Коагуляция

Преимущества и недостатки

В таблице собраны распространенные физико-химические методы очистки сточных вод:

Способы интенсификации процесса

Улучшение процесса коагуляции воды проводится в нескольких направлениях:

1. Изменение режима обработки (дробное, раздельное, прерывистое коагулирование).
2. Регулирование кислотности воды.
3. Использование минеральных замутнителей, частицы которых играют роль дополнительных центров для формирования конгломератов, сорбционных материалов (глина, клиноптилолит, сапонит).
4. Комбинированная обработка. Совмещение коагуляции с омагничиванием воды, наложением электрического поля, воздействием ультразвуком.
5. Применение смеси хлорида железа и сульфата алюминия.
6. Использование механического перемешивания, что позволяет уменьшить дозу коагулянтов на 30-50 % и улучшить качество очистки.
7. Введение окислителей (хлора и озона).

Топ- 3 производителя средств для флокуляции

Ведущими компаниями, которые занимаются вопросами разработки оборудования и технологий получения современных флокулянтов, являются Франция, Япония, Великобритания, Южная Корея, Финляндия, СЩА и Германия. На рынке России представлены 3 основных лидера.

Besfloc (Бесфлок)

Флокулянт южнокорейского производства компании «KolonLifeScience, Inc». Выпускают полный спектр реагентов и имеют широкую популярность по всему миру.

Форма выпуска: эмульсии, гранулы, растворы и порошкообразные вещества.

Преимущественно используются в качестве доочистки после применения коагулянтов.

• Обладает большим молекулярным весом, что способствует преобразованию мелких частиц в объемные хлопья.
• Малый расход: 0,01-0,5 мг/л.
• Применяется в горнодобывающей, нефтехимической промышленностях, текстильной и бумажно-целлюлозной областях. Нередко используют для очистки коммунальных стоков.
• Благодаря уникальному составу, удалось снизить предварительный расход коагулянтов.
• Не наносят вреда для здоровья человека.
• Проходят все этапы лабораторных испытаний.

Zetag (Зетаг)

Флокулянт Zetag от швейцарской компании Ciba Specialty Chemicals. Применяется для ускорения процессов очистки воды от органических соединений и твердых взвесей.

Способствует выпадению твердой фазы в крупнофракционный осадок. Используют для подготовки воды из водоемов для употребления в коммунальном водопроводе.

1. Реагент вводят при постоянном помешивании, иначе реакция будет не полноценной.
2. Нужна минимизация турбулентности, иначе высока вероятность разрушения предварительно образовавшихся хлопьев.
3. Увеличивает скорость оседания загрязняющих частиц.
4. Расход составляет от 2 до 10 г/л.

Praestol (Праестол)

Флокулянт, созданный по совместной технологии России и Германии. На рынке появился в 1998 году и быстро занял свою нишу –коммунальное хозяйство.

Применяется для очистки и обеззараживания питьевой воды. Также встречается в сфере нефтехимической и химической промышленностях.

• Ускоряет процесс очистки, способствует уплотнению осадка.
• Снижает электрическую активность молекул воды, что способствует более эффективному объединению загрязняющих частиц.
• Флокулянт Праестол сертифицирован в России и соответствует всем гигиеническим нормам и правилам. Был рекомендован для применения в сфере питьевого водоснабжения.
• Выпускается в виде гранул на основе акриламида и разбавляется в воде для получения концентрации в 0,1%. Производитель рекомендует для лучшего хранения делать концентрированный раствор в 0,5%, а при необходимость доводить до рабочего состава.
• Раствор готовится при температуре воды в 15-20 градусов, отстаивается 60 минут и только потом готов к применению.

Недостатком порошкообразных и гелиевых флокулянтов является сложность их разбавления. Для этого необходимо соответствующее оборудование, которое сможет приготовить раствор необходимой концентрации. Поэтому правильным выбором будут водные растворы и эмульсии.

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.

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:

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.

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

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.

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.

Компании

Очисткой городских стоков в столице занимается «Мосводоканал».

Это коммунальное предприятие, в распоряжении которого очистные сооружения:

• Курьяновские;
• Люберецкие;
• Южно-Бутовские;
• Зеленоградские.

Справка. Каждые сутки они принимают больше 3 млн. куб. м хозяйственно-бытовых и ливневых сточных вод.

Во всех крупных городах есть свои очистные сооружения, которые контролирует местный водоканал.

Частные компании проектируют и строят очистные сооружения для промышленных предприятий и хозяйственных комплексов. Крупная фирма в России – Ecolos. Она делает очистные станции разных масштабов под ключ, ориентируясь на потребности заказчиков.

Еще одна крупная компания с аналогичной деятельностью – «РЕАТОРГ». Она занимается экологическим инжинирингом, ремонтно-строительными работами, проектно-сметными расчетами и т.д. Компания ориентирована на промышленные объекты.

Классификация

Сточными называют воды, которые были в использовании или проходили по загрязненным поверхностям. Они имеют сугубо производственное, хозяйственное или атмосферное происхождение и подразделяются на следующие виды:

• Производственные стоки – это воды, использованные в технологических процессах.
• Хозяйственные загрязнения. Появляются от туалетов, прачечных, душевых, заведений общепита, обязательно имеющихся на предприятиях.
• Под атмосферными стоками подразумевают потоки дождя, растаявшего снега, стекающие по крышам цехов, складов, гаражей, автомоек, других поверхностей.

На промышленных объектах существуют все три вида сточных вод. Например, на предприятиях машиностроения вода используется для следующих целей:

• подготовки исходных материалов;
• переноса энергии в теплообменниках,
• изменения температуры сырьевой массы, продукции, деталей оборудования;
• приготовления большого количества рабочих жидкостей;
• хозяйственных потребностей предприятия.

Соотношение объемов грязных потоков от различных источников определяется спецификой предприятия, уровнем организации каждого вида работ.

Используемые материалы

В качестве коагулянтов применяют 2 вида химических реагентов: неорганические и органические. Из первой группы веществ наиболее распространены соли алюминия, железа, их смеси; соли титана, магния и цинка. Ко второй группе относят полиэлектролиты (меламинформальдегидные, эпихлоргидриндиметиламиновые, полихлордиаллилдиметил-аммонийные).

В промышленных условиях коагуляция сточных вод производится чаще всего с помощью солей алюминия и железа:

• хлористый алюминий AlCl₃∙6H₂O;
• хлорид железа FeCl₃∙6H₂O;
• сернокислый алюминий Al₂(SO₄)₃·18H₂O;
• сульфат железа FeSO₄·7Н₂O;
• алюминат натрия NaAl(OH)₄ и другие.

Коагулянты образуют хлопья, имеющие большую удельную площадь поверхности, что обеспечивает их хорошую адсорбционную способность. Выбор оптимального вида вещества и его дозы производится в лабораторных условиях с учетом свойств жидкости объекта очистки. Для осветления природных вод концентрация коагулянтов обычно находится в пределах 25-80 мг/л.

Практически все эти реагенты относятся к 3 или 4 классу опасности. Поэтому участки, на которых они применяются, должны быть в изолированных помещениях или отдельно стоящих зданиях.

Основные виды коагулянтов

Существует много разновидностей коагулянтов. Подробно перечислять их формулы в статье мы не станем. Рассмотрим лишь две основные группы, которые в зависимости от исходного сырья делятся на органические и неорганические.

Сегодня производством коагулянтов занимаются многие отечественные и зарубежные компании. Выпускаемые ими реагенты нового поколения отличаются от коагулянтов, выпускаемых еще при Советском Союзе, улучшенными техническими характеристиками.

Галерея изображенийФото из Коагулянты для использования в бытовых условиях поставляются в канистрах, кубовых емкостях, бочках в виде растворов, готовых к употреблению

Органические природные вещества

Они представляют собой специально созданные реагенты, которые путем ускорения слипания присутствующих в воде агрессивно неустойчивых частиц способствуют облегчению процессов, связанных с их отделением и осаждением. Органика помогает стимулировать объединение загрязнителей в плотные суспензии и эмульсии, облегчающие процесс их вывода из воды.

При взаимодействии с молекулами загрязнений органические коагулянты значительно уменьшаются в своих размерах. По завершении реакции они выпадают в виде небольшого количества осадка. Благодаря минимизации объема скапливаемого на дне емкости осадка намного проще и быстрее отфильтровать. При этом уменьшенное количество осадка никоим образом не сказывается на качестве очистки.

Из-за ограниченности сырьевой базы природные реагенты не нашли широкого применения при очистке сточных вод в промышленных масштабах. Но для бытовых целей их используют часто.

Синтетические коагулирующие соединения

Эти типы реагентов создаются на основе минеральных и синтетических элементов. Полимеры способствуют образованию высокого катиодного заряда, стимулируя тем самым быстрое появление хлопьев. Они отлично взаимодействуют с водой, оказывая на нее комплексный эффект: умягчая ее структуру, а также избавляя от грубых примесей и солей

Наибольшее распространение получили соли поливалентных металлов, созданные на основе железа или алюминия. Железо применяют для грубой очистки.

Среди железных составов самыми популярными считаются:

• хлорное железо – гигроскопичные кристаллы, имеющие темный металлический блеск, отлично устраняют крупные частицы загрязнений и легко выводят запах сероводорода;
• сульфат железа – кристаллический гигроскопичный продукт хорошо растворяется в воде и эффективен при очистке канализационных стоков.

За счет низкого уровня вязкости при малой молекулярной массе такие реагенты отлично растворяются в любом типе обрабатываемой жидкости.

Из коагулянтов, созданных на основе алюминия, наибольшее распространение получили:

• оксохлорид алюминия (ОХА) – применяют для обработки воды с повышенным содержанием органических природных веществ;
• гидроксохлорсульфат алюминия (ГСХА) – отлично справляется с природными отложениями сточных вод;
• сульфат алюминия – неочищенный технический продукт в виде кусков серо-зеленого цвета применяют для очистки питьевой воды.

В прежние годы полимеры применяли лишь в качестве добавки к неорганическим коагулянтам, используя их в качестве стимуляторов, способствующих ускорению образованию хлопьев. Сегодня эти реагенты все чаще применяют как основные, заменяя ими неорганические.

Если сравнивать органические и синтетические вещества, то первые выигрывают в том, что действуют намного быстрее. К тому же они способны функционировать практически в любой щелочной среде и не вступают во взаимодействие с хлором.

Органические действующие соединения выигрывают и в том, что не изменяют показатель pH в воде. Это позволяет их использовать для очистки воды, где присутствуют колонии планктона, растут водоросли и крупные микроорганизмы.

Что это за вещество и какие виды бывают?

Флокулянты – специальные вещества полимерного состава, которые в результате тепловой, механической либо электролитической реакций способствуют выпадению мелких плавающих частиц в рыхлый хлопьевидный осадок.

Одним словом, загрязнения, которые делают воду мутной, при добавлении флокулянтов образуют соединения и твердыми взвесями опускаются на дно.

Данные скопления легко удаляются, после чего вода может быть использована как для бытовых, так и технических нужд.

Часто применяют для:

• очистки аквапарков,
• бассейнов,
• воды ТЭЦ,
• на химических, нефтеперерабатывающих предприятиях.

• По составу: различают органические и неорганические.
• По способу получения: природного происхождения или синтетического производства.
• По агрегатному состоянию: есть порошки, гранулы, гели, жидкие эмульсии.
• По электрическому заряду: катионного, анионного и неионогенного типов.

К флокулянтам природного происхождения можно отнести дрожжи, крахмал, водорослевую крупку, картофельную мезгу. Неорганические – кремниевая кислота и диоксид кремния. Синтетического происхождения – полимер и производные акриламида.

Преимущества

В отличие от биологических, механических и физико-химических воздействий химическая обработка приводит к полным изменениям структуры соединений.

• Биологическая очистка происходит в мягких условиях под действием микробов, влиянию которых поддаются не все загрязнители.
• Механическая очистка позволяет убирать главным образом крупные частицы примесей.
• При физико-химической очистке происходят изменения на поверхности частиц грязи, при этом их состав принципиально не изменяется.

Растворенные компоненты, которые имеют явно выраженный кислый или щелочной характер, окисляющие или восстанавливающие свойства можно перевести в безвредные соединения только путем глубоких химических превращений.

Виды сооружений

В таблице охарактеризовано оборудование, которое применяется на разных этапах очистки стоков.

Для механического этапа:

Для физико-химического этапа:

Для биологического этапа:

Оборудование для дезинфекции:

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.

Применение реагентов: за и против

Эффективность современного оборудования по нейтрализации примесей в сточных водах не способна достигнуть максимального уровня без задействования реагентов. Современные коагулянты позволяют существенно повысить интенсивность и качество процесса очистки сточных вод. Высокая стоимость реагентов окупается рядом преимуществ, которыми они обладают.

Среди неоспоримых достоинств применения синтетических коагулянтов стоит выделить:

• эффективность;
• доступная стоимость;
• высокое качество очистки;
• универсальность применения.

Сточные воды представляют собой устойчивую агрессивную систему. И разрушить ее, сформировав крупные частицы с тем, чтобы в последующем вывести их путем фильтрации, помогает коагуляция.

Применение реагентов дает хорошие результаты по выведению из стоков взвешенных и коллоидных частиц.

По сути частицы коагулирующей фазы, сформированной под действием коагулянтов, являются одновременно и центром хлопьеобразования и утяжелителем

Но осадительный метод с применением реагентов не лишен недостатков. К числу таковых стоит отнести:

• необходимость строгого соблюдения дозировки;
• образование большого объема вторичных отходов, которые нуждаются в дополнительной фильтрации;
• трудоемкость налаживания процесса собственными силами.

В промышленных масштабах процессы коагуляции задействуются повсеместно, они поставлены на поток. Для налаживания системы в домашних условиях придется приобретать специальные установки, стоимость которых довольно высока.

Большинство хозяев решают этот вопрос путем применения отдельных коагулянтов бытового типа, которые продаются в небольших по объему емкостях.

Действующие вещества просто добавляют в жидкость, а затем отфильтровывают выпавший на дне осадок; но этот процесс довольно трудоемок и потому на его реализацию затрачивается много времени

В ряде случаев коагуляция может осуществляться непосредственно в механической фильтрационной системе. Для этого реагент вводят в участок трубопровода с подлежащей обработке жидкостью перед местом подачи ее на фильтр. И в этом случае в фильтрационную систему поступают уже инородные частицы, «преобразованные» в хлопья.

Заключение

Сточные воды делятся на:

• Промышленные;
• Хозяйственно-бытовые;
• Поверхностные.

В зависимости от их состава используются разные технологии очистки до нормативного уровня. В целом схема стандартная: подготовка стоков, механическая, биологическая, физико-химическая очистка и дезинфекция. В некоторых случаях биологическая очистка не эффективна, например, для стоков гальванического производства.

Все сточные воды должны очищаться до уровня ОДУ и ПДК. Числовые значения прописаны в гигиенических нормативах. Обработанная вода спускается в природные водоемы, и она не должна нести вред экосистеме.

Бытовые сточные воды очищаются на государственных сооружениях. Каждое промышленное предприятие должно иметь свой комплекс для улучшения качества стоков. Оно может скидывать воду в общую систему только после частичного извлечения опасных веществ.

Составлением проекта и производством оборудования для предприятий занимаются частные компании.

Опубликовано 02.06.2020 Обновлено 13.06.2020 Пользователем admin