Коагулянты и флокулянты для очистки сточных вод

Устранение загрязнений, содержащих нефть методами химического воздействия

В основе методики химической очистки лежит способность некоторых химических веществ и соединений вступать в реакцию с нефтяными примесями, их производными, с дальнейшим их распадом на нейтральные составляющие.

Как правило, продукты таких реакций выпадают в осадок и удаляются из стоков механическим способом.

Наибольшее практическое применение получили такие химические элементы и соединения:

1. Кислород, его производное озон.
2. Реагенты на основе хлора, хлорная известь, аммиачные растворы.
3. Калиевые, натриевые соли хлорноватистой кислоты.

Справка. Применение методов химической очистки позволяет извлечь из обрабатываемых стоков до 98% содержащихся в них нефтепродуктов.

Наибольшее распространение получили два направления химической очистки, основанные на реакциях нейтрализации и окисления. В первом случае для снижения кислотности и щелочности применяется взаимная нейтрализация:

• добавление растворов кальцинированной соды, аммиака, извести;
• пропускание стоков через нейтрализующие реагенты – известняк, мел, доломит.

Окислительные реакции применяются для удаления токсичных примесей, представленных солями тяжелых металлов.

В качестве окислителя применяют:

• технический кислород;
• озон;
• соединения хлора, кальция и натрия.

В контексте очистки стоков от нефтепродуктов химические методы призваны:

• ослаблять коррозийную нагрузку на конструкции водопроводящих и очистных сооружений;
• создавать благоприятные условия для реализации биохимических процессов в биологических отстойниках и окислителях.

Химическая нейтрализация стоков смешиванием кислотной и щелочной составляющих

Использование метода нейтрализации стоков путем смешивания кислотных и щелочных составляющих позволяет, проводить контролируемую реакцию нейтрализации без использования дополнительных реагентов и химикатов. Контроль количества сбрасываемых сточных вод кислотного и щелочного составов позволяет своевременно проводить операции по аккумулированию обеих составляющих и дозирование при смешивании. Обычно для непрерывной работы очистных сооружений такого вида используется суточный объем сбросов. Каждый из видов отходов проверяется и в случае необходимости доводится до необходимой концентрации путем добавления объема воды или определения объема пропорции для реакции очистки. Непосредственно на установке очистки это проводится в накопительных и регулирующих резервуарах станции. Использование данного метода требует правильного химического анализа составляющих кислотной и щелочной составляющей, проведение залповой или многоступенчатой реакции нейтрализации. Для небольших предприятий использование такого метода может быть проведено как в локальных очистительных сооружениях цеха или участка, так и при помощи очистных предприятия в целом.

Совмещение с флотацией

Очистка сточных вод коагуляцией сопряжена с трудностями в регулировании технологического процесса из-за постоянного изменения качества жидкости. Для стабилизации этого явления применяют флотацию – отделение взвешенных частиц в виде пены. Вместе с коагулянтами в очищаемую воду вводят флокулянты. Они снижают смачиваемость взвесей и улучшают слипание последних с пузырьками воздуха. Насыщение газом производят на флотационных установках.

Такую методику широко используют для коагуляции воды, загрязненной продуктами следующих производств:

• нефтеперерабатывающая промышленность;
• производство искусственного волокна;
• целлюлозно-бумажная, кожевенная и химическая промышленность;
• машиностроение;
• производство пищевых продуктов.

Применяют флокулянты 3 типов:

• природного происхождения (крахмал, гидролизные кормовые дрожжи, жмых);
• синтетические (полиакриламид, ВА-2, ВА-3);
• неорганические (силикат натрия, диоксид кремния).

Эти вещества позволяют уменьшить необходимую дозу коагулянтов, сократить длительность очистки, увеличить скорость осаждения хлопьев. Добавление полиакриламида даже в очень малых количествах (0,5-2,0 мг/кг) значительно утяжеляет осаждаемые хлопья, что увеличивает скорость подъема воды в осветлителях вертикального типа.

Лучшие производители в России

Разновидность вещества необходимо выбирать исходя из назначения воды.

Также стоит учесть степень загрязнения, температурный показатель и методику коагуляции.

Оксихлориду алюминия отдают предпочтение при необходимости очистки холодной воды, содержащей большое количество природных органических примесей.

Также это вещество обеспечивает эффективный уход за водой в бассейне, отлично ликвидирует органические примеси. Главное преимущество препарата – это, то, что он хорошо справляется со своими задачами даже при низкой температуре жидкости.

На примере таблицы рассмотрим топ-3 производителей коагулянтов в России:

Такая разная чистая вода

• водопроводную, прошедшую стандартную многократную грубую очистку и фильтрацию в специальных отстойниках;
• бытовую, предварительно умягченную для предотвращения образования накипи в нагревательных приборах, используемую для мытья и стирки;
• питьевую, применяемую исключительно для употребления внутрь и приготовления еды.

Обычной водой квартиры обеспечивает городская система водоснабжения. Для самостоятельной домашней доочистки используются различные фильтры, системы структурирования и признанные полезными некоторые минералы (например, шунгит). Кроме того, существуют коагулянты, обеззараживающие воду, для домашнего использования.

2.1 Советы по выбору коагулянта для очистки воды

Совершить выбор коагулянта надо очень осторожно, так как вещество это хоть и безопасное для человека, но довольно узкоспециализированное. Как и в работе с любыми другими фильтровальными веществам и установками, мы рекомендуем вам обратиться к современной науке

А именно, отдать воду на анализ. После основательных анализов в лаборатории вы будете точно знать, какие проблемы есть в вашем случае и что конкретно нужно предпринимать

Как и в работе с любыми другими фильтровальными веществам и установками, мы рекомендуем вам обратиться к современной науке. А именно, отдать воду на анализ. После основательных анализов в лаборатории вы будете точно знать, какие проблемы есть в вашем случае и что конкретно нужно предпринимать.

Тогда и подобрать подходящий коагулянт будет намного проще.

Стоит понимать, что коагулянты – это вещи довольно специфические. В одних случаях они отторгают друг друга или определенные элементы в воде, в других же усиливают свое действие или комбинируют его по определенным принципам.

Так, использование простейшего коагулянта из железа и сульфата алюминия позволяет не только быстрее очистить воду, но и существенно умягчить или обезжелезить ее.

Очищенный и измельченный сульфат алюминия для бытового употребления

Однако здесь нужно не переусердствовать, так как слишком сильно разбавленная питьевая вода тоже не очень полезна, если не сказать вредна. Ведь с ней вы не будете получать всех тех необходимых минералов и полезных веществ, что существуют в необработанной жидкости.

Что же до конкретного применения коагулянтов, то тут советовать что-то излишне. В промышленности этим способом очистки пользуются практически везде. Но там процессы коагуляции можно без особых проблем наладить и поставить на поток.

В быту же придется покупать специальные установки, которые стоят не так дешево. Альтернативой им могут стать отдельные коагулянты бытового типа, что продаются в небольших емкостях.

Их достаточно просто добавить в воду, а затем отфильтровать выпавший осадок. Но, как вы сами понимаете, действовать так постоянно вам вряд ли будет удобно. Ведь этот способ очистки слишком трудоемок и отнимает много времени.

Если выбираете между неорганическими и органическими составами, то предпочтение лучше отдавать второму варианту.

Органика имеет несколько интересных преимуществ, которые никак нельзя игнорировать.

В первую очередь она намного эффективнее. Органические коагулянты действуют быстрее и для получения оптимального результата их нужно меньше. Также органика хорошо борется с хлором и избавляет воду от неприятных запахов. Например, от сероводорода, который часто сопутствует ожелезненной жидкости.

При этом она не изменяют показатель pH в воде и способна взаимодействовать с водорослями.

После применения органические коагулянты существенно уменьшаются в своих размерах. Это приводит к выпадению меньшего количества осадка, который намного проще отфильтровать. Но, при этом, эффективность очистки воды не падает. То есть качественное уменьшение количества осадка никак не сказывается на качестве очистки самой жидкости.

Неорганические коагулянты лучше взаимодействуют с водой. Они умягчают ее, избавляют от избыточного количества солей, железа и грубых примесей. Но здесь нужно учесть один серьезный нюанс. Неорганические составы нуждаются в чрезвычайно точном измерении.

Только так их можно использовать в полной мере. Если с точной дозировкой вы не угадаете (а в бытовых условиях это сделать очень сложно), то эффективность очистки существенно уменьшится.

Именно поэтому неорганические вещества так часто применяются в промышленности, но практически не встречаются в быту.

Впрочем, современные производители уже решили эту проблему, путем продажи минеральных коагулянтов в упаковках с дозаторами и подробной инструкцией.
к меню

Рекомендации по выбору средств

К выбору коагулянта для очистки стоков необходимо подходить очень внимательно. Ведь, хоть вещество и не несет опасности здоровью человека, но по своему действию имеет довольно узкую специализацию.

Подбирая коагулянт для очистки стоков, можно воспользоваться и справочными пособиями, но перед приобретением расходного материала все же стоит проконсультироваться с профессионалами, специализирующимися в сфере водоочистки.

Чтобы уберечь себя от разочарований в случае низкой эффективности применения коагулянта, рекомендуем предварительно сдать воду на анализ. Лабораторные исследования дадут представления о составе и помогут определиться с наиболее подходящим видом обработки.

Зная состав загрязненной воды, намного проще будет подобрать оптимальный вариант коагулянта, который поможет быстро решить проблему

При использовании любого вида коагулянта главное – придерживаться рекомендованной производителем дозировки. Слишком малая порция действующего вещества спровоцирует реакцию, но она будет протекать не так интенсивно, как необходимо для должной очистки. Осадок будет выпадать медленно, а жидкость не очистится от вредных примесей.

Кроме того при нарушении дозировки хлопья начинают осаждаться неравномерно. В связи с этим в воде образуется много микрохлопьев, которые за счет малых размеров не улавливаются фильтрами.

Действующие реагенты на рынке представлены в виде гранул, фракций и кусков, а также небольших бесформенных пластинок

Чтобы упростить задачу расчета необходимого объема действующего вещества производители выпускают коагулянты в упаковках, оборудованных дозаторами, не забывая приложить к ним подробную инструкцию по применению.

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.

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 нейтрализовать стоки

Нейтрализация стоков способствует нормализации водородного показателя. Такой химический состав воды неопасен для человека и природы. Её можно использовать повторно для различных нужд.

Процесс нейтрализации основан на применение реагентов, которые используются с учетом концентрации и составных элементов кислой среды. Специалисты выделяют 3 вида стоков с кислотами:

• преобладание слабых кислот;
• наличие сильных кислот;
• преобладание серной и сернистой кислоты.

Нейтрализация вод с серной кислотой зависит от используемого реагента. Процесс протекает по разным уровням. Если использовать известковое молоко, тогда в остаток выпадет гипс. Он будет оседать на стенках труб.

Чтобы нейтрализовать щелочные воды, применяют кислоты или кислые газы. С помощью последней технологии осуществляется одновременная нейтрализация стоков и очистка от вредных компонентов газов. Чтобы рассчитать количество необходимого кислого газа, определяется уровень массотдачи. Подобная технология считается ресурсосберегающей, так как она ликвидирует сброс стоков, сокращая потребление свежей воды, экономя тепловую энергию на её подогрев.

При разработке технологической схемы по нейтрализации сточных вод учитывается:

• возможная одновременная нейтрализации поступающих со стоками щелочей и кислот;
• наличие щелочного резерва;
• природная нейтрализация водоемов.

Для реализации рассматриваемого процесса используется специальное оборудование. Нейтрализация осуществляется в накопителе, отстойнике либо осветителе. Выбор оборудования зависит от климатических условий, длительности хранения стоков.

Для реализации нейтрализации в стоки добавляют разные химикаты, которые вступаю в реакцию с кислотами или щелочами образуют взвесь. Она выпадает в осадок. Её объем определяется по следующим показателям:

• количество металлов, ионов кислот в исходной воде;
• количество и вод применяемого реагента;
• используемый уровень осветления.

Условия для протекания процесса

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

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

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

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

Схема коагуляции включает три основных этапа:

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

Необходимым условием протекания коагуляции является равенство частиц с противоположным зарядом

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

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

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

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

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

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

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

Количество осадка, выпадающего в контактных резервуарах, зависит от типа используемого реагента и степени предварительной очистки подлежащих обработке стоков. В среднем после механической очистки объем осадка из расчета на одного человека в сутки составляет порядка 0,08 литра, после прохождения биофильтров – 0,05 л, а после обработки в аэротенке – 0,03 литра. Его необходимо лишь вовремя удалять по мере наполняемости резервуара.

Используемое оборудование

Рассматриваемый процесс протекает в норме, если для его осуществления применяется не вышедшая из строя фильтрующая установка. Она представлена в виде многокомпонентного устройства с антисептиком, биологическим фильтром. Для обеззараживания стоков используется антисептик с химическим реагентом. Они избирательно воздействуют на загрязняющее вещество.

Очистительные установки способны профильтровать в сутки разный объем воды. Этот показатель зависит от мощности используемого оборудования. К её плюсам относят:

• длительная эксплуатация;
• простое обслуживание;
• доступность к разным узлам оборудования.

Для фильтрации стоков применяют очистительные агрегаты следующих типов:

• с фильтрующей перегородкой;
• с несвязным фильтрующим слоем.

К первой группе относят уловители полезных элементов, которые содержатся в стоках. Аналогичное оборудование применяется для очистки осадкой низкой влажности. Ко второй группе относят зернистые фильтры, которые очищают большое количество стоков.

Системные установки, в которых есть неподвижная фильтрующая перегородка, укомплектована ленточным, листовым, барабанным или дисковым фильтром. Установки с несвязным слоем укомплектованы безнапорными либо напорными фильтрами.

В качестве отстойников в оборудовании применяют следующие устройства:

• гидроциклоны – очищают стоки от химических предприятий;
• скрубберы и термические агрегаты – очищают от сульфатов и радиоактивных веществ;
• гидравлические – нейтрализуют кислоты;
• адсорберы и десорберы – связывают или выводят органические и летучие неорганические вещества, включая газы.

Вышеописанные установки монтируют на разных производствах и в быту. Тип установки выбирается с учетом состава воды, типа производства. Чаще используется оборудование, очищающее стоки от механических частиц и нефтепродуктов. Химические технологии очистки стоков основаны на добавлении разных химических реагентов в загрязненные воды. Используемые вещества, вступая в реакцию с загрязнителями, способствуют их выпадению в осадок в виде нерастворимых частиц. Затем они удаляются из стоков путем фильтрации. Химическая очистительная методика способствует удалению из воды до 95% нерастворимых и до 25% растворимых веществ.

Выводы

Несмотря на многообразие видов природных вод и коагулянтов для их очистки, представленная система может служить практическим инструментом для выбора реагента и определения технологических параметров очистки природных вод. Предложенная система выбора реагента и технологии коагуляционной очистки природных вод реализована в виде программного модуля (рисунок) и может уточняться и дополняться в ходе ее практического использования. Но в любом случае она позволит оценить правильность выбора реагентов на существующих или вновь проектируемых очистных сооружениях.

Список цитируемой литературы

1. Бабенков Е. Д. Очистка воды коагулянтами. – М.: Наука, 1977.
2. Кульский Л. А., Строкач П. П. Технология очистки природных вод. – Киев: Высшая школа, 1986.
3. Запольский А. К., Баран А. А. Коагулянты и флокулянты в процессах очистки воды. – Л.: Химия, 1987.
4. Коагулянты и флокулянты: анализ и оценка современного технологического уровня производства: Аналит. обзор / Черкасский НИИТЭХИМ. – Черкассы, 2001.
5. Гетманцев С. В. Состояние производства и импорта алюмосодержащих коагулянтов в России // Водоснабжение и сан. техника. 2003. № 2.
6. Драгинский В. Л., Алексеева Л. П., Гетманцев С. В. Коагуляция в технологии очистки природных вод. – М., 2005.
7. Линевич С. Н., Гетманцев С. В. Коагуляционный метод водообработки. Теоретические основы и практическое использование. – М.: Наука, 2007.
8. Драгинский В. Л. Повышение эффективности реагентной обработки воды на водопроводных станциях // Водоснабжение и сан. техника. 2000. № 5.
9. Гумен С. Г., Дариенко И. Н., Евельсон Е. А., Русанова П. П. Применение современных химических реагентов для обработки маломутных цветных вод // Водоснабжение и сан. техника. 2001. № 3.
10. Храменков С. В., Благова О. Е. Использование современных коагулянтов и флокулянтов в системе Московского водопровода // Водоснабжение и сан. техника. 2001. № 3.
11. Гетманцев С. В., Сычев А. В., Чуриков Ф. И., Снигирев С. В. Особенности механизма коагуляции и строения полиоксихлорида алюминия «АКВА-АУРАТ30» // Водоснабжение и сан. техника. 2003. № 9.
12. Гетманцев С. В., Мясников И. Н., Потанина В. А., Сычев А. В. Использование алюмосодержащих коагулянтов в Северо-Западном федеральном округе. Сообщение 2. Технология применения полиоксихлоридов алюминия для доочистки воды // Вода и экология. 2002. № 2.
13. Сычев А. В., Гетманцев С. В. Применение оксихлорида алюминия для очистки воды с низким щелочным резервом // Водоснабжение и сан. техника. 2005. № 8.
14. Сычев А. В., Гетманцев С. В. Некоторые вопросы применения полиоксихлорида алюминия «АКВА-АУРАТ30» // Водоснабжение и сан. техника. 2004. № 9.
15. Гетманцев С. В., Линевич С. В., Казанок Л. С. Коагуляционная водообработка на Таманском групповом водопроводе // Водоснабжение и сан. техника. 2004. № 9.
16. Бара Б., Андриани Э., Гетманцев С. В., Дела Валентина А. Применение коагулянта «АКВА-АУРАТ30» при водоочистке высокомутных вод Аргентины // Водоснабжение и сан. техника. 2005. № 10, ч. 2.
17. Чуриков Ф. И., Яруллин Н. Ю., Овчинников В. П. Производственные испытания ПОХА на водопроводных станциях г. Казани // Водоснабжение и сан. техника. 2005. № 8.
18. Алексеева Л. П. Оценка эффективности применения оксихлорида алюминия по сравнению с другими коагулянтами // Водоснабжение и сан. техника. 2003. № 2.
19. Сычев А. В., Хасанов Ш. А., Канивец Л. П. и др. Использование полиоксихлорида алюминия при подготовке питьевой воды на Крайнем Севере // Водоснабжение и сан. техника. 2003. № 2.
20. Лебедева Л. К., Бубенцов В. Н., Белова Е. В., Полянская Л. И. Применение полиоксихлорида алюминия «АКВА-АУРАТ30» в Красноярском крае // Водоснабжение и сан. техника. 2004. № 10.

Опубликовано 02.06.2020 Обновлено 13.06.2020 Пользователем admin