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. 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% Al₂O_3. 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).

Основні переваги коагулянтів серії “Полвак” перед сульфатом алюмінію наступні:

• прискорення пластівцеутворення в 1,5 – 3 рази, що дозволяє знизити навантаження на фільтри або підвищити продуктивність очисних споруд;

• підтримання концентрації залишкового алюмінію в очищеній воді в межах 0,5 мг/дм³, що відповідає вимогам ГОСТу;

• збереження ефективної коагуляції при низьких температурах;

• розширення робочого діапазону по рН і лужному резерву та збереження цих показників на практичному рівні;

• спрощення роботи через відсутність оптимальної дози коагулянту;

• досягнення нормативних показників по каламутності і колірності при менших дозах коагулянту;

• висока міцність пластівців, що збільшує ефективність фільтрації і чіткість меж освітленої зони при відстоюванні;

• в 5 - 10 разів менша токсичність, ніж у сульфату алюмінію.

“Полвак” зберігається і транспортується в ємностях з кислотостійких матеріалів; його морозостійкість - -19±1⁰С.

Із солей феруму як коагулянти найбільше використовують сульфати феруму і хлорид феруму (ІІІ). Застосовують також ферумовмісні коагулянти, отримані хлоруванням залізної стружки у водному середовищі та анодним розчиненням заліза в розчині хлориду натрію або сульфатної кислоти. Солі феруму мають кращі коагуляцій ні властивості в інтервалі рН 3,5 – 6,5 або 8 – 11. Знебарвлення води краще відбувається при рН 3,5 – 5,0. Ферумовмісним коагулянтам слід віддавати перевагу в разі очищення каламутних твердих вод з високим значенням рН, а також очищення стоків. Вони дають змогу усунути запахи і присмаки, зумовлені наявністю гідрогенсульфуру, видаляти сполуки арсену, мангану, купруму, а також сприяють окисленню органічних сполук.

Порівняно з солями алюмінію солі феруму як коагулянти мають ряд переваг:

• можуть застосовуватись для очищення вод з різноманітнішим сольовим складом і різними значеннями рН;

• краще діють за низьких температур;

• характеризуються більшою міцністю і гідравлічною крупністю пластівців.

Недоліками солей феруму як коагулянтів є:

• підвищені кислотні властивості, які чинять корозійну дію на апаратуру;

• здатність катіонів феруму утворювати з деякими органічними і неорганічними сполуками інтенсивно забарвлені водорозчинні комплексні сполуки;

• утворені в процесі очищення пластівці мають менш розвинену поверхню.

У разі використання солей феруму (ІІ) як коагулянту слід застосовувати вапно і хлор для окислення заліза до тривалентного. У протилежному разі утворення пластівців значно уповільнюється.

Після появи в 60-х роках минулого століття синтетичних органічних полімерів їх почали використовувати спочатку як добавку до неорганічних коагулянтів для більш інтенсивного утворення пластівців, а тепер ці полімери застосовують як основні коагулянти, повністю або частково замінюючи ними неорганічні коагулянти, переважно при очищенні питної води. Вони широко застосовуються в країнах Західної Європи та США, проте не знайшли широкого застосування в Україні через високу вартість.

Полімерні органічні коагулянти мають наступні переваги в порівнянні з неорганічними коагулянтами:

• забезпечують такий же само або кращий результат при значно менших (до 10 разів) дозах;

• працюють в широкому діапазоні рН і лужності;

• не змінюють рН очищеної вод;

• не бояться хлорування;

• не додають в очищену воду розчинених металів (алюмінію і феруму);

• збільшують швидкість розподілу рідкої і твердої фази;

• збільшують строк служби фільтрів прямої фільтрації;

• видаляють одноклітинні водорості;

• мінімізують об’єм осаду, що утворився;

• утворюють осад, який легше зневоднюється;

• скорочують витрати на обробку і видалення осаду;

• більш зручні в приготуванні і використанні.

На сьогодні за кордоном широко застосовуються органічні катіонні коагулянти – четвертинні поліаміни (виробляються шляхом реакції конденсації первинних чи вторинних амінів на епіхлогідрині) та коагулянти PolyDADMAC (діалілдиметиламоній хлорид), синтезовані із аллілхлориду і диметиламіну.

ОСНОВНІ ВЛАСТИВОСТІ ОРГАНІЧНИХ КОАГУЛЯНТІВ

Основні властивості	Поліаміни	PolyDADMAC
Молекулярна маса	від 10000 до 1000000	від 10000 до 1000000
Форма препарату і концентрація	рідка форма, концентрація від 40 до 50%	рідка форма чи порошок, концентрація від 20 до 40%
Стійкість до хлорування	стійкі
Сумісність з неорганічними коагулянтами	сумісні при змішуванні
Особливості зберігання	виключно стійкі при зберіганні, температура зберігання – 0 – 500С
Особливості застосування	можливе застосування нерозбавленими або в розчині

3. Особливості технології очищення води коагулянтами та її застосування

Технологія очищення води коагулянтами складається з наступних основних операцій:

• складування реагентів;

• попереднє прояснення;

• під луження води;

• підготовка і змішування коагулянту;

• знебарвлення і прояснення води.

У разі полідисперсного складу завислих речовин, особливо за наявності грубодисперсних зависей (пісок, часточки руди і нерудних копалин), стічні води попередньо прояснюють у горизонтальних тангенційних і керованих пісковловлювачах з коловим або прямолінійним рухом води або в гідро циклонах напірного і безнапірного типів. Дрібніші мінеральні або органічні зависі також відокремлюють відстоюванням або фільтруванням на повільних фільтрах, заповнених шаром піску і гравію, або мікро фільтрах. В якості відстійних споруд застосовують ставки – відстійники, горизонтальні відстійники та їх поєднання, а також різноманітні відстійники періодичної і безперервної дії.

СХЕМА УСТАНОВКИ ДЛЯ ОЧИСТКИ СТІЧНИХ ВОД КОАГУЛЯЦІЄЮ

1 – ємність для приготування розчинів; 2 – дозатор; 3 – змішувач;

4 – камера утворення пластівців; 5 - відстійник

Очищувану воду підлужують, якщо лужний резерв недостатній для задовільного гідролізу коагулянтів. Для підлужування води і зв’язування утворюваного під час гідролізу агресивного оксиду карбону (ІУ) застосовують гідроксид і карбонат натрію, карбонат кальцію і вапно, а також у невеликих кількостях аміак та аміачну воду. У ході підлужування значення рН підтримують в межах 6,5 – 7,5. Це сприяє також зменшенню залишкового вмісту алюмінію і заліза в очищуваній воді та зниженню її корозійних властивостей.

Прояснення і знебарвлення каламутних вод з підвищеною твердістю коагулянтами доцільніше здійснювати за високих значень рН, а забарвлених м’яких вод - за знижених.

Особливо важливим є порядок введення реагентів. У разі введення підлужувальних реагентів у забарвлену воду перед добавлянням коагулянтів погіршуються процес коагуляції і якість очищення. У воді залишається підвищений вміст забарвлених речовин, утворюються дрібні пластівці гідроксидів і з’являється опалесценція. Залишкова кольоровість у воді змінюється в наступному ряду підлужувальних реагентів:

гідроксид натрію > карбонат натрію > вапно > карбонат кальцію

Краще знебарвлюється вода в разі введення підлужувальних реагентів після внесення коагулянтів, оскільки частина забарвлених речовин встигає сорбуватися в момент утворення гідроксидів.