Зміна каламутності води в процесі коагулювання
І – прихована коагуляція; ІІ – початок утворення пластівців; ІІІ – початок седиментації; ІУ – закінчення седиментації
І-й етап – гідроліз коагулянту після введення в очищувачу воду з утворенням міцел і подальшим їх агрегатуванням у більші кулясті часточки золю (~ 10 – 100 нм) – стадія прихованої коагуляції;
ІІ – й етап – побудова ланцюгових структур і утворення величезної кількості найдрібніших пластівців, що агрегатуються в більші;
ІІІ – й етап пластівці досягнувши певних розмірів осідають під дією сили гравітації – стадія седиментації.
Насправді ці етапи не йдуть чітко один за одним, а перекриваються, ускладнюючи процес прояснення води.
На ефективність проходження процесу коагуляції впливають наступні чинники:
концентрація електроліту – чим вона більша, тим швидше відбувається коагуляція;
дисперсність системи – у полідисперсних системах коагуляція проходить швидше, ніж у монодисперсних;
температура і рН стічних вод;
форма колоїдних частинок, розміри і щільність пластівців.
2. Характеристики коагулянтів, що застосовуються для очищення стічних вод від колоїдно – дисперсних речовин
В якості коагулянтів можна використовувати вапно (як у чистому вигляді, так і в суміші з вуглекислим газом, солями хлорного і сірчанокислого феруму, алюмінію та фосфатами), сполуки хрому або кальцію з глиною, сульфатною кислотою або сульфатом міді, триполіфосфат натрію та інші.
Серед солей алюмінію в якості коагулянтів використовують сульфат алюмінію Al2(SO4)3 x 12H2O, алюмінат натрію NaAlO2, оксихлорид алюмінію Al2(OH)5Cl, алюмокалієві KAl(SO4)2 x 12H2O та алюмоамонійні NH4Al(SO4)2 x 12H2O галуни (їх застосування обмежене через високу вартість).
Серед солей феруму (ІІІ) як коагулянти використовують сульфати Fe2(SO4)3 x 2H2O, Fe2(SO4)3 x 3H2O і хлорид FeCl3, а також сульфат феруму (ІІ) FeSO4 x 7H2O.
Серед усіх названих речовин найбільшого поширення в застосуванні набули сульфат і основний сульфат алюмінію Меншою мірою використовують хлорид і гідроксохлориди алюмінію, а також сульфати і хлориди феруму, алюмінат натрію.
Сульфат алюмінію Al2(SO4)3 застосовують для очищення кольорових і каламутних вод в інтервалі значень рН 5 – 7,5. Він добре розчинний у воді і відносно недорогий.
Діаграма розчинності в системі Al2(so4)3 - h2o
Його використовують у сухому вигляді або у вигляді 50% - го розчину. У сухому вигляді сульфат алюмінію випускається у формі шматків невизначених розмірів масою до 10 кг або лусочок з масовою часткою Al2O3 14 – 16,3%. У вигляді розчину сульфат алюмінію постачається споживачам в незначних кількостях; він містить 6,7 – 7,7% Al2O3.
Вимоги до якості сульфату алюмінію
Продукт |
Сорт |
Нормовані показники |
Н.з./ Al2O3, не більше |
||||
Масова частка Al2O3, %, не менше |
Масова частка, %, не більше |
||||||
Н.з. |
Н2SO4 (вільна) |
Fe2O3 |
As2O3 |
||||
Сульфат алюмінію (очищений) |
вищий |
17,0 |
0,2 |
- |
0,02 |
0,003 |
- |
перший |
16,3 |
0,3 |
- |
0,04 |
0,003 |
- |
|
другий |
15,0 |
0,5 |
0,05 |
0,7 |
0,003 |
- |
|
Сульфат алюмінію технічний (очищений) у рідкому стані |
- |
7,2±0,5 |
1,0 |
0,1 |
0,1 |
0,003 |
- |
Сульфат алюмінію технічний (неочищений) |
А |
9,5 |
- |
2,0 |
0,5 |
0,003 |
2,2 |
Б |
9,5 |
- |
3,0 |
0,9 |
0,003 |
2,7 |
|
Н.з – нерозчинний залишок
Якщо масова частка Al2O3 в продукті менша за 15%, відбувається злежування продукту, що призводить до значних утруднень під час його використання. Істотним недоліком неочищеного сульфату алюмінію є низький вміст корисного компонента та підвищений – нерозчинного залишку та вільної сульфатної кислоти. Цей продукт характеризується незадовільним товарним виглядом, що спричиняє значні ускладнення під час підготовки коагулянту до використання, підвищену агресивність розчинів та збільшення транспортних витрат.
При коагулюванні сульфат алюмінію взаємодіє з гідрокарбонатами, які присутні у воді:
Al2(SO4)3 + 3Са(НСО3)2 ↔ Al (ОН)3↓ + 3Са SO4 + 6Н2О
Дигідроксосульфат алюмінію (ДГСА) - Al2(SO4)2 (ОН)2 х 11Н2О – новий ефективний коагулянт. Він являє собою білий дрібнозернистий порошок, здатний кристалізуватися. У воді розчиняється краще за сульфат алюмінію, з підвищенням температури його розчинність збільшується.
Основні переваги ДГСА перед сульфатом алюмінію наступні:
працює у ширшому інтервалі значень рН очищуваної води
потребує меншого лужного резерву;
має значно кращу пластівцеутворювальну здатність, особливо за низьких температур;
його розчини менш агресивні, завдяки чому різко знижується кислотна корозія обладнання та комунікацій;
для його виробництва потрібно на 33% менше сульфатної кислоти, що дає змогу знизити собівартість;
витрати в розрахунку на Al2O3 на15 – 20% нижчі, ніж сульфату алюмінію.
Із хлорвмісних сполук алюмінію найбільше застосування для очищення води знайшли хлорид алюмінію і гідроксихлориди алюмінію. Зокрема, в Україні в Запорізькій області в м. Пологи на Пологівському хімічному заводі “Коагулянт” виробляють ряд коагулянтів серії “Полвак” (розчинів гідроксихлоридів алюмінію різного ступеня основності).