7576

11

Характеристика сернокислого алюминия очищенного

Коагулирующие свойства А12(SО4)3 обусловлены образованием колло-

идной гидроокиси алюминия и основных сульфатов в результате гидроли-

за. В процессе коагуляции А1(ОН)3 коллоидные частицы примесей, находящие-

ся в воде, захватываются и выделяются вместе с гидроксидом алюминия в виде студенистых хлопьев. А1(ОН)3 имеет повышенную чувствительность к рН и температуре обрабатываемой воды. Изоэлектрическая область для гидроксида алюминия, где у него наименьшая растворимость, соответствует рН = 6,5÷7,5.

При более низких значениях рН образуются частично растворимые ос-

новные соли, при более высоких - алюминаты. При температуре исходной во-

ды ниже 4 С в результате возрастания гидратации гидроксида алюминия замед-

ляются процессы коагулирования ее примесей и декантации хлопьев. В

этом случае следует обращать внимание на работу первой ступени очист-

ки, т.к. остаточный алюминий не задержан и хлопья гидроксида оседают на внутренней поверхности магистральной распределительной сети.

Сульфат алюминия технический жидкий

Сульфат алюминия технический жидкий, получают путем взаимодей-

ствия гидроксида алюминия с серной кислотой. Он является универсальным коагулянтом, работает на воде любой сложности, предназначается для очистки воды хозяйственно-питьевого и промышленного назначения.

Коагулянт сульфат алюминия технический жидкий представляет собой соеди-

нение соответствующее формуле Аl2(SO4)3 · nH2O и соответствует требованиям ТУ 2141-002-31116972-97. Поступает продукт в гуммированных цистернах.

12

Характеристика сульфата алюминия технического жидкого

Оксихлорид алюминия

В холодное время года при обработке воды с повышенным содержанием при-

родных органических веществ используется оксихлорид алюминия (ОХА). ОХА известен под различными наименованиями: полиалюминий гидрохлорид, хлор-

гидроксид алюминия, основной хлорид алюминия и др. и имеет общую фор-

мулу А1(ОН)mС13n-m. При обработке воды указанные соединения могут образовывать мономерные, полимерные и аморфные структуры.

Неорганический катионный коагулянт ОХА

Неорганический катионный коагулянт ОХА обладает способностью об-

разовывать комплексные соединения с широким спектром органических и неор-

ганических веществ в воде. Принципиально отличается от обычных солей алю-

миния тем, что имеет так называемую поверхностную кислотную оболочку, что обеспечивает максимально высокую эффективность очистки воды от взвешен-

ных веществ и металлов. Практика применения неорганического катионного оксихлорида алюминия продемонстрировала ряд преимуществ, напрямую вли-

яющих на экономические показатели его использования, в том числе и в срав-

нении с традиционно используемым сульфатом алюминия:

представляя собой частично гидролизованную соль, оксилорид алюминия обладает большей способностью к полимеризации, что ускоряет хлопьеобразование и осаждение коагулированной взвеси;

подтверждена работа оксихлорида алюминия в более широком диапазоне рН по сравнению с сульфатом алюминия;

низкое остаточное содержание алюминия при высоких вводимых дозах;

13

снижение рабочей дозы коагулянта в 1,5 - 2,0 раза по сравнению

ссернокислым алюминием;

поставка готового рабочего раствора позволяет отказаться от процесса растворения коагулянта, приводя к экономии электроэнер-

гии на размешивании на средней станции до 100 тыс. кВт/час ежегодно;

снижение трудоемкости и эксплуатационных затрат по хранению,

приготовлению и дозированию реагента, улучшение санитарно-

гигиенических условий труда.

снижение щелочности при коагулировании оксихлоридом алюминия

существенно меньше. Это приводит к снижению коррозионной активности воды, исключению стабилизационной обработки, улучше-

нию состояния водопроводов городской распределительной сети и со-

хранению потребительских свойств воды при транспортировании, а

также позволяет полностью отказаться от использования щелочных агентов и приводит к экономии таковых на средней станции водо-

очистки до 20 тонн ежемесячно.

Алюминат натрия

Алюминат натрия NaА1О2 представляет собой твердые куски белого цвета с перламутровым блеском на изломе, получаемые растворением гидроксида или оксида алюминия в растворе гидроксида натрия. Сухой товарный продукт содер-

жит 55% А12О3, 35% Na2O и до 5% свободной щелочи NaОН. Растворимость

NaА1О2 - 370 г/л (при 20°С). Насыпная масса 1,2-1,8 т/м3.

Железный купорос технический ГОСТ 6981-94 (сульфат закиси железа)

Сульфат закиси железа FeSО4∙7Н2О представляет собой прозрачные зе-

леновато-голубые кристаллы, легко буреющие на воздухе в результате окис-

ления железа (II). Получают путем утилизации отработанных сернокислотных травильных растворов, предназначенный для применения в химической про-

мышленности, цветной металлургии, электроэнергетике. Относительная мо-

лекулярная масса (по международным атомным массам 1983 г.) - 278,01.

14

Продукт выпускают двух сортов с качеством, определяемым следующими

показателями (см. табл. 6):

Характеристика купороса железного технического

Плотность реагента 1,5 г/смЗ. Промышленность выпускает также и 30%-

ный раствор сульфата железа (II), содержащий до 2% свободной серной кислоты.

Окисление гидроксида железа (II), образующегося при гидролизе железного купо-

роса при рН воды менее 8, протекает медленно, что приводит к неполному его осаждению и неудовлетворительному коагулированию. Поэтому перед вводом железного купороса в воду добавляют известь или хлор, либо оба реагента вме-

сте, усложняя и удорожая тем самым водообработку. В связи с этим, желез-

ный купорос используют, главным образом, в технологии известкового и из-

вестково-содового умягчения воды, когда при устранении магниевой жесткости значение рН поддерживают в пределах 10,2 ÷13,2 и, следовательно, соли алю-

миния не применимы. Скорость осаждения хлопьев гидроксида железа в 1,5 ра-

за больше скорости осаждения хлопьев гидроксида алюминия. Процесс окисле-

ния происходит достаточно быстро только при рН воды свыше 8. Это вызывает необходимость в подщелачивании воды.

Транспортируют его в гуммированной таре автомобильным или железно-

дорожным транспортом в соответствии с правилами перевозки грузов, дей-

ствующими на транспорте данного вида.

Сульфат железа Fe2(SO4)3∙2H2O

Сульфат железа (III) Fe2(SO4)3∙2H2О получают растворением оксида железа в серной кислоте. Продукт кристаллический, очень гигроскопичный, хорошо растворяется в воде. Плотность его - 1,5 г/см3. Использование солей железа

(III) в качестве коагулянта предпочтительнее по сравнению с сульфатом алюми-

15

ния. При их применении улучшается коагуляция при низких температурах воды,

на процесс мало влияет рН среды, ускоряется декантация скоагулированных примесей и уменьшается время отстаивания (плотность хлопьев гидроксида железа (III) в 1,5 раза больше, чем гидроксида алюминия).

К числу недостатков солей железа (III) относится необходимость их точ-

ной дозировки, так как ее нарушение приводит к проникновению железа в фильтрат. Хлопья гидроксида железа (III) осаждаются неравномерно, поэтому в воде остается большое количество мелких хлопьев, поступающих на филь-

тры. Эти недостатки в значительной мере устраняются при добавлении суль-

фата алюминия. Качество коагулянта определяется следующими показателями:

Характеристика сульфата железа(III) (Fe2(SO4)3∙2H2O)

Таблица 7

Железо хлорное FeCl3

Это вещество - кристаллы фиолетового цвета с темно-зеленым оттен-

ком. Гигроскопично. Получают хлорированием железного лома при 600-700°С.

Качество коагулянта определяется следующими показателями (см.табл.8):

Характеристика хлорного железа FeCl3

Таблица 8

Использование хлорного железа дает наиболее высокие результаты при совместном применении его с сернокислым алюминием и известью. Поступает в стальных барабанах с толщиной стенок 1-3 мм, емкостью 75-100 л, защищен-

ной внутренней и наружной поверхностью.

16

Хлорированный железный купорос

Хлорированный железный купорос Fe2(SО4)3 +FeС13 получают непо-

средственно на водоочистных комплексах обработкой раствора железного ку-

пороса хлором, вводя на 1 г Fe2(SО4)3 ∙7Н2О 0,160÷0,220 г хлора. Смешанный алюможелезный коагулянт приготовляют из растворов сульфата алюминия и хлорного железа в пропорции 1:1 (по массе). Рекомендуемое соотношение может изменяться в конкретных условиях работы очистных сооружений. Мак-

симальное отношение FeС13 к А12(SO4)3 при применении смешанного коагу-

лянта по массе равно 2:1. Вода, обработанная смешанным коагулянтом, как правило, не дает отложений даже при низких температурах, так как формиро-

вание и седиментация хлопьев заканчивается в основном до фильтров; хлопья осаждаются равномерно, и достигается более полное осветление воды. Приме-

нение смешанного коагулянта позволяет существенно сократить расход реаген-

тов. Составные части смешанного коагулянта можно вводить как раздельно,

та и предварительно смешав растворы. Первый способ более гибок при пере-

ходе от одного оптимального соотношения реагентов к другому, однако, при втором - проще осуществлять дозирование.

2.2. Флокулянты

Флокулянтами в технологии очистки воды называют высокомолекуляр-

ные вещества, интенсифицирующие процесс хлопьеобразования гидроксидов алюминия или железа (III), а также работу отдельных водоочистных сооруже-

ний. Они принадлежат к классу линейных полимеров, для которых характерна цепочечная форма макромолекул. Молекулярная масса флокулянтов колеблет-

ся в пределах от десятков тысяч до нескольких миллионов; длина цепочки, со-

стоящей из ряда одинаковых звеньев, составляет сотни нанометров. Они хоро-

шо растворимы в воде. Их водные растворы являются истинными растворами,

т.е. гомогенными однофазными термодинамически устойчивыми системами.

Высокомолекулярные флокулянты классифицируют на органические

(природные и синтетические) и неорганические, на анионного и катионного ти-

17

па. В качестве флокулянтов из природных веществ используют крахмал, водо-

рослевую крупку, белковые гидролизные дрожжи, картофельную мезгу, альги-

нат натрия и др. Из синтетических анионных флокулянтов наиболее широко применяют органический полимер полиакриламид (ПАА), затем флокулянты серии К (К-4, К-6 и др.). Организовано также производство флокулянтов кати-

онного типа (ВА-2, ВА-3, ВА-102, ВПК-Ю1, ВПК-402, КФ, УКФ, ВАФ), кото-

рые в отличие от ПАА вызывают образование крупных хлопьев без предвари-

тельной обработки примесей воды коагулянтами. Среди неорганических фло-

кулянтов наибольшее распространение получил активированный силикат натрия - активная (активированная) кремниевая кислота (АК).

Если при введении коагулянта в воду начинается образование хлопьев,

то объем их, массу, способность к слипанию можно увеличить тремя способа-

ми:

1.Контактом обрабатываемой воды с уже образовавшимся осадком при рециркуляции осадка, пропусканием воды через взвешенный слой осадка.

2.Медленным и равномерным перемешиванием для повышения вероятно-

сти контакта нейтрализованных коллоидных частиц с хлопьями. 3.Применением флокулянтов. Флокулянты используют для эффектив-

ности процессов коагуляции, фильтрования. Они могут ускорить реакцию или улучшить качество хлопьев (их плотность, адгезионные свойства).

Применение флокулянтов при обработке воды позволяет ускорить в ка-

мерах хлопьеобразования и отстойниках формирование хлопьев и их деканта-

цию, повысить эффект осветления воды и увеличить скорость ее движения в сооружения. В осветлителях со слоем взвешенного осадка они увеличивают концентрацию частиц во взвешенном слое и уменьшают их вынос из него при одновременном повышении скорости восходящего потока воды.

Использование флокулянтов на фильтровальных аппаратах способствует удлинению времени защитного действия загрузки, улучшению качества филь-

трата, повышению скорости фильтрования и относительному сокращению рас-

хода промывной воды.

18

Использование флокулянтов на действующих очистных сооружениях позволяет увеличивать их производительность и водоочистного комплекса в целом. В отдельные периоды года (паводки, низкие температуры воды и др.),

когда технологические сооружения обеспечивают получение воды стандартно-

го качества лишь при пониженной производительности, использование флоку-

лянтов позволяет сохранять требуемую подачу воды. Флокулянты могут также значительно улучшить качество очищенной воды, если эксплуатируемые тех-

нологические сооружения по типу или расчетным параметрам не соответству-

ют загрязняющим воду примесям. В ряде случаев применение флокулянтов позволяет увеличить производительность действующих комплексов в 1,5 раза,

а при правильном сочетании с простейшими мероприятиями по реконструкции сооружений еще больше; сократить размеры сооружений и снизить на 15÷20%

стоимость очистки воды.

Активная кремниевая кислота

Активная кремниевая кислота (АК) представляет собой коллоидный вод-

ный раствор кремниевых кислот их труднорастворимых солей, получаемых ча-

стичной или полной нейтрализацией щелочности силиката натрия (жидкого стекла) (ГОСТ 13078-81 и ГОСТ 13079-81) при воздействии активатора (серная кислота, сульфат алюминия, хлор, гидрокарбонат или гидросульфат натрия и др.). Получаемые молекулы кремниевой кислоты выделяются из раствора в ви-

де отрицательно заряженных коллоидных частиц. Механизм взаимодействия АК с агрегативно-неустойчивыми примесями воды, а также с гидроксидами алюминия и железа (III) объясняется взаимной коагуляцией разноименно заря-

женных частиц и ее действием на свойства сверхмицеллярных структур, обра-

зующихся при введении коагулянта.

Растворы АК не выпускаются промышленностью, а готовятся на месте применения непосредственно перед использованием, т.е. они не относятся к стандартным продуктам с определенными свойствами. Последнее объясняется колебаниями в широких пределах содержания отдельных компонентов и моду-

ля жидкого стекла, что влечет за собой нестабильность режима активации, ко-

19

торый необходимо корректировать для каждой партии жидкого стекла. Наибо-

лее быстрое образование геля АК и его коагуляция происходят при рН=5,5; при более низких значениях рН процесс замедляется. На эффективность флокули-

рующего действия АК влияют концентрация силиката натрия, степень его нейтрализации, продолжительность хранения полученных растворов. Наиболее перспективным способом приготовления АК на водоочистных станциях явля-

ется обработка растворов жидкого стекла сульфатом алюминия, т.е. реагентом,

обычно применяемым при очистке воды. Золи АК, обладающие наиболее вы-

сокими флокулирующими свойствами, при активации хлором могут быть по-

лучены при соблюдении следующих условий: концентрация раствора силиката натрия (в пересчете на SiO2) 0,5÷3,5%; мольное отношение С12: Na2O=0,7:1,5;

время вызревания 50.80% времени гелеобразования (при С12: Na2O=0,7: 1,0) и

20÷50% (при С12: Na2O=l: 1,5); жесткость воды для разбавления до 4 мг-экв/л.

В табл.9 приведены оптимальные параметры процесса приготовления АК хлорированием растворов жидкого стекла.

Параметры приготовления АК хлорированием растворов жидкого стекла

Наибольший эффект в сравнении с другими флокулянтами достигается в зимний период.

Подробно разработан процесс приготовления флокулянта с серной (со-

ляной) кислотой, с раствором сернокислого алюминия А12(SO4)3. Оборудование,

входящее в состав установки для приготовления активированной кремнивое-

вой кислоты и разработанное АКХ им.К.Д.Памфилова, позволяет использо-

20

вать в качестве активирующего агента, кроме сернокислого алюминия и дру-

гие активаторы, которые могут подаваться на смешение с жидким стеклом в виде растворов.

Полиакриламид (ПАА)

Полиакриламид - белое аморфное, хорошо растворимое в воде вещество,

содержащее ионогенные группы; при гидролизе образует акриловую кислоту и ее соли. Механизм действия ПАА основан на адсорбции его молекул на части-

цах примесей воды, гидроксидов алюминия или железа (III), образующегося при гидролизе солей-коагулянтов. Молекулы ПАА способны образовывать ас-

социаты фибриллярных структур цепочки длиной 130 нм. Благодаря вытянутой форме молекулы адсорбция происходит в разных местах с несколькими части-

цами гидроксида, в результате чего последние связываются полимерными мо-

стиками в тяжелые, крупные и прочные агрегаты (глобулы).

Для очистки воды применяют два сорта технического ПАА - СТУ12-02-

84 и ТУ7-04-01-86 известковый и аммиачный. Оба сорта ПАА выпускаются в виде вязкого прозрачного желто-зеленого желеобразного геля, первый содер-

жит 6-9% полимера и не более 0,5% кальция, второй - 4-6% полимера и не более

13% сульфата аммония.

ПАА приготавливается полимеризацией 4-9%-ных водных растворов акриламида в окислительно-восстановительной среде в присутствии специ-

альных инициаторов. Выделение полимера из водных растворов производят метанолом, этанолом, ацетоном. В нейтральной, слабокислой, слабощелочной средах проявляет себя как неионогенный полимер. Применяется в виде раствора с концентрацией полимера 0,1-1%.

В таблице 10 приведены дозы ПАА в зависимости от мутности и цветно-

сти.