев коагуляция может проводится не в специальных резервуарах, а прямо в механической фильтрационной системе путем введения реагента в трубопровод с исходной водой перед непосредственной подачей ее на фильтры.

Коагуляция воды сернокислым алюминием «запускает» процесс гидролиза с последующим перемешиванием добавленного реагента и жидкости. Перед тем, как поступить в фильтрационную систему инородные частицы «преобразовываются» в хлопья.

Методика называется флокуляцией, она отличается от коагуляции только добавляемым в воду реагентом.

В случае флокуляции добавляется сернокислый алюминий, действие которого направлено на раздробление примесей до состояния хлопьев с их последующим оседанием.

«Классическая» коагуляция

Коагуляция наоборот – объединяет мелкие взвеси между собой, образуя более крупные частицы, которые за счет своего увеличенного веса оседают и удаляются путем фильтрации или отстаивания.

Коагуляционный метод допускает применение разных по назначению коагулянтов, направленных на очистку воды.

По сути, в основе методики лежит укрупнение мелких коллоидных загрязнителей и их последующее оседание или задержание с использованием специальных механических фильтров.

Методы флокуляции и коагуляции распространены достаточно широко и используются в основном на масштабных предприятиях текстильной, химической, нефтехимической, перерабатывающей промышленности, где требуется регулярная и результативная очистка стоков.

Насколько химический способ очистки будет эффективным, влияет несколько факторов:

  • температура подлежащей очищению жидкости;
  • разновидности и степень концентрации примесей, находящихся в загрязненной воде;
  • наличие/отсутствие в стоках электролитов.
Электрокоагуляция – усовершенствования методика очистки стоков

«Представителем» химического метода является очистка воды электрокоагуляцией – электрохимическим процессом очищения. В первом случае в воду добавляется только коагулянт, во втором случае – помимо коагулянта добавляются растворяемые металлические электроды, и вода дополнительно обрабатывается током.

Однозначных выводов об эффективности коагулянта в отношении какого-то определенного загрязнителя нет. Чтобы определиться с наиболее подходящей методикой, желательно провести пробную очистку.

Метод коагуляции может использоваться как самостоятельный этап очистки сточных вод, так и комплексно в «тандеме» с другими методиками.

Коагуляция направлена на значительное увеличение частиц в размерах и, как результат, снижение их общего количества в среде сточных вод.

Сточные воды большинства производств – это агрессивная и устойчивая система. Именно поэтому наиболее оптимальным методом их очистки является методика коагуляции, что позволяет разрушить устойчивую систему, образовав крупные частицы и затем удалить их путем фильтрации или отстаивания.

Как происходит процесс очищения стоков с применением химического метода

Схема коагуляции включает:

  • добавление коагулянта в загрязненную примесями воду;
  • перемешивание с целью максимального взаимодействия активного вещества и примесей;
  • отстаивание (фильтрация).

Чем больше будут частицы загрязнения, тем проще их будет удалить из стоков и наоборот. Именно по этой причине коагуляция завоевывает все большую популярность и многие предприятия уже перешли на данный метод очистки стоков или используют его комплексно с другими «классическими» методами (отстаиванием, фильтрованием).

Выбирая коагуляционную систему очистки воды, следует подробно изучить методы коагуляции и определиться с реагентами, предусмотренными для введения в подверженные обработке стоки.

Важно четко понимать процесс взаимодействия реагента и очищаемой жидкости, сроки образования высокопористой малорастворимой фазы с применением железа или гидроксида алюминия.

Методика обработки должна выбираться с учетом температуры сточных вод.

Отдавая предпочтение коагуляции, можно сэкономить, так как реагент позволяет очистить воду сразу от множества примесей.

что это такое, принцип действия, метод флокуляции, какие еще разновидности существуют, а также полезное видео по теме

Принцип метода и его применение

В сточных водах имеются как коллоидные частицы, размеры которых не превышают 0,1 мкм, так и мелкодисперсные структуры с диаметром до 10 мкм, а также более крупные образования.

Последние компоненты легко удаляются механической очисткой. Мелкие крупицы грязи имеют определенный заряд, окружены гидратной рубашкой, стабилизирующей взвешенное состояние, поэтому удалять их нелегко.

При коагуляции заряд молекул насильственно изменяют добавлением легко ионизирующихся соединений — коагулянтов.


После этого происходит агрегация примесей с образованием увеличенных крупиц, способных осаждаться.

Слипанию подлежат как однородные частицы, тогда процесс называется гомокоагуляцией, так и разнохарактерные молекулы, в этом случае явление называется гетерокоагуляцией.

Укрупнение примесных соединений вызывается добавлением коагулянтов, стимулируется одним из следующих способов:

  • перемешиванием;
  • тепловым воздействием:
  • влиянием внешнего силового поля.

В повсеместной практике для очистки сточных вод, основанной на коагуляции, применяют перемешивание компонентов гетерогенной системы.

Это наименее затратный, достаточно эффективный вариант обеспечения слипания загрязняющих частиц.

Коагуляция проводится в свободном пространстве специальных камер, предназначенных для образования хлопьев, либо контактным образом в зернистой массе специальных наполнителей, например песка.

Интенсивность слипания частиц зависит от:

  • их вида;
  • строения;
  • концентрации;
  • количества других разнохарактерных примесей;
  • электролитов в сточной воде;
  • значения ее рН.

В некоторых случаях образование рыхлых хлопьевидных осадков происходит под действием флокулянтов. Модификация коагуляции, при исполнении которой применяются такие реагенты, называется флокуляцией.

Как основной метод коагуляции, так и его разновидности применяются для очистки стоков в:

  • химической;
  • фармацевтической;
  • целлюлозно-бумажной;
  • пищевой;
  • текстильной промышленности.

Важно! Очистка сточных вод коагуляцией позволяет приводить в экологически безопасное состояние водные суспензии, образующиеся при переработке нефти, сельскохозяйственной продукции, обогащении горных руд.

Как это происходит?

В составе очистных комплексов существует отдельное подразделение, которое называют реагентным хозяйством. Коагулянты могут храниться в полностью растворенном виде или в форме твердого концентрата, помещенного в насыщенный раствор.

Резервуары размещены в помещении или около него в накрытом состоянии. Растворы готовят заранее путем перемешивания сжатым воздухом, мешалками, имеющими лопастную или пропеллерную форму.


Приготовленные жидкие смеси перекачивают в другие резервуары (расходные баки), откуда дозированно вливают в сточные воды.

Массовая доля коагулянтов в растворе может достигать 10 %, флокулянтов – 1 %. Обработку сточных вод реагентами проводят в специальных резервуарах (смесителях), которые делают со следующими конструктивными особенностями:

  • перегородками;
  • дырками;
  • шайбами;
  • пропеллерными мешалками;
  • лопастями.

Важно! Растворы в смесителях пребывают на протяжении максимум 2 минут, затем по лоткам или трубам поступают в камеры, где образуются хлопья, или сразу в осветлители.

Проходная способность участков, через которые подается смесь сточных вод с реагентами, рассчитывается таким образом, что бы поток перемещался со скоростью 1 м/с, поступал в следующий отсек не более чем за 2 минуты.

Главная стадия очистки – формирование хлопьеобразных агрегатов осуществляется в камерах со следующими конструкционными решениями:

  • водоворотами;
  • перегородками;
  • вихрями;
  • механическими мешалками.

Водоворотные камеры имеют вид цилиндра, в которой сверху подается вращающийся поток сточных вод с коагулянтом.

Внизу расположена конструкция для уменьшения вращения раствора, который пребывает в емкости на протяжении 20 минут.

Камеры с перегородками имеют вертикальные или горизонтальные коридоры, по которым перемещается водный поток. Жидкости перемешиваются на поворотах, их количество достигает 8 штук.

В первом коридоре скорость потока равна 0,3 м/с, в последнем она уменьшается в 3 раза. Ширина коридорных протоков не бывает меньше 0,7 м, длина варьируется, зависит от размеров отстойника. Время пребывания очистных вод в камере может достигать получаса.

В вихревой камере, имеющей вид расширяющегося к верху конуса, вода подается в нижнюю часть со скоростью, достигающей 1,2 м/с, в верхнем слое, там где поток выпускают из камеры, его скорость достигает 5 м/с. Продолжительность пребывания растворов в емкости составляет 10 мин.

В камерах, оснащенных лопастными мешалками, сточные воды перемещаются со скоростью до 0,2 м/с, находятся в них на протяжении получаса.

После формирования хлопьев приступают к их удалению, в результате которого сточные воды осветляются. Процесс проводят в отстойниках горизонтального, вертикального или радиального вида.

Образовавшийся шлам отсасывают естественным или принудительным образом. Понятно, что второй вариант уплотняет осадок эффективнее.

В целом метод коагуляции приводит к ощутимому удалению примесей, находящихся в мелкодисперсном или эмульгированном виде.

Многостадийность процесса, необходимость постоянного контроля концентраций добавочных реагентов, интенсивности перемешивания и хлопьеобразования не позволяет считать метод очистки простым и легким в исполнении.

Дополнительные виды

Помимо традиционной схемы проведения очистки посредством коагуляции, в которой к сточным водам добавляют коагулирующие реагенты, существуют другие модификации метода.

Электрокоагуляция

Вещество, инициирующее слипание примесных частиц, может быть получено электролизом, Метод, основанный на пропускании тока через загрязненные воды, называется электрокоагуляцией.

Главное требование к технологии заключается в том, что используемый анод должен быть сделан из алюминия или железа. В этом случае при электролизе в раствор переходят катионы металлов, которые с водой образуют гидроксиды, способные вызвать агрегирование.

В первую очередь электрокоагуляция применяется для очистки вод, загрязненных:

  • масляными,
  • жировыми,
  • нефтяными,
  • хроматными,
  • фосфатными примесями.

Достоинства электролитической технологии очистки заключаются в том, что установка имеет компактный вид, в приготовлении рабочих растворов нет необходимости. Ограничения в применении данного методы вызваны большими затратами электроэнергии и металлических электродов, которые быстро расходуются.

Флокуляция

В некоторых ситуациях процесс слипания частиц грязи идет недостаточно эффективно и быстро, что приводит к необходимости прибегать к флокуляции.

Увеличивают размеры слипающихся частиц,упрощают их последующее отделение флокулянты — вещества, которые хорошо растворяются в воде, перераспределяя при этом заряды на поверхности дисперсных крупиц.

В качестве флокулирующих добавок применяют:

  • крахмалы белковые гидролизаты из дрожжей;
  • порошки из водорослей; мезгу картофеля;
  • жмых или вещества синтетической природы; например полиакриламиды;
  • активные формы кремниевой кислоты.

Флокулянты сокращают потребность в коагулянтах, ускоряют процесс слипания. Они могут применяться параллельно с веществами коагулирующего действия или самостоятельно в концентрации, достигающей 1 % при объеме порции 2 мг/л.

В случае, если функцию флокулянтов выполняют побочные продукты каких-либо производств, экономическая эффективность процесса несоизмеримо увеличивается.

Коагулянты

Коагулирующее действие на примеси в сточных водах оказывают, прежде всего:

  • сульфаты;
  • хлориды алюминия;
  • железа в разных валентностях;
  • оксихлорид алюминия;
  • натриевая соль алюминиевой кислоты.

Иногда применяют смеси представленных солей или природные минералы, в которых они содержатся, а также:
  • глины;
  • производственные отходы с алюминиевыми или железными компонентами;
  • оксидом кремния.

Часто для увеличения щелочности среды, способствующей склеиванию частиц, в раствор добавляют гидроксиды натрия или калия, соду, известь.

Видео по теме

Предлагаем посмотреть видео с наглядным изображением очистки воды методом коагуляции:

Заключение

Коагуляция в традиционном или модифицированном исполнении – это эффективный способ очистки сточных вод от примесей, находящихся в мелкодисперсном или эмульгированном состоянии.

Затраты на реализацию метода невелики, они могут существенно уменьшаться при использовании недорогих реагентов, а в лучшем случае – отходов или побочных продуктов производств.

Коагулянты. всё, что нужно знать про очистку воды

СОДЕРЖАНИЕ СТАТЬИ

Коагулянты для очистки воды: сфера применения и особенности

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 частного бассейна 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.

Стоит ли доверять народным методам коагуляции

Несмотря на то, что сейчас производится достаточное количество коагулянтов для открытых и закрытых водоемов по совершенно доступным ценам, многие пытаются применять и пропагандировать странные средства из аптек и садово-огородных магазинов. Например, первые места в домашних методах очистки бассейна занимают перекись водорода, зеленка, марганцовка. И если по поводу последних двух есть оговорки и даже сомнения, то перекись считается самой лучшей, эффективной и безопасной. Доказательством этому служит образующаяся при ее применении грязная пена и налет на стенах бассейна.

Возможно, кому-то удастся равномерно распределить по поверхности нужное количество перекиси, правильно рассчитать концентрацию и добиться полного обеззараживания и даже осветления воды. Однако преувеличивать безопасность состава не стоит, потому как:

  1. Для металлических элементов перекись водорода — это один из лучших провокаторов ржавчины.
  2. Выделяемые пузырьки могут помешать работе фильтров.
  3. Пока перекись в воде полностью не растворится и не распадется на кислород и воду, а это будет только через 3-4 дня, купаться в бассейне не стоит: характерное пощипывание не для любого типа кожи будет безобидно. Будет очень нехорошо, если такая вода попадет на слизистые — то есть, нельзя допускать случайного проглатывания, да и дышать нужно очень осторожно.
  4. Что касается «очищенной воды», то здесь нет никаких гарантий: дезинфекция остается в силе очень малое время, а возможное присутствие опасных растворимых солей и вовсе не устраняется.

В итоге напрашивается вывод, неутешительный для народных технологов: ни перекись водорода, ни красивые зеленые или розовые дезинфицирующие растворы не справятся с работой качественного коагулянта и не смогут его заменить. И совершенно незначительная экономия не стоит того, чтобы пренебрегать предложениями от настоящих профессионалов.

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 1Как действуют коагулянты 2Как 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.

Помощники для коагулянтов

Очень хорошего эффекта в процессе осветления воды в бассейнах и других водоемах можно добиться, если через некоторое время после внесения коагулянтов добавить вещества, которые еще больше укрупняют частицы, замутняющие воду. Эти вещества имеют существенную особенность — большую длину молекулы. Чаще всего это высокомолекулярные органические полимеры. Называются они флокулянтами и собирают молекулы взвесей, замутняющих воду, или хлопья, сформировавшиеся в результате действия коагулянтов, в длинные цепочки, а потом в крупные агломераты — флокулы. Чем крупнее частицы, тем проще они отделяются от чистой воды механическим способом. То есть флокуляция применяется с большей пользой именно как вспомогательный процесс, усиливающий эффект коагуляции.

Во время совместной очистки важно подобрать компоненты, сочетание которых позволяет соблюдать правильный баланс кислотности. Простому потребителю нет надобности вникать в подробности электрохимии процесса — все нужные указания относительно того, что с чем комбинировать, содержатся в инструкции. Тем более, что пока что лучшие варианты не просчитываются, а устанавливаются экспериментально. Суть комбинирования — нужны разные заряды у коагулянта и флокулянта, а к нейтральным частицам подбираются неионные флокулянты.

Помимо интенсификации очищения и осветления воды совместное использование коагулянтов и флокулянтов позволяет:

  • экономить расход коагулянта, но при этом количество флокулянта все равно должно быть в несколько раз меньше;
  • снизить содержание соли в воде, прошедшей очистку;
  • производить очистку в более холодных условиях, что очень важно для открытых бассейнов.

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:

Таблица-1
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.

Далее мы рассмотрим и сравним пять лучших производителей коагулянтов в России:

Таблица-2

Одним из наиболее распространенных и эффективных средств для ухода за бассейном 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 «Чистый бассейн»).
  • 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.

Коагуляция в промышленной водоподготовке

Коагуляция в промышленной водоподготовке применяются для выделения взвешенных твердых частиц из воды, если скорость их естественного осаждения слишком мала, чтобы обеспечить эффективное осветление воды. Например, при очистке поверхностных вод следует учитывать, что сырая мутная вода содержит взвешенные вещества, в том числе легко осаждающиеся твердые вещества, частицы которых легко осаждаются благодаря их достаточно большому размеру, и дисперсные твердые вещества, частицы которых трудно поддаются осаждению. Значительная часть этих трудно осаждающихся твердых частиц может находиться в коллоидном состоянии.

Устойчивость каждой из этих частиц обеспечивается отрицательными электрическими зарядами на ее поверхности, благодаря которым соседние частицы отталкиваются друг от друга, подобно тому, как отталкиваются друг от друга одноименные магнитные полюсы. Это препятствует слипанию заряженных частиц с образованием более крупных частиц, так называемых, флокул, и их последующему осаждению. В процессе коагуляции такие коллоидные частицы теряют свою устойчивость за счет нейтрализации сил, удерживающих частицы от слипания. Для этого обычно добавляют химические вещества, которые служат коагулянтами, и проводят перемешивание. В качестве коагулянтов, как правило, используют соли алюминия, железа или полиэлектролиты.

Термины коагуляция и флокуляция часто взаимозаменяют друг друга, однако, для того, чтобы получить более точное представление о процессах осветления и обезвоживания, можно рассматривать их как два различных механизма.

В состав коллоидных частиц, встречающихся в сырой воде и сточных водах, входят глина, двуокись кремния, железо и другие тяжелые металлы, пигменты и органические твердые вещества, например, остатки мертвых организмов.

Содержащиеся в воде коллоидные вещества характеризуются различным гранулометрическим составом. В таблице ниже показана зависимость тенденции частиц к осаждению в стоячей воде от их размеров.

Осаждение мелких частиц двуокиси кремния с удельным весом 2,65

Типичные вещества, содержащие двуокись кремния

мм

мкм

Площадь поверхности (общая)

Время осаждения на глубину 1 м

Гравий

10

10000

3.14 cm2

1 сек.

Крупный песок

1

1000

31.4 cm2

10 сек.

Мелкий песок

0.1

100

314 cm2

125 сек.

Ил

0.01

10

0.314 m2

108 мин.

Бактерии

0.001

1

3.14 m2

180 час.

Коллоидные вещества

0.0001

0.1

31.4 m2

755 дней

Примечание: Частицы размером более 100 мкм видны невооруженным глазом и рассматриваются как осаждающиеся твердые частицы. Частицы размером от 10 до 100 мкм придают воде мутность. Частицы размером менее 10 мкм считаются коллоидными. Частицы размером более 0,1 мкм можно увидеть под оптическим микроскопом; для обнаружения частиц размером менее 0,1 мкм используется электронный микроскоп.

Коллоиды подразделяются на гидрофобные (водоотталкивающие) и гидрофильные (водолюбивые). Гидрофобные коллоиды не вступают в реакцию с водой: природные глины, как правило, являются гидрофобными. Гидрофильные коллоиды реагируют с водой; гидрофильными являются органические вещества, придающие воде цветность. Важным моментом при очистке воды является то, что гидрофильные коллоиды могут вступать в химическую реакцию с коагулянтом, используемым в процессе очистки. Из этого следует, что при наличии в воде гидрофильных коллоидов требуется большее количество коагулянта, чем для гидрофобных, не вступающих в химическую реакцию с коагулянтом.

(а) Коагуляция.

Добавляемый коагулянт нейтрализует заряды, разрушая «облако», окружающее коллоидные частицы, и способствуя их агломерации. От величины заряда коллоидной частицы, который показан в виде окружающего частицу слоя, зависит расстояние, на которое коллоидные частицы могут приближаться друг к другу.

(b) Флокуляция.

Благодаря тому, что флокулянт образует мостиковые связи между слипшимися коллоидными частицами, формируются крупные и легко осаждающиеся флокулы.

Для нарушения устойчивости коллоидной системы после ввода коагулянта следует произвести перемешивание. Для агломерации частиц необходимо обеспечить условия для их столкновений, с этой целью и проводят перемешивание. Благодаря броуновскому движению, которое представляет собой беспорядочное движение мелких частиц, возникающее в результате бомбардировки отдельных молекул воды, всегда действует естественное перемешивающее усилие. Однако, как правило, для перемешивания необходимы дополнительные затраты энергии. Наибольший эффект можно получить в результате очень интенсивного перемешивания, при котором быстро происходит распределение коагулянта по всему объему, что ускоряет столкновения частиц. Эффективность процесса коагуляции в значительной степени зависит также от частоты и числа столкновений частиц. Для увеличения числа столкновений частиц в воде с небольшим показателем мутности может потребоваться добавление твердых веществ, например, глины или возврат твердых веществ, ранее выпавших в осадок.

ФЛОКУЛЯЦИЯ

Флокулы, образовавшиеся в результате агломерации нескольких коллоидных частиц, не могут иметь размеры, достаточные для их осаждения или обезвоживания в течение заданного периода времени. Флокулянт способствует соединению частиц флокул, образуя мостиковые связи между поверхностями частиц и связывая отдельные частицы в большие агломераты, как показано на снимке:

В качестве флокулянтов обычно применяются квасцы, соли железа и полимеры с высоким молекулярным весом. Процесс флокуляции ускоряется при медленном перемешивании, когда соединение флокул происходит постепенно; при слишком высокой скорости перемешивания флокулы отделяются друг от друга и при повторном соединении редко достигают оптимального размера и прочности. В процессе флокуляции не только увеличивается размер частиц флокул, но и изменяются их физические свойства. Ил и шлам при флокуляции обезвоживаются на песчаных площадках и в механическом оборудовании для обезвоживания гораздо быстрее, так как флокулы имеют менее студенистую структуру.

Очевидно, что процессы коагуляции, и флокуляции, настолько различны, что каждая из этих систем, где проводится удаление твердых веществ после химической обработки, имеет свои ограничения по физическим параметрам. Эти ограничения представлены ниже:

Различающиеся условия

Коагуляция

Флокуляция

Характер частиц

Многочисленные

Разрозненные мелкие частицы крупные частицы

Тип используемого химического вещества

Нейтрализатор заряда, с низким молекулярным весом

Объединитель частиц, с высоким молекулярным весом

Необходимая энергия

Быстрое перемешивание

Медленное помешивание

Градиент скорости

Высокий

Низкий

Время процесса

Секунды

Минуты

водопровод | Описание, очистка, распределение и качество воды

Изменения в системах водоснабжения

Вода была важным фактором в расположении первых поселений, и развитие систем общественного водоснабжения напрямую связано с ростом городов. При освоении водных ресурсов, выходящих за рамки их естественного состояния в реках, озерах и родниках, рытье неглубоких колодцев, вероятно, было самым ранним нововведением. По мере увеличения потребности в воде и разработки инструментов скважины углублялись.Колодцы, облицованные кирпичом, были построены горожанами в бассейне реки Инд еще в 2500 году до нашей эры, а колодцы глубиной почти 500 метров (более 1600 футов), как известно, использовались в древнем Китае.

Строительство qanāt s, слегка наклонных туннелей, проложенных в склонах холмов, содержащих грунтовые воды, вероятно, возникло в древней Персии около 700 г. до н. Э. Со склонов холмов вода под действием силы тяжести переносилась по открытым каналам в близлежащие города. Использование qanāt s стало широко распространенным во всем регионе, и некоторые из них все еще существуют.До 1933 года иранская столица Тегеран полностью снабжалась водой из системы на канатов с.

qanāt

A qanāt в Национальной библиотеке Ирана, Тегеран.

Зерешк

Необходимость направлять водоснабжение из отдаленных источников была результатом роста городских сообществ. Среди наиболее заметных из древних систем водоснабжения - акведуки, построенные между 312 г. до н. Э. И 455 г. до н. Э. На всей территории Римской империи.Некоторые из этих впечатляющих работ существуют до сих пор. В трудах Секста Юлия Фронтина (который был назначен суперинтендантом римских акведуков в 97 г. н. Э.) Содержится информация о проектировании и строительстве 11 основных акведуков, которые снабжали Рим. Типичный римский акведук, простирающийся от далекой родниковой местности, озера или реки, включал в себя ряд подземных и надземных каналов. Самой длинной была «Аква Марсия», построенная в 144 г. до н. Э. Его источник находился примерно в 37 км (23 милях) от Рима.Однако сам акведук был 92 км (57 миль) в длину, потому что он должен был изгибаться по контурам суши, чтобы поддерживать постоянный поток воды. Около 80 км (50 миль) акведук находился под землей в крытой траншее, и только последние 11 км (7 миль) он проводился над землей в аркаде. Фактически, большая часть общей длины акведуков, снабжающих Рим (около 420 км [260 миль]), была построена в виде крытых траншей или туннелей. При пересечении долины акведуки поддерживались аркадами, состоящими из одного или нескольких уровней массивных гранитных опор и впечатляющих арок.

Акведук Сеговии

Акведук Сеговии в Сеговии, Испания.

© SeanPavonePhoto / Fotolia Сэкономьте 50% на подписке Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сегодня

Акведуки заканчивались в Риме у распределительных резервуаров, из которых вода направлялась в общественные бани или фонтаны. У некоторых очень богатых или привилегированных граждан вода была подведена прямо в дома, но большинство людей приносило воду в контейнерах из общественного фонтана.Вода текла постоянно, излишки использовались для очистки улиц и смыва канализации.

Древние акведуки и трубопроводы не выдерживали большого давления. Каналы сооружали из тесаного камня, кирпича, щебня или грубого бетона. Трубы обычно делали из перфорированного камня или полых деревянных бревен, хотя также использовались глиняные и свинцовые трубы. В средние века не было заметного прогресса в методах или материалах, используемых для транспортировки и распределения воды.

Чугунные трубы с соединениями, способными выдерживать высокое давление, практически не использовались до начала 19 века.Примерно в то время паровой двигатель впервые был применен для перекачки воды, что позволило всем, кроме самых маленьких, получать питьевую воду непосредственно в отдельные дома. Асбестоцемент, высокопрочный чугун, железобетон и сталь стали использоваться в качестве материалов для трубопроводов водоснабжения в 20 веке.

Развитие водоподготовки

В дополнение к количеству воды, качество воды также вызывает беспокойство. Даже древние понимали важность чистоты воды.В санскритских писаниях 2000 г. до н. Э. Рассказывается, как очищать грязную воду путем кипячения и фильтрации. Но только в середине 19 века была доказана прямая связь между загрязненной водой и болезнью (холерой), и только в конце того же века немецкий бактериолог Роберт Кох доказал микробную теорию болезни. создание научной основы для обработки и санитарии питьевой воды.

Водоподготовка - это изменение источника воды для достижения качества, соответствующего установленным целям.В конце XIX - начале XX века главной целью было устранение смертельных заболеваний, передаваемых через воду. Примерно в то же время началась обработка общественной питьевой воды для удаления патогенных или болезнетворных микроорганизмов. Методы лечения включали фильтрацию через песок, а также использование хлора для дезинфекции. Практическое устранение таких заболеваний, как холера и брюшной тиф в развитых странах, доказало успех этой технологии очистки воды. В развивающихся странах болезни, передаваемые через воду, по-прежнему являются главной проблемой качества воды.

В промышленно развитых странах озабоченность сместилась в сторону хронических последствий для здоровья, связанных с химическим загрязнением. Например, предполагается, что следовые количества некоторых синтетических органических веществ в питьевой воде вызывают рак у человека. Свинец в питьевой воде, обычно выщелачиваемый из проржавевших свинцовых труб, может привести к постепенному отравлению свинцом и вызвать задержку развития у детей. Дополнительная цель снижения таких рисков для здоровья видится в постоянно увеличивающемся количестве факторов, включенных в стандарты питьевой воды.

.

Применение органических коагулянтов при очистке воды и сточных вод

1. Введение

Ухудшение естественного источника пресной воды коррелирует с увеличением глобального социально-экономического роста и деятельности, которая приводит к образованию сточных вод с высоким содержанием загрязняющих веществ [1 , 2]. Из-за пагубного воздействия загрязнения сточных вод разработка технологий и материалов, связанных с водой, стала высшим приоритетом в большинстве предприятий по очистке сточных вод [2, 3].Среди множества методов очистки, объединение коагуляции с фильтрацией [2, 3, 4], осаждением или флотацией [5, 6] были хорошо известные методы предварительной очистки воды и сточных вод, где качество воды имеет решающее значение [7]. Однако изменение качества поступающей воды и отсутствие оптимизированных очистных сооружений приводит к снижению эффективности очистки с увеличением затрат на производство [8, 9]. Процесс химической очистки, хорошо известный как коагуляция, хотя он и важен в условиях сточных вод, иногда рассматривается как дорогостоящая технология из-за высокой стоимости использования химических веществ [10, 11, 12].Этот метод включает осаждение растворимых ионов металлов с помощью коагулянтов. Впоследствии долгосрочное применение коагулянтов на основе металлов (алюминия и железа) [11] вызвало опасения, связанные с образованием осадка и остатков тяжелых металлов, которые потенциально токсичны для экосистемы [10, 11, 12]. Это привело к тому, что большинство сточных вод не соответствует строгим стандартам Агентства по охране окружающей среды, регулирующим качество очистных сооружений [8].

В типичной установке очистки сточных вод (рис. 1) смесь неорганических и органических полимерных добавок обычно используется в качестве метода гетерокоагуляции [14, 15].Это сделано для ускорения агломерации и слипания взвешенных частиц, которые необходимо отделить от воды методами седиментации или флотации [5, 6]. Однако большинство промышленных сточных вод нефтеперерабатывающих, пищевых и перерабатывающих производств содержат органические вещества, взвешенные и эмульгированные масла и жиры, которые предпочитают всплывать, а не оседать [10, 15, 16]. Кроме того, для улучшения обезвоживания и глубокой очистки сточных вод, включая удаление фосфора, использование полимеров стало очень распространенной практикой [14, 17, 18].Хотя коагулянты и их производные очень полезны при очистке сточных вод, они могут изменять характеристики сточных вод с точки зрения их физико-химических свойств [11, 17]. Кроме того, проблема, связанная с удалением огромного количества шлама и металлов в сточных водах, например, при применении осаждения гидроксида [4, 13, 19], требует технологии извлечения ценных или токсичных металлов из шлама [20, 21]. . В ответ на это, мембранная технология Доннана, которая требует более низкого рабочего давления, чем другие, стала одним из методов, испытанных на практике при очистке сточных вод.Однако стоимость мембраны - один из минусов [20, 21, 22].

Рисунок 1.

Схематическая блок-схема типичного очистного сооружения, адаптированная из [13].

Поскольку были упомянуты некоторые ограничения, связанные с коагулянтами на неорганической основе, в данном исследовании основное внимание уделяется варианту использования природного и композитного неорганико-органического полимера для максимального повышения эффективности очистки сточных вод. Таким образом, цель состоит в том, чтобы оценить эффективность органических полимеров в качестве коагулянтов для обработки воды и сточных вод, а также предоставить альтернативу солям металлов для процесса химической очистки.Это делается путем изучения использования методов органического полимерного коагулянта по сравнению с солевыми коагулянтами на основе металлов в существующих традиционных методах обработки на основе эффективности. Кроме того, для определения некоторых рабочих условий, влияющих на процесс химической очистки.

2. Процесс химической очистки

Химическая обработка с использованием металлических солей железа и алюминия широко применяется в нескольких отраслях промышленности по очистке сточных вод в качестве первичной обработки для эффективного удаления твердых частиц и органических веществ [23].На Рисунке 2 показан типичный процесс химической очистки сточных вод и питьевой воды, который обычно состоит из коагуляции, флокуляции и осаждения или флотации [24]. Коагуляция - незаменимый механизм, который способствует агрегации взвешенных твердых частиц, которые в основном отвечают за мутность, цвет, удаление вкуса и запаха [24, 25, 26]. Флокуляция облегчает агломерацию коагулированных частиц с образованием более крупных хлопьев, тем самым ускоряя процесс гравитационного осаждения или флотации для удаления загрязняющих веществ [24].Самопроизвольное образование хлопьев во взвешенном состоянии называется флокуляцией. Обычно это применяется при очистке воды и сточных вод. Катионные полиэлектролиты были наиболее жизнеспособными флокулянтами. Их низкая плотность заряда не позволяет обратить поверхностный заряд, и, следовательно, они менее склонны к дестабилизации.

Рисунок 2.

Процесс физико-химической обработки [24].

Кроме того, агломерация частиц с образованием больших и стабильных хлопьев включает смешивание коагулянтов со сточными водами, обычно контролируемое с помощью теста в сосуде.Однако существует несколько типов коагулянтов, которые могут по-разному применяться при очистке питьевой воды или сточных вод [11, 17, 27]. В связи с пагубным воздействием сброса неочищенных сточных вод, важно, чтобы системы очистки были хорошо отлажены и оптимизированы [28, 29]. В идеале требуемые подходящие условия эксплуатации зависят от характеристик сточных вод и коагулянтов, а также физических свойств, как показано в таблице 1.

срок службы
Характеристики коагулянта Характеристики MOW Физические характеристики
Тип коагулянта Качество воды Время флотации / осаждения
Дозировка коагулянта Взвешенные твердые частицы Интенсивность перемешивания
Качество коагулянта Температура Конечная точка дозировки коагулянта
pH Химическая стабильность при хранении
Правильный состав и разбавление раствора Щелочность
Ионные компоненты

Таблица 1.

Факторы, влияющие на процесс химической очистки [17].

2.1 Типы процессов химической очистки

2.1.1 Коагуляция и осаждение

Процессы коагуляции, флокуляции и осаждения при очистке воды и сточных вод имеют решающее значение. Первым этапом в большинстве процессов химической очистки воды является коагуляция, эффективность которой зависит от концентрации коагулянта и химического состава воды [12, 14]. По существу, существует четыре механизма коагуляции для возникновения агрегации частиц, а именно (1) сжатие двойного слоя; (2) вытесняющая флокуляция; (3) адсорбция и нейтрализация заряда; и (4) адсорбция и межчастичное образование мостиков [13, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24].Это включает реакцию между коллоидами и добавленным коагулянтом для дестабилизации и нейтрализации электрических зарядов в частицах, в то время как флокуляция способствует образованию агломерированных хлопьев в коллоидной суспензии.

Например (рис. 3), добавление коагулянта приводит к образованию мелких рассеянных частиц, которые объединяются в более крупные и более стабильные хлопья. Это делает хлопья тяжелее воды, которые оседают в виде отложений и могут быть удалены.В результате удаляется около 90% взвешенных веществ [1, 2]. Кроме того, стадия коагуляции зависит от условий времени и перемешивания, при которых частицы, объединившиеся с образованием более крупных хлопьев, могут быть удалены осаждением.

Рисунок 3.

Процесс коагуляции, флокуляции и седиментации [24].

2.1.2 Коагуляция и флотация

Обычно флотация - это процесс концентрирования, при котором селективные гидрофобные материалы отделяются от гидрофильных материалов с помощью процесса гравитационного разделения [30].В типичном процессе флотации (рис. 4) коагулированные частицы прилипают к пузырькам воздуха, снижая кажущуюся плотность ниже плотности воды, что затем позволяет хлопьям всплывать на поверхность. Изменение фазы разделения зависит от четырех механизмов, таких как (1) образование пузырьков воздуха, (2) контакт между пузырьками воздуха и твердыми частицами, (3) прикрепление пузырьков газа к твердым частицам и (4) подъем пузырьков воздуха вверх. комбинированный воздушный пузырь - макрочастица [31, 32].

Рисунок 4.

Схема коагуляции в сочетании с растворенной флотацией [24].

Добавление коагулянта усиливает пузырьки воздуха и органическое вещество с образованием прочных хлопьев, которые могут противостоять разрушению в зоне флотации [33]. Однако этот процесс несколько сложен, потому что он требует взаимодействия гидродинамики и химии поверхности через средства прикрепления пузырьков, где пузырьки образуются в результате подачи сжатого воздуха в зону флотации. Таким образом, исследования показали, что для получения хороших характеристик химический состав коагуляции оказывает сильное влияние на характеристики флотации [34], так что химическая реакция между коагулянтами и органическим веществом приводит к образованию более крупных нефтяных хлопьев, тогда как процесс флотации способствует разделению. [35, 36].Это позволяет коагулированным хлопьям плавать на поверхности в виде осадка, тогда как чистая вода перемещается на дно флотационного резервуара в канализацию в виде очищенной воды.

2.2 Параметры, влияющие на эффективность обработки коагуляцией

Есть несколько рабочих факторов, которые влияют на параллельные и последовательные реакции, которые происходят при добавлении коагулянта в сточные воды. Чтобы способствовать образованию мостиков между частицами и образованию хлопьев, существует ряд транспортных механизмов, включая броуновскую диффузию и движение жидкости.Все это влияет на эффективность и действенность процесса коагуляции при очистке сточных вод.

2.2.1 Влияние молекулярной массы полимера и плотности заряда

Молекулярная масса (MW) и плотность заряда (CD) полимера влияет на межчастичный мостиковый механизм и механизм электростатических сил, который способствует эффективности коагуляции [37, 38], так что увеличение молекулярной массы улучшает агломерацию и образование хлопьев. Хотя анионный заряд на полимере может препятствовать адсорбции на нежелательной поверхности, он способствует полимерной цепи за счет взаимного отталкивания заряда между молекулами полимера [39].Концентрация органического полимера не зависит от молекулярной массы, но зависит от ионной силы. CD обычно выражается как процент ионных групп (как тех, которые заряжены, независимо от pH, так и тех, которые могут становиться заряженными при определенных условиях pH) по отношению ко всем группам в полимере. CD выражается в единицах длины (qL), площади (qA) и объема (qV), как показано в (1) - (3), как функция количества ионного заряда (qQ) на длину (L), площадь (A) или объем (V) соответственно.

ql = dQLE1

qA = dQAE2

qV = dQVE3

2.2.2 Температура

Температура служит движущей силой химической реакции. Это влияет на коалесценцию и физические свойства полимера, включая вязкость, подвижность, столкновение и растворимость, плотность, скорость подъема или осаждения хлопьев. Таким образом, более высокая температура ускоряет скорость химических реакций, тогда как низкие температуры стабилизируют коллоидные поверхности, уменьшая реакции гидролиза [38, 40].Это может повлиять на свободное движение частиц и более высокую растворимость, а также на более высокую кинетику реакции применяемого полимера, что, в свою очередь, снижает эффективность коагуляции.

2.2.3 Влияние условий перемешивания

Степень завершения коагуляции для эффективной обработки может быть связана с дозировкой коагулянта и условиями перемешивания. Последовательно дестабилизация и агломерация коагулированных хлопьев происходит в двух режимах перемешивания, а именно. быстрое перемешивание и медленное перемешивание, как показано на рисунке 5.Быстрое или быстрое перемешивание происходит после добавления коагулянтов, что требует турбулентного перемешивания для образования гомогенного раствора [24, 25, 29]. Отсутствие быстрого смешивания может привести к ухудшению работы коагулянтов из-за недостаточной дозы или передозировки. С другой стороны, медленное перемешивание происходит вскоре после быстрого перемешивания и предназначено для увеличения улавливания частиц и роста хлопьев.

Рисунок 5.

Схематическое изображение этапов перемешивания в процессе коагуляции.

Кроме того, постоянное медленное перемешивание ускоряет агрегацию хлопьев и улавливание частиц в суспензии для улучшения разделения.Медленное перемешивание обеспечивает градиент скорости частиц схожего размера, который может быть больше 1 мкм. Таким образом, соотношение между агрегацией заданного размера и молекулярной массой полимера может усилить смыкание или разрывное усилие хлопьев для осаждения или всплытия [33, 36, 38]. На практике (рис. 5) это достигается за счет перемешивания суспензии с высокой скоростью (250 об / мин), чтобы вызвать разрушение хлопьев, а после разрывов начинается медленное перемешивание (30 об / мин) для увеличения размера хлопьев [24 , 27].В принципе флотации можно использовать более низкую дозировку полимера, потому что перемешивание создает устойчивую суспензию мелких хлопьев, которые агломерируются и всплывают [33, 41].

2.2.4 Влияние pH

pH играет доминирующую роль во взаимодействии коагулянта и частиц для эффективной нейтрализации и агломерации хлопьев. Кроме того, на растворимость гидроксидов металлов может влиять pH (4–8) [36, 41]. Поэтому корректировка pH перед добавлением коагулянта очень важна для влияния на цепные реакции, которые будут происходить.Эффективные разновидности неорганических коагулянтов или полимеров, являющиеся ионами на основе металлов, могут влиять на образование хлопьев за счет двухслойного сжатия [24, 38]. С увеличением pH эти частицы заряжаются, что приводит к изменению механизма. Например, когда коллоиды являются гидрофильными, например кислоты, pH повлияет на протонирование.

2.2.5 Тип и дозировка коагулянта

В условиях сточных вод используются различные типы коагулянтов, такие как неорганические и органические полимеры.Однако полимеры обычно дороже неорганических коагулянтов. Это зависит от типа и количества химического вещества, которое может содержать коагулянт. Выбор подходящего коагулянта для очистки сточных вод очень важен, который также зависит от химического состава воды, гидродинамики и рабочих условий системы обработки [4, 41]. Дозировка коагулянта является важным фактором в выяснении того, как ионы металлов реагируют с органическими веществами в сточных водах, чтобы повысить их прозрачность.

Органические полимеры по своей природе представляют собой очень вязкие растворы, которые иногда становится проблематичным для гомогенного распределения в среде [15, 17].Однако они очень привлекательны для поверхностей частиц, которые необратимы при прикреплении. Таким образом, неравномерное распределение полимеров в загрязненных сточных водах может способствовать неэффективности и стоимости процесса очистки [17, 18, 24]. Таким образом, необходимо увеличить дозировку, чтобы компенсировать потерю полимера.

2.2.6 Ионная сила

На выравнивание полиэлектролита в растворе существенно влияет ионная сила, которая вызывает образование хлопьев.Ионы металлов препятствуют гидролизной активности при добавлении в раствор коагулянта на основе металлов [24, 38, 40]. Напротив, одинаковые заряды полимерной цепи имеют тенденцию расширяться при взаимном отталкивании. Это направлено на увеличение вязкости раствора полиэлектролита по мере уменьшения ионной силы. Кроме того, увеличение ионной силы экранирует заряженный участок полимера, что затем влияет на его гидродинамическое объемное расширение, уменьшая вязкость раствора [39, 40]. Это вызывает образование двойного слоя сжатия вокруг области поверхности хлопьев, где могут находиться ионы с противоположным зарядом.

3. Коагулянты

Есть несколько типов коагулянтов, которые применимы для установок очистки воды и сточных вод [42]. Это могут быть химические, нехимические, синтетические материалы или натуральные коагулянты. Однако у каждого типа коагулянта есть свои уникальные свойства с положительными ионами, которые удерживают отрицательный заряд органического вещества в воде, вызывая мутность.

3.1 Неорганические коагулянты

Соли алюминия и железа являются наиболее часто используемыми неорганическими коагулянтами при очистке сточных вод.К ним относятся металлы на основе алюминия (хлорид алюминия, сульфат алюминия, алюминат натрия) и металлы на основе железа (сульфат железа, сульфат железа, хлорид железа) [13, 17, 18]. Добавление этих коагулянтов в сточные воды претерпевает серию реакций с гидроксильными ионами (OH - ) с образованием мономерных и полиядерных частиц. Это приводит к диссоциации их солей металлов с высвобождением их трехвалентных ионов, которые гидратируются с образованием сложных молекул воды Al (H 2 O) 6 3+ и Fe (H 2 O) 6 3+ для алюминия и железа соответственно [26, 37, 39, 43].Это приводит к замене молекул воды (H 2 O) на ионы OH - с образованием растворимых Al (OH) 2+ и Fe (OH) 2 , что увеличивает коагуляционную способность трехвалентных ионов. сильно адсорбируются на отрицательной поверхности коллоидов [26, 29].

Следовательно, коагулянты на основе металлов наиболее широко используются из-за их низкой стоимости и доступности; Однако есть и недостатки [17, 18]. К ним относятся высокая дозовая зависимость, высокие требования к pH, слабость к перепаду температур и большое образование осадка.Некоторые из этих неорганических коагулянтов с их достоинствами и недостатками представлены в Таблице 2. Кроме того, передозировка алюминия и железа в сточных водах представляет угрозу как для экосистемы, так и для здоровья человека, например кишечные запоры, колики в животе и спазмы. Кроме того, коагулянты на основе железа очень едкие и образуют хорошо заметные пятна ржавого цвета, связанные с разливами и утечками химических веществ [25, 33]. Поэтому существует большой интерес к улучшению неорганических коагулянтов путем использования полимерных органических и природных коагулянтов для обработки сточных вод.

Название Преимущества Недостатки
Сульфат алюминия (квасцы)
Al 2 (SO 4 ) 3 · 18H 2 O
Easy to обрабатывать и применять; чаще всего используется; образует меньше шлама, чем извести; наиболее эффективен при pH от 6,5 до 7,5 Добавляет растворенные твердые вещества (соли) в воду; эффективен в ограниченном диапазоне pH
Алюминат натрия
Na 2 Al 2 O 4
Эффективен в жесткой воде; обычно требуется небольшая дозировка Часто используется с квасцами; высокая цена; неэффективен в мягкой воде
Полиалюминийхлорид (PAC)
Al 13 (OH) 20 (SO) 4 Cl 15
В некоторых случаях образующийся флок плотнее и быстрее оседает, чем квасцы Обычно не используется; мало полномасштабных данных по сравнению с другими производными алюминия
Сульфат железа
Fe 2 (SO 4 ) 3
Эффективен при pH от 4–6 до 8.8–9.2 Добавляет растворенные твердые вещества (соли) в воду; обычно требуется добавить щелочность
Хлорид железа
FeCl 3 .6H 2 O
Эффективен при pH от 4 до 11 Добавляет растворенные твердые вещества (соли) в воду; потребляет вдвое большую щелочность, чем квасцы.
Сульфат железа
FeSO 4 · 7H 2 O
Не так чувствителен к pH, как известь Добавляет растворенные твердые вещества (соли) в воду; обычно требуется добавить щелочность
Известь
Ca (OH) 2
Обычно используется; очень эффективный; нельзя добавлять соли в сточные воды Зависит от pH; производит большое количество шлама; передозировка может привести к низкому качеству сточных вод

Таблица 2.

Достоинства и недостатки неорганических коагулянтов [18, 33, 41].

3.2 Органические коагулянты

Органические коагулянты, как правило, представляют собой синтезированные мономеры коагулянтов на основе алюминия и железа, применяемые в условиях сточных вод в качестве вспомогательных коагулянтов или компонентов хлопьев [15, 17]. В таблице 3 показаны некоторые органические коагулянты, которые обычно используются при очистке питьевой воды и сточных вод после добавления неорганических коагулянтов для повышения эффективности очистки [15]. Существуют различные типы органических коагулянтов, которые имеют разные ковалентные заряды и связи их полимерных молекул.К ним относятся заряженные или ионные полимеры (полиэлектролиты), а также бесзарядные или неионные полимеры [15, 25]. Что касается заряженных полимеров, полимеры с положительным зарядом называются катионными полимерами, тогда как полимеры с отрицательным зарядом называются анионными полимерами.

901 23–24% Al 2 O 3 или 40–41% по массе ACH
Название Формула Типичные свойства Использует
Хлоргидрат полиалюминия (ACH)
Al 2 (OH) 5 Cl
PAC40 * 23 Используется вместо квасцов в тех случаях, когда сырая вода имеет низкий pH и щелочность.Слабое влияние на pH
MEGAPAC 23
ALCHLOR AC * SG 1,33
* 83–84% основность
PROFLOC A23 * 8,5% по массе Cl * 535 г / л
Полиалюминийхлорид (PACl)
Al 2 (OH) 3 Cl 3
PAC-10 LB * 10–11% Al 2 O 3 или 20– 23% по массе PACl Используется вместо квасцов, если сырая вода имеет низкий pH и щелочность.Имеет большее влияние на pH, чем ACH
MEGAPAC 10
* SG 1,18
* 50% основность
* 10,5% по массе Cl
* 245 г / л
Силикосульфат полиалюминия
Al 2 (OH) 3,24 Si 0 . 1 (SO 4 ) 1,58
PASS ® * 10% Al 2 O 3 или 5.3% по массе Al Легко образует хлопья
* SG 1,34
* 54% основность
Полиферро сульфат
Fe 2 (OH) 0,6 (SO 4 ) 2,7
PFS ® * 12,2% по массе Fe (III) или 43,7% по массе Fe 2 (SO 4 ) 3 В основном используется для очистки сточных вод, эмульгированных маслом
* SG 1,54
* 10% основность
* 673 г / л

Таблица 3.

Примеры органических полимерных коагулянтов для очистки воды и сточных вод [16, 24].

4. Общие характеристики коагулянтов

Есть две характеристики полимеров, которые определяют их использование в качестве коагулянта или флокулянтов [15, 17]. К ним относятся: (1) они имеют очень высокую плотность заряда для нейтрализации отрицательных зарядов, присутствующих на поверхности коллоидного материала, и (2) они имеют относительно низкую молекулярную массу (MW), которая обеспечивает хорошую диффузию катионных зарядов вокруг частицы.Это улучшает хорошее распределение коагулянта в сточных водах, когда он не концентрируется при низкой вязкости менее 2 × 10 3 сантипуаз, а когда концентрируется при высокой вязкости 20 × 10 3 сантипуаз [14, 15, 24] . Органические полимеры имеют длинноцепочечные молекулярные массы, которые состоят из повторяющихся химических единиц, называемых мономерами. Это позволяет классифицировать их как низкие с MW менее 10 5 , и средние и высокие, когда они находятся между 10 5 и 10 6 и более 10 6 соответственно [14, 15, 17].

4.1 Способы полимеризации

Органические полимерные коагулянты могут существовать в различных формах, что связано с методом полимеризации, например, жидкость, шарики, порошок, эмульсия и дисперсия [15, 24].

  1. Порошки: полимеризованные мономеры получают в виде геля, который затем измельчают и сушат.

  2. Гранулы: мономеры полимеризуются путем добавления растворителя, чтобы получить суспензию. Затем растворитель выпаривают, чтобы получить микросферы.Это предотвращает образование пыли и способствует быстрому растворению.

  3. Эмульсии: мономеры эмульгируют в растворителе перед полимеризацией. Затем добавляют поверхностно-активное вещество, чтобы оно растворилось в воде.

  4. Жидкости: мономеры полимеризуются при низкой концентрации в водных растворах, что упрощает использование.

  5. Дисперсии: в этом случае мономеры обычно диспергируются в рассоле перед полимеризацией. Это делается в виде прямой подачи в линию без каких-либо растворителей или поверхностно-активных веществ и времени выдержки.Они применимы в процессе флотации, что делает его экономически эффективным процессом очистки сточных вод нефтеперерабатывающих заводов. На фиг.6 показана диссоциация ионного заряда полимера при введении в принимающую среду (эмульсия масло-вода).

Рис. 6.

Схематическое изображение процесса коагуляции водонефтяной эмульсии с использованием органического полимера [24].

4.2 Типы полимерных коагулянтов

Гидрофобные органические коагулянты, адаптированные из неорганических коагулянтов, привлекли внимание пользователей благодаря своим уникальным характеристикам.Органические полимеры в целом делятся на природные и синтетические [14, 15, 17]. Природные полимеры - это гидрофильные соединения, которые обладают природными характеристиками, поскольку они не токсичны для человека, легкодоступны и экологически безопасны. Однако использование только натуральных полимеров может быть не во всех случаях эффективным при очистке сточных вод. Это может быть связано с их свойствами, которые нельзя изменить (например, хитозан, танин, крахмал, Moringa oleifera) . Природные полимеры обычно смешивают с неорганическими коагулянтами для повышения эффективности их обработки, хотя синтетические полимеры иногда могут быть токсичными для человека [11, 14, 44].

Органические полимеры можно легко модифицировать и оптимизировать в процессе производства для более широкого применения. Некоторые полимеры получают с полимерными цепями линейной, разветвленной или сшитой формы структур [11, 18]. Например, на рисунке 7 показана химическая структура поли-диаллилдиметиламмонийхлорида (pDADMAC), полимеры эпихлоргидрина / диметиламина (ECH / DMA) и катионные полиакриламиды (CPAM) являются примерами катионных синтетических полимеров, а хитозан - примером катионного природного полимера. [15, 17, 24].

Рис. 7.

Общие структуры катионных (PDADMAC, ECH / DMA, CPAM) и анионных (APAM) синтетических полимеров и природного полимера хитозана [17].

4.2.1 Анионные полимеры

Анионные полимеры - это амфотерные полимеры, которые приобретают отрицательный заряд, когда их ионные группы диссоциируют в среде [15, 17]. Их полимеризация очень чувствительна, включая изменение молекулярной массы, зарядовых групп и плотности, а также их линейную или разветвленную структуру, как показано на рисунке 8.Обычно это инициируется использованием либо активных анионных частиц, таких как натрий, нитрил, гидроксид, либо катионных частиц, таких как соляная кислота, серная кислота и фосфорная кислота. Последующий гидролиз полиакриламида в условиях щелочного pH дает полимер с анионными зарядами. В таблице 4 показаны молекулярные формулы анионных АПАМ или ПАМ, содержащих изменяющиеся пропорции сомономеров акриламида с точки зрения плотности заряда (мол.%) И теоретической основы в мэкв / г полимера.

Рисунок 8.

Сополимеры акриламида и акриловой кислоты с образованием анионных полиакриламидов [24].

Молекулярная формула CD (моль%) CD (мэкв / г)
C 3 H 3 O 2 Na 100 10,2
(C 3 H 3 O 2 Na) 0,75 (C 3 H 5 ON) 0,25 75 8.5
(C 3 H 3 O 2 Na) 0,50 (C 3 H 5 ВКЛ) 0,50 50 6,1
(C 3 H 3 O 2 Na) 0,25 (C 3 H 5 ON) 0,75 25 3,3
(C 3 H 3 O 2 Na) 0,1 (C 3 H 5 ON) 0.9 10 1,4

Таблица 4.

Плотности заряда анионных полиакриламидов [17].

4.2.2 Катионные полимеры

Катионные полимеры представляют собой положительно заряженные органические коагулянты на натуральной или синтетической основе. Некоторые из этих полимеров имеют заряженные аммониевые группы, что делает их сильными электролитами независимо от их изменения pH [15, 17]. Например, pDADMAC, ECH / DMA и CPAM являются синтетическими катионными полимерами, тогда как хитозан представляет собой природный катионный полимер, как упоминалось ранее.Гидролиз сложноэфирных групп и, как следствие, потеря катионного заряда зависят от CD и pH. В таблице 5 приведены значения КД различных катионных полимеров в мол.% И мэкв. / Г полимера. Более высокая плотность заряда показывает, что полимер имеет большую петлю, которая усиливает межчастичное образование мостиков и эффективную дестабилизацию среды. На рисунке 9 показана структура катионного полимера, обозначающая полимеризацию акриламида с последующим частичным гидролизом.

Полимер Молекулярная формула CD (моль%) CD (мэкв / г)
PDADMAC C 8 H 16 NCl 100 6.2
ECH / DMA C 5 H 12 ONCl 100 7,3
CPAM C 8 H 16 O 2 NCl 100 5.2
CPAM (C 8 H 16 O 2 NCl) 0,5 (C 3 H 5 ON) 0,5 50 3,8
CPAM (C 8 H 16 O 2 NCl) 0.25 (C 3 H 5 ON) 0,75 25 2,5
CPAM (C 8 H 16 O 2 NCl) 0,1 (C 3 H 5 ON) 0,9 10 1,2
Хитозан C 6 H 11 O 4 N.HCl 100 5.2

Таблица 5.

Плотности заряда катионных полиэлектролитов [17].

Рисунок 9.

Сополимеры акриламида и хлорметилированного мономера с образованием катионных полиакриламидов [24].

4.2.3 Природные или неионные полимеры

Есть несколько встречающихся в природе полимеров, которые обладают присущими им катионными свойствами, которые можно модифицировать для получения катионного полиэлектролита, который будет использоваться для разделения твердой и жидкой фаз в качестве флокулянтов [11]. Неионные полимеры различаются по структуре, молекулярной массе и способности к разложению. Некоторые примеры включают полиакриламиды (ПАМ), хитозан, крахмал без замен, производные целлюлозы и клеи [17, 38, 44].Хитозан, как и большинство природных полимеров, не токсичен, что делает их приемлемыми для здоровья. Упоминается об использовании хитозана в системах очистки воды для обесцвечивания сточных вод красильных предприятий, обработки пищевых отходов, удаления ионов металлов и кондиционирования осадка.

Впоследствии органоглина, являющаяся побочным продуктом природных или синтетических материалов, стала использоваться в качестве абсорбентов для очистки воды. Они широко известны как легкодоступные недорогие адсорбенты.К ним относятся шаровая глина, бентонит и каолин. Органоглина также является результатом слияния натриевой монтмориллонитовой глины с катионной солью четвертичного амина, которая обменивает адсорбированный натрий посредством ионного обмена [17, 25].

Кроме того, растения и минералы являются основным источником природных полимеров. Некоторые примеры включают: семян Nirmali, , Moringa oleifera, , танин, семена баклажанов и семена редиса, которые на местном уровне доступны для обработки из овощей [14, 15, 44].Эти коагулянты нетоксичны, возобновляемы, производят меньше осадка, биоразлагаемы и относительно экономичны. Кроме того, природные коагулянты имеют широкий диапазон эффективных дозировок и не изменяют значение pH очищенной воды. Другой пример коагулянта на растительной основе с использованием неразорвавшихся отходов - кожура маниоки. Свежая кожура маниока обладает тремя основными свойствами: очень быстро распространяется, содержит фитаты и огромное количество цианогенных гликозидов [3, 44].

4.2.4 Применение органических полимеров

Органические полимеры и неорганические коагулянты на протяжении многих лет использовались для химической обработки и очистки воды и сточных вод [41].Они используются при химической очистке, чтобы способствовать осаждению твердых частиц сточных вод для улучшения удаления взвешенных веществ. Можно ожидать, что коагуляция, используемая перед гравитационным осаждением, приведет к удалению взвешенных твердых частиц примерно на 90% по сравнению с без коагуляции [1, 11]. Эта концепция также применима к первичной коагуляции промышленных сточных вод, где разделение может быть основано на флотации, как в примерах из кожевенной, сталелитейной, шерстяной, косметической, моющей, пластмассовой, красильной, бумажной, пищевой и пивоваренной промышленности.Катионный полимер, который подвергается гидрофобной модификации, играет важную роль в случае удаления мыла, масла и жира. В таблице 6 приведены некоторые примеры применения органических полимеров для очистки сточных вод.

Отрасли промышленности Коагулянт Дозирование Производительность Ссылка
Целлюлоза и бумага Полиалюминийсиликатный хлорид 40 мг / л 93 .13% ХПК
91,12% мутность
[45]
Текстильная промышленность PAC 25 мг / л 90,17% ХПК, 74,09% TDS и 93,47% мутность [37]
Краситель сточные воды Полиэтиленгликоль (ПФУ) 30 мг / л Снижение на 55% [46]
Сточные воды овощеводства PACl (полиалюминий хлорид) 60 мг / л 45% TSS , 20% ХПК и 80% мутности [47]
Выходящие из пальмового масла PAC 0.5 г / л, 8,0 и 60 г / л 99% SOG [48]

Таблица 6.

Применение органических полимеров в условиях сточных вод.

Их многочисленные преимущества, связанные с органическими полимерами, использовались в качестве первичных коагулянтов, однако иногда бывает довольно сложно выбрать подходящий для конкретной обработки воды. Выбор подходящего полимера для использования в рассматриваемых обстоятельствах зависит от их молекулярной массы, плотности заряда и структуры, дозы, условий смешивания, количества и типа примесей, обнаруженных в зависимости от воды и pH.Однако для достижения оптимальной стабилизации и агломерации хлопьев требуется оптимальная дозировка, которая обратно пропорциональна размеру частиц в суспензии [39, 40].

5. Заключение

Коагуляция - один из простейших методов очистки воды и сточных вод, особенно от неосаждаемых твердых частиц, мутности и окраски сточных вод. Ожидается, что применение коагуляции улучшит гравитационную систему для удаления взвешенных твердых частиц примерно на 90% по сравнению с системой без коагуляции.Таким образом, проблема осаждения ила, который необходимо флотировать, относительно невелика для систем флотации, использующих органические полимеры, а не неорганические коагулянты. В этой главе рассматриваются ограничения, связанные с коагуляцией с использованием неорганических коагулянтов, путем выделения некоторых экологически чистых органических коагулянтов и рабочих параметров коагуляции для очистки воды и сточных вод. Кроме того, полимеризация композитов и пропитка органических полимеров неорганическими коагулянтами как область исследований должна быть сосредоточена на коммерциализации и индустриализации.

Благодарности

Авторы выражают благодарность Дурбанскому технологическому университету и Национальному исследовательскому фонду Южной Африки за их поддержку.

.

Процесс очистки воды коагуляцией | Жесткая и мягкая вода

Целью процесса коагуляционной обработки является удаление из воды коллоидных частиц. Вода может содержать взвешенные вещества, мелкие или крупные твердые частицы. Процессы осаждения и фильтрации могут удалить большую часть твердых частиц, но мелкие частицы, которые остаются в коллоидной суспензии, не могут быть удалены. Если они слипнутся и образуют более крупные частицы, их можно будет легко удалить.Но отрицательный заряд мешает им коагулировать; как будто два одинаковых магнитных полюса отталкивают друг друга. Они очень стабильны в коллоидной системе. Если мы сможем нейтрализовать эти заряды, то они будут консолидированы в крупные образования. Для этого мы добавляем химическое вещество, которое производит положительный заряд. Это химическое вещество известно как коагулянт. Положительные заряды коагулянта нейтрализуют отрицательные заряды коллоидных частиц. В результате частицы могут коагулировать в крупные образования, которые легко удалить.

Процесс консолидации коллоидных частиц путем нейтрализации зарядов коагулянтом, чтобы их можно было удалить из очищенной воды путем осаждения или фильтрации, называется коагуляцией. Это жизненно важная часть для очистки питьевой воды и сточных вод.

Коагулянты

Коагулянты - это химические вещества, которые используются для удаления мелких частиц из воды. В процессе коагуляционной очистки воды мы использовали разные типы коагулянтов. Как правило, мы можем разделить общий тип коагулянта на две группы: на алюминиевой основе и на основе железа.Коагулянты на основе железа включают сульфат железа (FeSO 4 .7H 2 O), сульфат железа и хлорид железа. С другой стороны, коагулянты на основе алюминия включают сульфат алюминия (Al 2 (SO 4 ) 3 . 18H 2 O), хлорид алюминия, алюминат натрия и хлорид полиалюминия (PACl). Хотя некоторые другие соли металлов, такие как титан и цирконий, очень эффективны, но они дороги или редко доступны.

Механизм коагуляции

Коллоидные частицы несут электрические заряды; обычно отрицательный заряд.Таким образом, в воду добавляется коагулянт с противоположными зарядами, чтобы преодолеть отталкивающий заряд и «дестабилизировать» суспензию. Обычно соль металла, такая как квасцы, добавляется в качестве коагулянта для создания положительно заряженных ионов. Обычно используется 5-10% раствор коагулянта. Квасцы и сульфат железа гидролизуются в соответствии со следующим уравнением -

Al 2 (SO 4 ) 3 + 6 H 2 O ↔ 2Al (OH) 3 + 3H 2 SO 4
H + + HCO 3 - → CO 2 + H 2 O

FeSO 4 + 2 H 2 O → Fe (OH) 2 + H 2 SO 4
H + + HCO 3 - → CO 2 + H 2 O
Но Fe (OH) 2 не действует как коагулянт, он окисляется до Fe (OH) 3 , потребляя растворенный в воде кислород, и действует как коагулянт.
H 2 O + 2 Fe (OH) 2 + ½ O 2 → Fe (OH) 3
Эта реакция легко протекает в щелочной среде.

Факторы, влияющие на очистку коагуляционной воды

Процесс коагуляции воды зависит от различных факторов, таких как pH среды, температура воды, концентрация подаваемого коагулянта, дозировка коагулянта, тип коагулянта, масса и начальная мутность. Кроме того, это также зависит от предварительной обработки и типа присутствующих загрязнителей.

Влияние pH на коагуляцию

pH влияет на активность коагулянтов. Оптимальное значение pH для коагуляции квасцов составляет от 6 до 7,5, тогда как от 5,0 до 8,0 для железа. Если щелочность ниже или выше, флок не образуется должным образом. В результате расходуется больше коагулянта. В этом случае полезно скорректировать pH, добавив кислоту или основание.

Температура

Температура - еще один фактор для процесса обработки коагуляционной воды. Это более важно при более низкой мутности.В случае квасцов гидроксид алюминия при низких температурах образует сильно гидратированный и очень стабильный золь. Так что в зимний период расходуются высокие коагулянты. Когда температура становится ниже 5 ° C, соли алюминия или железа не работают должным образом. Поэтому следует рассмотреть другой коагулянт, такой как хлорид полиалюминия (PACl).

Тип загрязняющих веществ

Солевой состав мягкой и жесткой воды не одинаков. Жесткая вода содержит ионы Ca 2+ и Mg 2+ .Они могут изменять заряд коллоидных частиц.

Оптимальная дозировка

Очень важно определить оптимальную дозировку коагулянта, которая даст максимальный осветляющий эффект. Недостаточное количество коагулянта не может должным образом дестабилизировать коллоидные частицы. С другой стороны, более высокая дозировка может вызвать чрезмерное образование шлама, коррозию и потерю денег.

Тип коагулянта

Не все коагулянты подходят для всех случаев.Различные температуры, pH, тип среды могут варьировать эффективность коагулянта. При более низкой температуре хлорид полиалюминия (PACl) может быть более эффективным, чем традиционные коагулянты, такие как соль алюминия или железа. Таким же образом, при некотором диапазоне pH может быть полезно использовать соль железа вместо квасцов.

Тест с сосудом для коагуляции

Оптимальные условия процесса, такие как дозировка, pH, можно определить с помощью экспериментов с сосудом. Как правило, он состоит из нескольких банок, заполненных равным объемом воды. Затем проверьте различные дозировки коагулянта, pH и т. Д.

Заключение

Предварительная фильтрация и осаждение более эффективны перед процессом коагуляционной обработки воды. Кроме того, для коагуляции воды необходимо соблюдать следующую последовательность добавления химикатов; сначала добавьте химические вещества для коррекции pH, затем добавьте металлический коагулянт, после чего добавьте флокулянт. Но помните, что все химические вещества не обязательно подходят для всех типов воды. Кроме того, многие отрасли промышленности практикуют усовершенствованный процесс коагуляции , который также удаляет предшественник побочного продукта дезинфекции (DBP), вызывающий окрашивание.

.

Коагуляция для очистки воды | Очистка воды | Очистка сточных вод

Сообщение от Очистка воды в Очистка сточных вод | 44 ответа

Коагулянты для очистки воды

Химикаты для очистки воды коагулянта бывают двух основных типов -

коагулянтов и вспомогательных коагулянтов для первичной очистки воды.

Первичные коагулянты нейтрализуют электрические заряды частиц в воде, которые заставляют частицы слипаться. Химически коагулянты для обработки воды представляют собой соли металлов (например, квасцы) или полимеры. Полимеры - это искусственные органические соединения, состоящие из длинной цепочки более мелких молекул. Полимеры могут быть катионными (положительно заряженными), анионными (отрицательно заряженными) или неионными (нейтрально заряженными).

Обычно используются коагулянты для очистки воды:

  • Сульфат алюминия (ALUM)
  • Сульфат железа (медь)
  • Сульфат железа
  • Хлорид железа

Выбор коагулянта, который будет использоваться для конкретной воды, предпочтительно должен основываться на эксперименте с различными коагулянтами.

Квасцы

Одним из первых и до сих пор наиболее широко используемых коагулянтов является сульфат алюминия (Al / SO4) 3 · 14 HP), также известный как квасцы. Квасцы кислые, от светло-коричневого до серого цвета и доступны в виде блоков, кусков и порошка с плотностью 1000-1100 кг / м3 и удельным весом от 1,25 до 1,36. Квасцы можно купить в жидком или сухом виде. Легко растворим в воде. Когда квасцы добавляются в воду, они вступают в реакцию с водой и образуют положительно заряженные ионы.Ионы могут иметь заряд до +4, но обычно бывают двухвалентными (с зарядом +2). Двухвалентный ион. получаемый из квасцов, делает его очень эффективным первичным коагулянтом.

Преимущества и недостатки Alum

Преимущества квасцов - это

  • Легко растворяется в воде,
  • Не вызывает неприглядных красновато-коричневых пятен полов, стен и оборудования, таких как сульфат железа,

Недостатки квасцов - это

  • Эффективен только в определенном диапазоне pH, а
  • Хорошая флокуляция может быть невозможна с квасцами в некоторых водах.

Сульфат железа или медь

Сульфат железа, обычно известный как медь, представляет собой гранулированное кислотное соединение зеленого или коричневато-желтого цвета, доступное в гранулах, кристаллах и комках. Обычно его подают в виде раствора с концентрацией от 4 до 8%. Щелочность и значение pH природной воды слишком низкие, чтобы реагировать с медью с образованием желаемого хлопьевидного гидроксида трехвалентного железа, потому что реакция включает окисление растворенным кислородом в воде, чего не происходит, когда значение pH меньше 8.5. Поэтому необходимо добавить известь с медью для обеспечения коагуляции. По этой причине медь не используется для коагуляции сильно окрашенной воды, которая лучше всего коагулирует при значениях pH менее 6,0. Требуемая доза извести составляет примерно 0,27 мг / л для взаимодействия с 1,0 мг / л меди. Обычно хлопья, образующиеся в результате реакции меди и извести, являются перистыми и хрупкими, но имеют высокий удельный вес.

Сульфат железа

Сульфат железа доступен как коммерческий коагулянт для очистки воды в форме безводного материала, который можно транспортировать и хранить в деревянных бочках.Материал легко растворяется в ограниченном количестве теплой воды, поэтому с химическими дозаторами необходимо использовать специальный бак для раствора, в котором 1 объемная часть сульфата железа (III) растворяется в 2 частях воды для получения раствора крепостью около 40%.

Преимущества сульфата железа

  • Гидроксид железа образуется при низких значениях pH, поэтому коагуляция с сульфатом железа возможна при таких низких значениях pH, как 4,0.
  • Гидроксид железа нерастворим в широком диапазоне значений pH, чем гидроксид алюминия, за исключением зоны 7.От 0 до 8,5.
  • Флок, образованный коагулянтами трехвалентного железа, тяжелее, чем квасцы.
  • Флок с гидроксидом железа не растворяется повторно при высоких значениях pH.
  • Железные коагулянты могут использоваться для удаления окраски при высоких значениях pH, необходимых для удаления железа и марганца, а также для смягчения воды.

На реакцию квасцов и природных компонентов различных вод влияет множество факторов, поэтому невозможно точно определить количество квасцов, которые будут реагировать с заданной степенью щелочности.Теоретически 1 мг / л квасцов вступает в реакцию с 0,45 мг / л естественной щелочности, выраженной как CaCo3 0,30 мг / л 85% негашеной извести в виде CaO и 0,35 мг / л 95% гашеной извести в виде Ca (OH) 3 'Квасцы обычно подается в виде раствора с концентрацией от 8 до 10%.

Если щелочь не добавляется, то кислотность 1,0 мг / л квасцов снижает естественную щелочность исходной воды на 0,45 мг / л. Это снижение естественной щелочности желательно в большинстве случаев, поскольку диапазон pH для коагуляции мутной воды составляет 5,7-8,0.Следовательно, щелочь, необходимая для предотвращения коррозии, будет добавляться в фильтрованную воду, причем требуемая доза будет зависеть от дозы квасцов, но не регулироваться ею.

1 мг квасцов образует примерно 0,26 мг нерастворимых осадков Al (OH) 3 и потребляет примерно 0,51 мг щелочности (выраженной как CaCO3) ·

1 мг сульфата двухвалентного железа дает примерно 0,64 мг нерастворимых осадков Fe (HC03) 2 и потребляет 0,56 мг щелочности.

1 мг сульфата железа (III) дает примерно 0.54 мг нерастворимого Fe (ОН) выпадает в осадок и потребляет 0,75 мг щелочности.

Из-за потребления щелочности во время коагуляции образуется CO2. Значение pH также может быть снижено после процесса коагуляции в зависимости от количества нанесенного коагулянта и общей щелочности сырой воды.

Коагулянты

Вспомогательный коагулянт - это неорганический материал, который при использовании вместе с основным коагулянтом улучшает или ускоряет процесс коагуляции и флокуляции, производя быстро образующиеся, плотные и быстро осаждающиеся хлопья.Коагулянт при добавлении способствует увеличению плотности медленно оседающих хлопьев и прочности хлопьев, так что они не разрушаются во время процессов смешивания и осаждения. Первичные коагулянты всегда используются в процессе коагуляции / флокуляции. Вспомогательные коагулянты обычно используются для сокращения времени флокуляции и при очень низкой мутности сырой воды. Частицы вспомогательных коагулянтов могут стать отрицательно заряженными, что приведет к их притяжению положительно заряженными ионами алюминия. Это особенно полезно для чистой воды с очень низкой мутностью, которая плохо коагулирует при обычных процессах.Почти все вспомогательные коагулянты очень дороги, поэтому необходимо соблюдать осторожность, чтобы использовать надлежащее количество этих химикатов. Во многих случаях вспомогательные коагулянты не требуются во время нормальной работы водоочистных сооружений, но используются во время аварийной обработки воды, которая не была должным образом обработана в бассейне флокуляции и отстаивания. Общие коагулянты -

  • Бентонит
  • Карбонат кальция
  • Силикат натрия
  • Анионный полимер
  • Неионный полимер

Известь - это коагулянт, используемый для повышения щелочности воды.Повышение щелочности приводит к увеличению количества ионов (электрически заряженных частиц) в воде, некоторые из которых имеют положительный заряд. Эти положительно заряженные частицы притягивают коллоидные частицы в воде, образуя хлопья.

Бентонит - это тип глины, используемой в качестве утяжелителя в воде, высокой цветности и низкой мутности и содержания минералов. Бентонит соединяется с мелким хлопьевидным флоком, делая его более тяжелым и, таким образом, ускоряя его осаждение.

Полиэлектролиты , которые представляют собой полимеры, содержащие ионизируемые элементы, успешно использовались как в качестве коагулянтов, так и в качестве коагулянтов, но следует проявлять осторожность, чтобы не допустить их токсичности.
Полиэлектролит создает необычайно скользкие поверхности при проливании на пол, и их трудно очистить.

ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА КОАГУЛЯЦИЮ

На коагуляцию влияют изменения pH воды, содержания солей, щелочности, мутности и температуры. Внутри установки эффекты перемешивания и эффекты коагулянта будут влиять на процесс коагуляции / флокуляции. Уровни pH, солей и щелочности в воде - все это способы измерения количества положительно заряженных частиц (катионов) и отрицательно заряженных частиц (анионов) в воде.Как результат, все три фактора влияют на количество коагулянтов, которые необходимо использовать для удаления мутности воды.

Диапазон pH воды может быть самым важным фактором правильной коагуляции. Оптимальный диапазон pH варьируется в зависимости от используемых коагулянтов, но обычно составляет от 5 до 7. Эти более низкие значения pH означают, что в воде имеется больше положительно заряженных частиц, которые свободно вступают в реакцию с отрицательно заряженными коллоидами.

Коагуляцию следует проводить в этой оптимальной зоне с использованием щелочей и кислот для коррекции pH, если это необходимо.Для многих вод с низкой окраской, хорошо забуференных и имеющих pH в оптимальной зоне, при использовании квасцов в качестве коагулянта регулировка pH не требуется. Неспособность работать в оптимальной зоне pH может быть пустой тратой коагулянтов и может отражаться в снижении качества сточных вод завода.
Когда сульфат двухвалентного железа используется в качестве коагулянта, pH следует поддерживать выше 9,5, чтобы обеспечить полное осаждение железа. Это достигается добавлением гашеной извести. В очищенную воду необходимо внести поправку с добавлением углекислого газа.

Соли - это соединения, содержащие как катион, так и анион. В воде катион и анион распадаются и могут взаимодействовать с другими заряженными частицами в воде. Все природные воды содержат некоторую концентрацию катионов и анионов, таких как кальций, натрий, магний, железо, марганец, сульфат, хлорид, фосфат и другие. Некоторые из этих ионов могут влиять на эффективность процесса коагуляции.

Щелочность воды связана как с pH, так и с содержанием солей в воде.Щелочность - это способность воды нейтрализовать кислоты, основанная на содержании в воде карбоната, бикарбоната, гидроксида, бората, силиката и фосфата. Для коагуляции предпочтительна вода с высокой щелочностью, поскольку она имеет тенденцию иметь больше положительно заряженных ионов для взаимодействия с отрицательно заряженными коллоидами. Чтобы придать воде искусственную щелочность и обеспечить эффективную коагуляцию, в воду добавляют негашеную или гашеную известь.

Негашеную известь или оксид кальция (CaO) можно использовать для искусственного повышения щелочности воды при необходимости.Негашеная известь варьируется по качеству от 75 до 99% оксида кальция (обычно 85%). Гашение негашеной извести должно производиться осторожно, «поскольку от этого процесса во многом зависит успех водоподготовки. Гашение занимает 15-30 минут при оптимальных условиях. Гашеную известь разбавляют водой и хранят в емкостях для раствора. Поскольку гидроксид кальция, образующийся в процессе гашения, мало растворим, раствор на самом деле представляет собой суспензию химического вещества. Поэтому необходимо постоянно перемешивать содержимое резервуара для поддержания однородной суспензии.

Вода для разбавления должна быть холодной, потому что гидроксид кальция более растворим в холодной воде, чем в теплой. Негашеная известь используется на установках для смягчения воды и на крупных водоочистных сооружениях из-за ее более низкой стоимости.

Гашеная известь, также известная как гидроксид кальция, представляет собой белый порошок, образующийся при гашении негашеной извести в воде. Она не портится при хранении, не требует гашения и содержит меньше примесей, чем большинство негашеной извести. Материалы можно смешивать непосредственно в резервуарах для раствора и подавать в сухом виде.Гашеная известь варьируется по качеству от 80% до 99% (обычно 95%). Поскольку с гашеной известью легко обращаться, ее предпочтительно использовать на небольших водоочистных установках, где известь требуется для обеспечения дополнительной щелочности воды.

Отношение щелочности чистого оксида кальция (CaO) к чистому гидроксиду кальция [Ca (OH) 2] составляет 1: 1,32.

.

водопровод | Описание, очистка, распределение и качество воды

Изменения в системах водоснабжения

Вода была важным фактором в расположении первых поселений, и развитие систем общественного водоснабжения напрямую связано с ростом городов. При освоении водных ресурсов, выходящих за рамки их естественного состояния в реках, озерах и родниках, рытье неглубоких колодцев, вероятно, было самым ранним нововведением. По мере увеличения потребности в воде и разработки инструментов скважины углублялись.Колодцы, облицованные кирпичом, были построены горожанами в бассейне реки Инд еще в 2500 году до нашей эры, а колодцы глубиной почти 500 метров (более 1600 футов), как известно, использовались в древнем Китае.

Строительство qanāt s, слегка наклонных туннелей, проложенных в склонах холмов, содержащих грунтовые воды, вероятно, возникло в древней Персии около 700 г. до н. Э. Со склонов холмов вода под действием силы тяжести переносилась по открытым каналам в близлежащие города. Использование qanāt s стало широко распространенным во всем регионе, и некоторые из них все еще существуют.До 1933 года иранская столица Тегеран полностью снабжалась водой из системы на канатов с.

qanāt

A qanāt в Национальной библиотеке Ирана, Тегеран.

Зерешк

Необходимость направлять водоснабжение из отдаленных источников была результатом роста городских сообществ. Среди наиболее заметных из древних систем водоснабжения - акведуки, построенные между 312 г. до н. Э. И 455 г. до н. Э. На всей территории Римской империи.Некоторые из этих впечатляющих работ существуют до сих пор. В трудах Секста Юлия Фронтина (который был назначен суперинтендантом римских акведуков в 97 г. н. Э.) Содержится информация о проектировании и строительстве 11 основных акведуков, которые снабжали Рим. Типичный римский акведук, простирающийся от далекой родниковой местности, озера или реки, включал в себя ряд подземных и надземных каналов. Самой длинной была «Аква Марсия», построенная в 144 г. до н. Э. Его источник находился примерно в 37 км (23 милях) от Рима.Однако сам акведук был 92 км (57 миль) в длину, потому что он должен был изгибаться по контурам суши, чтобы поддерживать постоянный поток воды. Около 80 км (50 миль) акведук находился под землей в крытой траншее, и только последние 11 км (7 миль) он проводился над землей в аркаде. Фактически, большая часть общей длины акведуков, снабжающих Рим (около 420 км [260 миль]), была построена в виде крытых траншей или туннелей. При пересечении долины акведуки поддерживались аркадами, состоящими из одного или нескольких уровней массивных гранитных опор и впечатляющих арок.

Акведук Сеговии

Акведук Сеговии в Сеговии, Испания.

© SeanPavonePhoto / Fotolia Сэкономьте 50% на подписке Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сегодня

Акведуки заканчивались в Риме у распределительных резервуаров, из которых вода направлялась в общественные бани или фонтаны. У некоторых очень богатых или привилегированных граждан вода была подведена прямо в дома, но большинство людей приносило воду в контейнерах из общественного фонтана.Вода текла постоянно, излишки использовались для очистки улиц и смыва канализации.

Древние акведуки и трубопроводы не выдерживали большого давления. Каналы сооружали из тесаного камня, кирпича, щебня или грубого бетона. Трубы обычно делали из перфорированного камня или полых деревянных бревен, хотя также использовались глиняные и свинцовые трубы. В средние века не было заметного прогресса в методах или материалах, используемых для транспортировки и распределения воды.

Чугунные трубы с соединениями, способными выдерживать высокое давление, практически не использовались до начала 19 века.Примерно в то время паровой двигатель впервые был применен для перекачки воды, что позволило всем, кроме самых маленьких, получать питьевую воду непосредственно в отдельные дома. Асбестоцемент, высокопрочный чугун, железобетон и сталь стали использоваться в качестве материалов для трубопроводов водоснабжения в 20 веке.

Развитие водоподготовки

В дополнение к количеству воды, качество воды также вызывает беспокойство. Даже древние понимали важность чистоты воды.В санскритских писаниях 2000 г. до н. Э. Рассказывается, как очищать грязную воду путем кипячения и фильтрации. Но только в середине 19 века была доказана прямая связь между загрязненной водой и болезнью (холерой), и только в конце того же века немецкий бактериолог Роберт Кох доказал микробную теорию болезни. создание научной основы для обработки и санитарии питьевой воды.

Водоподготовка - это изменение источника воды для достижения качества, соответствующего установленным целям.В конце XIX - начале XX века главной целью было устранение смертельных заболеваний, передаваемых через воду. Примерно в то же время началась обработка общественной питьевой воды для удаления патогенных или болезнетворных микроорганизмов. Методы лечения включали фильтрацию через песок, а также использование хлора для дезинфекции. Практическое устранение таких заболеваний, как холера и брюшной тиф в развитых странах, доказало успех этой технологии очистки воды. В развивающихся странах болезни, передаваемые через воду, по-прежнему являются главной проблемой качества воды.

В промышленно развитых странах озабоченность сместилась в сторону хронических последствий для здоровья, связанных с химическим загрязнением. Например, предполагается, что следовые количества некоторых синтетических органических веществ в питьевой воде вызывают рак у человека. Свинец в питьевой воде, обычно выщелачиваемый из проржавевших свинцовых труб, может привести к постепенному отравлению свинцом и вызвать задержку развития у детей. Дополнительная цель снижения таких рисков для здоровья видится в постоянно увеличивающемся количестве факторов, включенных в стандарты питьевой воды.

.

Смотрите также

ООО ЛАНДЕФ © 2009 – 2020
105187, Москва, ул. Вольная д. 39, 4 этаж.
Карта сайта, XML.