Коагулянты для очистки воды в бассейне: как выбрать лучшее средство

Владельцам загородных участков с бассейнами хорошо известна проблема постепенного загрязнения воды и стенок сооружения. Несмотря на ее цикличное движение и регулярное прохождение через фильтры, практически неизбежно появляется мутный осадок и опасная для здоровья взвесь.

Для борьбы с потерей качества воды есть эффективные средства, с которыми стоит ознакомиться. Согласны?

Используя коагулянты для очистки воды в бассейне, можно быстро и продуктивно избавиться от указанных проблем и угроз. Мы предлагаем ознакомиться с информацией, освещающей принцип действия веществ, их разновидности и специфику выбора оптимального состава.

В статье подробно описан процесс применения коагулянтов, даны рекомендации по содержанию частного водоема в чистоте, приведены народные методы борьбы с его помутнением. Представленная информация подкреплена фото-подборками и видео.

Содержание статьи:

Принцип работы коагулянтов

Эти вещества обладают свойством объединять микроскопические частицы всевозможных загрязнителей, мусора, тяжелых металлов и биологических частиц, в объемную желеобразную массу с последующим переходом этой эмульсии в хлопья.

В таком виде взвесь, которая могла просачиваться сквозь , задерживается сеткой и перестает циркулировать в водном пространстве бассейна.

С дна и поверхности загрязнения нужно удалить. Верхнюю пленку можно снимать обыкновенным сачком.

При использовании автоматизированных средств по уходу за емкостями, осадок будет задерживаться на фильтре, с которого легко удаляется обычной промывкой. Для этого можно использовать струю воды под давлением.

Галерея изображений

Фото из

Обработка коагулянтом — залог чистоты бассейна

Цветение и загнивание необработанной воды

Принцип действия коагулирующих веществ

Кристально прозрачная вода в бассейне после обработки

Безопасность коагулирующих средств

Обработка открытого искусственного водоема

Совместимость коагулянтов и оборудования для бассейна

Регулярное удаление органического осадка

Кроме чистки воды в бассейне, коагулянты активно используют для .

Разновидности и правила выбора

Все средства, которые имеются в продаже, содержат в себе органические или неорганические связующие активные вещества.

Они производятся на основе сульфатов, полиоксисульфатов или хлоридов следующих металлов:

1. Алюминий (aluminium) Al.
2. Железо (ferrum) Fe.
3. Титан (titanium) Ti.
4. Магний (magnesium) Mg.

Производители указывают состав на латыни, поэтому вместе с названием активного вещества будет дублироваться его латинское наименование. Состав препарата можно найти либо на тыльной стороне его упаковки, либо в инструкции.

Органические коагулирующие средства

Самые популярные коагулянты производят на основе полиоксихлорида алюминия (polyaluminium chloride) второе его название – гидрохлорид (hydroxychloride). Полиоксихлорид алюминия обладает рядом преимуществ перед неорганическими реагентами.

Среди них можно выделить ключевые:

1. Высокое качество очистки, а значит, требуется меньшее количество реагента по сравнению с сульфатами.
2. Низкое остаточное содержание алюминия в воде после процесса коагуляции, что снижает частоту смены воды в бассейне.
3. Скорость образования хлопьев выше, а значит уменьшается период отстаивания.
4. Сниженное остаточное содержание солей, что позволяет реже производить замену воды в бассейне.
5. Длительность эффекта – высокая степень очистки сохраняется даже при сниженном уровне температуры окружающей среды.

При попадании в грунт этот реагент не приводит к нарушению природного баланса в регионе. Процесс растворения в воде упрощается, так как средство не требует длительного перемешивания.

При покупке с запасом средство хорошо хранится, так как оно не чувствительно к перепадам температур. Реагент широко используется при изготовлении растворов для дозаторов

При использовании этого средства не нужно применять дополнительных средств защиты. Достаточно пользоваться перчатками для защиты кожи рук от раздражения. Также рекомендуется пользоваться респиратором.

Неорганические составы с коагулирующим эффектом

Наиболее популярными неорганическими соединениями для коагуляции являются:

1. Сульфат алюминия (aluminum sulfate).
2. Сульфат железа (ferrous sulphate).
3. Диоксид Титана (titanium dioxide).

Сульфат алюминия обладает простотой в использовании, так как разводится в воде без длительного отстаивания. Его недостатком является чувствительность к преобладанию в воде кислотных или щелочных компонентов.

Значения тестера не должны выходить за рамки диапазона нейтрального уровня рН 6.5 – 7.5, иначе эффективность коагулянта резко снижается. Также реагент чувствителен к низким температурам и его применение в весенне- осенний период исключается.

Это средство дешевле органического соединения алюминия, поэтому препараты на его основе стоят дешевле. При работе с ним не следует допускать попадания концентрированного средства на кожные покровы, так как в концентрированном виде он вызывает химический ожег

Недостатком его применения является повышенное (по сравнению с гидрохлоридом) высвобождение солей, что изменяет уровень pH в воде. Это вызывает необходимость его выравнивания, а также увеличивает частоту смены воды в бассейне, так как помимо соли при его применении в воде превышается доза алюминия.

Сульфат железа позволяет избавиться от неприятного запаха сероводорода, нейтрализовать маслянистые загрязнения и избавиться от повышенного содержания тяжелых металлов. По этим свойствам реагент превосходит алюмосодержащие реагенты.

Растворяется в воде не полностью, остается небольшая часть осадка, не превышающая 1% от массы реагента.

Сульфат железа запускает процесс коагуляции при уровне pH в кислом и слабокислом диапазоне 4-6. После его применения необходимо выравнивать баланс, так как реагент при взаимодействии с водой повышает содержание солей в воде. Для обеспечения процесса хлопирования применяется в паре с флокулянтами

Диоксид титана имеет самый высокий процент очистки. Этот реагент обладает ярко выраженным бактерицидным действием, и может применяться без дополнительного хлорирования.

У диоксида титана есть ряд преимуществ перед производными железа и алюминия. Он уменьшает время отстаивания. По этому показателю реагент не имеет аналогов.

Применяя диоксид титана, можно отказаться от флокулянтов. Вещество используется в меньших дозах, с достижением лучшего качества очистки. При работе с веществом необходимо соблюдать меры предосторожности, защищая органы зрения и дыхания

Диоксид титана выпускается в России и за рубежом, поэтому его можно найти и приобрести у поставщиков.

Недостатком реагента является его высокая стоимость. После применения диоксида титана вода становится пригодна для питья, что излишне для бассейна. Стоит сделать выбор в пользу бюджетных аналогов, на основе алюминия.

Выбирая средство для очисти, нужно обращать внимание на целостность упаковки. Некоторые реагенты чувствительны к кислороду и активно окисляются при взаимодействии с ним. Это касается коагулянтов на основе железа.

Реагенты в жидком виде содержат уже готовый раствор, что упрощает процесс использования, но цена на них выше. Выгоднее приобрести средство в виде порошка.

Его хватит на большее количество применений, к тому же стоит оно дешевле. Это касается также и картриджей, которые устанавливаются в фильтрующий насос.

Галерея изображений

Фото из

Коагулянты в составе комплекса средств

Коагулирующий раствор для обработки

Гранулированное средство коагулянт

Картридж с коагулянтом для установки в фильтр

Сравнение коагулянтов с подручными средствами

При отсутствии фильтров или их слабой мощности появляется проблема цветения воды в бассейне. Отсутствие необходимых реагентов вынуждает пользоваться подручными веществами.

Наиболее популярные средства:

• перекись водорода;
• перманганат калия;
• бриллиантовый зеленый на спирту.

Они обладают обеззараживающим действием. Эффект от их использования длится временно и приводит к последствиям, которые нужно рассмотреть отдельно.

При добавлении перекиси водорода в водную среду вещество оно полностью растворяется в ней, распадаясь на кислород и воду. Обеззараживающий эффект продлится до полного распада перекиси. В период активного действия выделяются пузырьки кислорода, и если в бассейне установлен фильтр, они будут препятствовать процессу очистки

После применения перекиси на водной глади появляются хлопья грязной пены. Их удаляют механическим способом. Даже спустя двое суток будет продолжаться процесс выделения кислорода, что дает некомфортные тактильные ощущения. При попадании на кожу воды с растворенной перекисью начнется легкое пощипывание.

Нельзя допускать проглатывание этого водного раствора, а также попадания в органы дыхания. Это вызывает раздражение слизистых оболочек. Перекись позволяет воде медленнее остывать, так как увеличивает ее плотность. Однако перекись не может заменить полноценную очистку коагулянтом.

Марганцовка, разведенная в воде обладает обеззараживающим свойством до тех пор, пока ее цвет не сменится с бледно-розового на светло-коричневый или зеленый.

Это зависит от агрессивности щелочной среды. После полного распада вода принимает непрезентабельный вид, потребуется ее замена или очистка коагулянтом

В состав зеленки входит спирт и трифенилметановый краситель. Нет точных данных о том, как это красящий пигмент влияет на человека при попадании в организм. При длительном контакте воды, в которой растворена зеленка, со стенками бассейна материал меняет цвет.

Пористый пластик и плитка приобретают зеленоватый оттенок. Спирт со временем испаряется с поверхности, а в воде останется только краска

Эти реагенты не могут служить полноценной заменой коагулянтам, так как не связывают мелкую взвесь. Они могут лишь продезинфицировать воду на короткий срок, при этом опасные тяжелые металлы и невидимые глазу вещества не исчезают. Они продолжают находиться в емкости.

Пошаговая инструкция по использованию

Перед чисткой препаратами необходимо измерить кислотно-щелочной баланс. Его необходимо делать специальным прибором (pH тестером) или лакмусовыми бумажками.

Оптимальный уровень составляет от 7,5 до 8,0. Если полученный результат окажется меньше указанного диапазона, значит необходимо добавить щелочь, если больше, тогда добавить кислоты.

Если вода для бассейна закачивается из природного водоема, велика вероятность быстрого появления водорослей и цветения воды. Если пренебречь обработкой воды, можно испортить оборудование для фильтрации, а также получить раздражение кожи

После приведения pH баланса к нейтральным показателям можно приступать к дезинфекции. Это необходимая мера для предотвращения заражения инфекционными возбудителями. Для этой цели используют хлорсодержащие таблетки, которые в отличие от жидких средств, не выделяют антисептик дозировано, в процессе растворения.

#1: Расчет пропорций в зависимости от водоизмещения

Перед тем как заливать реагент, нужно рассчитать водоизмещение. Для его определения необходимо высчитать объем бассейна. Для расчета необходимо замерить длину, ширину и глубину емкости. Если бассейн имеет круглую форму, тогда нужно замерить диаметр и глубину.

Все замеры нужно делать в метрах.

• формула для расчета объема прямоугольной емкости: длина*ширина*глубина;
• формула для расчета объема круглой емкости: глубина*6,28*квадрат радиуса.

Полученные величины будут водоизмещением в литрах. Доза вещества рассчитывается исходя из этой величины. Если степень загрязнения воды визуально можно определить как сильную, может понадобиться повышенная доза, в этом случае необходимо залить 1,3 от рекомендованного производителем и может достигать 25 мл на 1 м³.

Расход коагулянта можно снизить, если как дополнение применять флокулянты. Эти вещества используются именно для формирования хлопьев и для утяжеления массы для облегчения процессов фильтрации. Они добавляются в течение двух минут после ввода коагулянта.

#2: Подготовка и заливка раствора

Производители предлагают приобрести реагент в трех состояниях:

• порошковом;
• жидком;
• брикетированном.

Жидкий реагент нуждается в предварительной подготовке. Его нужно развести в воде в пропорции 1:5. Далее необходимо отключить систему фильтрации. Если этого не сделать она быстро забьется грязными хлопьями. Подготовленный раствор необходимо вылить в лейку, и равномерно разлить по всей поверхности.

Также можно использовать специальный дозатор. В него заливается реагент и дозировано поступает в бассейн

Использование дозатора подходит для еженедельного ухода, так как концентрация вещества в воде для очистки сильных загрязнений будет слишком мала.

Брикеты коагулянта помещены в специальные картриджи. Они устанавливаются в фильтрационные насосы. При прохождении воды через брикет, она уносит с собой часть реагента обратно в бассейн.

Брикеты служат для текущего обслуживания. Они не пригодны для ударной очистки воды с большой степенью загрязнения

Если реагент имеет порошкообразную консистенцию, то необходимо сначала приготовить концентрированный раствор. Массовая доля сульфата алюминия должна составлять 15%. Для этого содержимое пакета должно быть растворено в равном его весу количестве воды. Пропорция разведения 1:1.

Для приготовления раствора с массовой долей сульфата или полиоксихлорида алюминия менее 15% нужно использовать формулы:

• K₁ = K * D/D₁ – для расчета массы реагента в килограммах;
• V = K – K₁ = K * (1 – D/D₁) – для расчета количества воды в литрах.

Пояснения к формулам:

• K1 – масса реагента;
• K – необходимая масса раствора;
• D – массовая доля (%) сульфата (полиоксихлорида) алюминия в растворе;
• D₁ – массовая доля (%) сульфата (полиоксихлорида) алюминия в исходном реагенте.

Полученный раствор нужно заливать в бассейн. Делать раствор можно заранее, он хорошо храниться в неизменном виде в течение года.

#3: Чистка поверхности и дна после коагуляции

По истечению 10-12 часов после начала коагуляции нужно очистить дно и поверхность от выпавшего осадка. Для этой цели используется . Это устройство имеет два шланга, один из которых присоединяется к трубке.

Пластиковая труба напоминает аналогичную деталь пылесоса, но с крупной щеткой на конце. Щетка позволяет удалять загрязнения с дна механическим путем. Это обеспечивает качественную очистку

Поверхность воды во временной конструкции, сооружаемой на летний сезон, очищается либо пылесосом, либо навесными водозаборниками, выполненными в виде скиммеров. Это специальная чаша, которая подключается к фильтрующей системе и собирает с поверхности мусор.

В стационарных бассейнах это встроенный в систему механизм, применяемый для сбора воды с поверхности для последующей очистки.

Вода вокруг скиммера временного бассейна вращается по часовой стрелке, образуя воронку. В нее с поверхности стягиваются листья, мусор и другие биологические остатки

В чаше скиммера есть сетка, которая препятствует прохождению крупного мусора, способного вывести из строя фильтрующую систему. По мере наполнения чаши необходимо ее очищать вручную. Такая система способна полностью очистить гладь в течение часа активной работы.

Практичное, но дорогостоящее решение проблемы очистки бассейна – покупка робота-пылесоса. Обзор популярных моделей приведен в .

Рекомендации по сохранению бассейна чистым

Для того чтобы бассейн не засорялся, необходимо регулярно делать хлорирование специальными таблетками. После хлорирования раз в 2 недели проводится чистка реагентами. После реагентов бассейн очищается водным пылесосом. После этого отключается система фильтрации, и промывается фильтр.

Спустя 12 часов включается система фильтрации и удаляется мутная взвесь со дна и поверхности бассейна. В этот период необходимо еще раз очистить фильтр. Очищать его нужно путем перестановки шлангов согласно модели насоса и включением обратной промывки. Часть старой воды из бассейна удалиться, и промоется кварцевый песок в фильтре.

При подаче воды в обратном направлении происходит промывка песка. Промывать нужно до тех пор, пока из слива не пойдет светлая вода без грязи (+)

После окончания промывки нужно вернуть шланги в исходное рабочее состояние и при необходимости залить свежую воду в бассейн. Так как при распаде коагулянта в воде со временем накапливается избыточное количество продуктов действия реагента, то раз в два месяца необходима полная замена воды в плавательном бассейне.

Чистота бассейна во многом зависит от эффективности фильтрующей установки и качества воды. Некоторые умельцы, в стремлении сэкономить, делают .

Выводы и полезное видео по теме

Очистка воды методом коагуляции на примере опыта:

Уборка мутного осадка после коагуляции:

Хорошие реагенты нужно покупать у надежных производителей, обязательно обращая внимание на массовую долю активного вещества. Чем больше процент его содержания, тем эффективнее и экономичнее будет его использование.

Если при применении препарата не был достигнут нужный результат, то необходимо увеличить дозу. Если это не помогло, лучше слить воду из бассейна, так как неизвестный состав может оказаться вредным.

Имеете опыт использования коагулянтов для очистки бассейна, а может знаете действенные методы по устранению загрязнений? Или остались вопросы по теме? Пожалуйста, делитесь своим мнением и оставляйте комментарии.

Коагуляция как метод очистки воды

Вода, используемая для хозяйственно-питьевых целей, должна соответствовать требованиям действующих санитарных правил. Качество воды характеризуется органолептическими показателями: отсутствием окраски, мутности, привкуса, запахов, вредных минеральных и органических взвесей.

Для придания воде потребительских качеств с возможностью применения в питьевом водоснабжении применяют многоступенчатую очистку, включающую разные методы водоподготовки, одним из которых является метод коагуляции воды.

Коагуляция как метод очистки воды

Водоподготовка включает в себя комплекс мероприятий по очистке поверхностных, грунтовых вод от грубых и мелких примесей, взвешенных и коллоидных соединений, обесцвечиванию с помощью коагулянтов. Коагулирование воды ускоряет осаждение и фильтрование примесей в водном растворе.

Давайте разберем, для чего применяется коагуляция воды?

В водной дисперсионной системе взвешенные вещества в основном имеют одноименные заряды. Это обусловливает их стабильность за счет сил отталкивания между молекулами. Коагуляцией называется укрупнение коллоидов в дисперсионной среде посредством их соединения в агломераты. Это становится возможным при добавлении специальных реагентов — коагулянтов. Реагенты для коагуляции воды увеличивают концентрацию ионов в диффузном слое, способствуют его уменьшению и приведению мицеллы (коллоидной частицы с диффузным слоем вокруг нее) в изоэлектрическую форму. В таком состоянии гидрозоля коллоиды имеют нулевой заряд, а значит, нет препятствий к их сближению и формированию агломератов. Завершается процесс коагулирования отделением укрупненных частиц от жидкой фазы осаждением. Коагуляция для очистки воды обеспечивает эффективное выпадение примесей в осадок.

Виды коагуляторов для очистки воды

В современной практике для нарушения агрегативной устойчивости коллоидных примесей применяют:

• неорганические коагулянты;
• органические полиэлектролиты или флокулянты.

Чаще всего в качестве неорганических коагулянтов применяют соли слабых оснований и сильных кислот: сульфат Al₂(SO₄)₃, хлорид AlCl₃, оксихлорид Al₂(OH)nCl6-n алюминия, сульфаты и хлориды железа (II) и (III), алюминат натрия NaAlO₂. Их смеси в разных процентных соотношениях нарушают устойчивость коллоидного раствора, используя принцип катионного обмена. Эффективность коагуляции воды повышается при росте валентности катиона.

Процесс коагуляции частиц в воде протекает с образованием гидроксидов железа и алюминия. Неорганические коагулянты отлично растворяются в воде, безопасны, продаются по невысокой цене. Находясь в растворе, меняют его электропроводимость и показатель рН. Правильно подобранный состав уменьшает жесткость воды.

Применение смеси коагулянтов существенно уменьшает расход реагентов. Компоненты можно вводить последовательно или в виде смеси. В первом случае легче подбирать оптимальное соотношение реагентов, во втором — проводить дозирование.
Органические флокулянты интенсифицируют коагуляцию. Это линейные полимеры с формой макромолекул в виде цепочек. Они бывают природные, органического происхождения и синтетические. Природные флокулянты — это белковые дрожжи, жмыхи, крахмал. К органическим относят:

• анионный полиакриламид (ПАА) и его сополимеры с разными функциональными группами;
• катионные — могут использоваться самостоятельно без предварительного введения коагулянтов (ВПК-402).

В качестве неорганического флокулянта применяют силикат натрия Na₂SiO₃, активированный до кремниевой кислоты и ее нерастворимых солей.

Применение флокулянтов в качестве самостоятельных коагулирующих агентов имеет ряд преимуществ:

• меньшее количество образуемого осадка;
• обеспечивают стабилизацию растворов при значительно меньших количествах реагента;
• работают в большом диапазоне рН;
• увеличивают скорость разделения жидкой и твердой фаз;
• не меняют рН получаемого раствора;
• не минерализуют очищаемый раствор ионами металлов.

Тонкости метода коагуляции для очистки воды

Схема очистки воды с помощью процесса коагуляции проходит три этапа:

1. выбор и введение в раствор коагулянтов;
2. поддержание оптимальных условий температуры, рН, перемешивания для полноты протекания реакций;
3. отстаивание, фильтрация через фильтры механической очистки.

Аморфные и кристаллические частицы примесей в природных водах в коллоидном состоянии имеют одноименные заряды с устойчивостью в растворе за счет отталкивающих сил. Они имеют достаточную адсорбционную емкость, что и используется при коагуляции воды. Методы очищения воды направлены на нарушение этой устойчивости и уменьшение заряда частиц до минимальных показателей. Этого добиваются введением коагулянтов, которые изменяют равновесие дисперсионной системы, образуют коллоиды, поверхность которых сорбирует примеси.

При растворении коагулянтов происходит реакция гидролиза. Ионы металлов, взаимодействуя с гидроксид-ионами (ОН-), образующимися при диссоциации воды, выпадают в осадок в виде практически нерастворимых гидроксидов. В воде концентрируется избыток водород-ионов (Н⁺), и дисперсионная среда характеризуется кислой реакцией.

Men⁺ + nh3O ↔ Me(OH)n + nH⁺

Глубина протекания реакции гидролиза имеет важное значение для обеспечения качества получаемой воды: присутствие ионов Al³⁺ в воде, предназначенной для питьевого водоснабжения, недопустимо. Для полной реакции гидролиза необходимо постоянно выводить из реакционной среды получаемые Fe(OH)₃ и Al(OH)₃ и связывать ионы Н⁺ в недиссоциирующие соединения. Гидролитическую реакцию можно ускорить повышением рН, разбавлением коагулянта, увеличением температуры.

Скорость и полноту гидролиза коагулянтов обеспечивает определенный щелочной запас водной среды (наличие гидрокарбонат-ионов HCO^3–, которые связывают ионы Н⁺). Буферная система HCO^3– — Н₂СО₃ имеет рН ≈ 7 и нивелирует изменение рН воды при гидролитическом распаде коагулянтов. Когда в воде содержится недостаточное число HCO^3–, щелочную реакцию водного раствора повышают введением водной суспензии Ca(OH)₂ или раствора кальциевой соды Na₂CO₃. Карбонат натрия можно применять только для подготовки технической воды.

Контактная коагуляция воды — что это такое

Контактная коагуляция протекает на поверхности зернистого материала или макрочастицах сорбента. Микрочастицы коллоидов сближаются с ними в результате перемешивания и броуновского движения. Вандерваальсово притяжение вызывает прилипание и удерживает мелкие частицы на поверхности крупных.

Контактная коагуляция имеет ряд особенностей и приобрела важное значение в технологии водоподготовки. Чем выше концентрация макрочастиц гидроксидов железа и алюминия в дисперсном растворе, тем ярче проявляются эти особенности.

• На скорость контактной коагуляции практически не оказывают влияние температурный режим и рН раствора.
• Большая интенсивность и полнота извлечения.
• Меньшая устойчивость микрочастиц в отношении коагулирования на поверхности крупных.
• Коагуляция воды в слое зернистых фильтров протекает с большей интенсивностью и скоростью, чем при обычной коагуляции в свободном объеме.

Процесс слипания микро- и макрочастиц, значительно различающихся по размеру, во взвеси с различной степенью дисперсности имеет особенное значение при осветлении воды в осветлителях со слоем взвешенной контактной среды.

Формирование агломератов вокруг частиц гидроксидов, собиравших примеси с образованием хлопьев, происходит в фильтрующем слое за счет прилипания коагулирующих частичек к зернам фильтрующего вещества.

При проведении коагуляции в слое зернистой загрузки пропадает необходимость хлопьеобразования в камерах, осаждения и осветления растворов в отстойниках. Осветлители показывают лучшие показатели с высокой производительностью при избавлении от мутности воды в отличие от отстойников.

Взвешенная контактная среда в осветлителях формируется из Al(OH)3 или Fe(OH)3 и представляет собой фильтрующий материал, который ускоряет очищение водных растворов от взвешенных примесей. При пропускании мутной воды через осадок гидроксидов с остаточной адсорбционной емкостью, улучшается ее обесцвечивание. Использование осветлителей значительно сокращает площадь очистных сооружений, улучшает работу фильтров, существенно снижает расход реагентов.

Влияние на эффективность и интенсивность процесса коагуляции в воде

Для увеличения эффективности очистки воды предусмотрено создание оптимальных условий для интенсификации процесса осаждения гидроксидов алюминия и железа и ускорения протекания коагуляции.

1. Количество и состав коагулянтов. С увеличением доли гидролизующейся соли скорость образования хлопьев и выпадения в осадок Al(OH)₃ или Fe(OH)₃ возрастает.
2. Температурный режим и перемешивание раствора. Эти параметры должны находиться в равновесии, так как повышение температуры увеличивает вязкость раствора и уменьшает скорость движения частиц. Оптимальной считается стабильно поддерживаемая в автоматическом режиме температура 20 — 25°С при интенсивном перемешивании. Колебание температуры приводит к замутнению воды, его показатель должен быть в пределах ±1°С. При низких температурах ускорение коагуляции воды и укрупнение хлопьев может достигаться путем удлинения времени перемешивания.
3. Поддержание оптимального уровня рН. Максимальное осаждение гидроксида алюминия происходит при уровне водородного показателя 6,0 – 6,5, удаление гуматов происходит при рН 5,5 — 6,5, когда они переходят в труднорастворимые и хорошо коагулируемые гуминовые кислоты. Соединения железа полнее выпадают в осадок при значениях рН 6,5 — 7,5. Для каждого источника необходимую величину рН устанавливают экспериментально с учетом состава воды.
4. При высокой щелочности природной воды проводят подкисление коагулянта концентрированной серной кислотой.
5. Применение вспомогательных веществ. Предварительное введение в водный раствор окислителей повышает эффективность коагуляции. Хлор, озон оказывают разрушающее действие на гидрофильные органические соединения, стабилизирующие частицы примесей, создавая необходимые условия для коагуляции. Этот эффект особенно проявляется при очистке вод с повышенной цветностью.
6. Введение флокулянтов через 3-5 минут после добавления коагулянтов ускоряет агломерацию.
7. Сокращение времени коагуляции достигается добавлением замутнителей. Частицы размером до 3 мкм ускоряют процесс хлопьеобразования на 30-50%. В качестве искусственных замутнителей применяют порошкообразный активированный уголь или глинистую взвесь.
8. Ускорить процесс формирования хлопьев и сэкономить 25-30% коагулянта можно введением шламов — промывной воды фильтров и осадка отстойников. Рекомендуется начинать с введения 5-25% промывной воды от объема исходной, а затем добавлять коагулянт.
9. Интенсифицировать коагуляцию можно воздействием электрического, магнитного полей, ультразвуком, ионизирующим излучением.

Осветление и коагуляция воды

Водоподготовка — это сложный многоэтапный процесс, объединяющий много методов очистки в зависимости от природы загрязнителей. Коагуляция при водоподготовке — это важная составная часть этого процесса. С ее помощью из воды удаляют взвешенные примеси, коллоидные, полимерные соединения, детергенты, способные в разных условиях изменять дисперсионную устойчивость, бактериальные и бактериологические загрязнения. При этом устраняется цветность воды, дезактивируются патогенные микроорганизмы. Для эффективного очищения воды сегодня необходимо использовать специальное комплексное оборудование с автоматизированными станциями приготовления, дозирования флокулянтов и коагулянтов (флоакуляция и коагуляция воды), поддерживающими оптимальные условия для осуществления эффективной подготовки воды к питьевому и хозяйственному потреблению.

Коагулянты для воды, их виды и применение

Кроме обычной воды, есть еще воды сточные. Появляются они в результате промывок, это воды, которые используются несколько раз. Те же самые отходы, после восстановления картриджей ионного обмена тоже можно смело назвать сточными водами. У таких жидкостей высокое количество вредных примесей в составе. И просто так слить их в атмосферу не получится. Можно отравить целый город. Потому есть целый раздел среди очистителей воды, которые занимаются именно сточными водами. И именно здесь нашли себя коагулянты для воды.

Виды воды для коагулянтов

В общем и целом, коагулянты для очистки воды используются не только для сточных вод, но еще и для обычной воды, когда требуется очистить ее особенным способом для получения определенных характеристик. Но поскольку применение в стоках больше, то и разобраться в видах такой воды не помешает.

Классификацию грязной воды можно разделить на группы:

• ·          По источнику;
• ·          По виду загрязнений;
• ·          По стадии загрязнений

Все виды стоков при делении по группам можно представить в виде таблицы.

То есть одних только стоковых вод имеется множество вариантов.

Вода, образованная бытовыми отходами – это вода в унитазах, раковинах, в общем все то, что потребитель потом сливает. Стирка или мытье посуды, это все уже стоковая вода. Есть такого вида воды и на производствах. Все, что используется для охлаждения, для стимулирования каких-либо реакций – это все вредная производственная вода.

Что же тогда относится к атмосферным загрязнениям? Это любая вода образованная дождем, снегом, стекающая с крыш, даже вода из поливочных машин будет уже сточной. Т.к. она убирала мусор с мостовых.

Содержание минералов в воде определяется примесями глины, руд, шлаков, щелочей и еще солей. Если в составе примесей более всего преобладает растительные или животные остатки, то это будут углеродистые органические остатки и примеси. Любая сточная бытовая вода – это более половины органики и остальная часть минералов.

Биологические примеси подразумевают глисты, яйца глистов, вирусы, бактерии и даже дрожи. Стоки могут быть сильно загрязненными, условно-загрязненными. В общем, просто так спускать в атмосферу такую воду нельзя. Они легко могут отравить всю атмосферу, привести к развитию бактериологических эпидемий и т.п. Потому так важно использовать коагулянты для воды, до того, как вода будет запущенна в производственную систему или же будет утилизирована в ближайшем озере.

Применение спецвеществ – коагулянтов в очистке воды

При таком количестве загрязнений в стоках, итак понятно, что вопрос их очистки, не просто вопрос, это проблема, требующая немедленного решения. Коагулянты для воды – это настолько мощное средство очищения, что иногда они помогают привести воду в состояние, когда ее можно использовать повторно, например, в замкнутых циклах производства.

В зависимости от того для чего нужны очищающие реагенты их и делят на группы для промышленности и для бытовых нужд.

Итак, коагулянты для очистки воды бассейнов. Здесь есть свои нюансы, т.к. вода для бассейнов должна быть и чистой и обезвреженной одновременно. В этой воде купается большое количество людей, у всех пот, кусочки кожи и т.п. Потому нужно обезвредить все эти испражнения, но при этом не отравить людей.

Насос в бассейне работает на циркуляцию, а не фильтрацию, чтобы вода не застаивалась. Все примеси, под влиянием коагулянтов оседают на дне, и высасываются насосом или устраняются через фильтр. Прежде чем, смешивать воду с реагентом нужно определить ее кислотность. Если порог высок, то вместе с коагулянтами такая вода может образовывать отравляющие вещества.

Коагулянты занимаются тем, что ускоряют или создают реакцию. В результате ее мелкие частицы примесей объединяются и оседают на дно. Отфильтровав воду в бассейне, и получают вторично очищенную жидкость, которую можно слить в атмосферу или же использовать в замкнутом циркуляционном процессе.

Хлорид алюминия

В качестве примера таких веществ можно упомянуть сульфат алюминия, хлорид алюминия. Это далеко не все, для бассейнов скорее используют хлористые соединения. Очень часто такие вещества применяют в целлюлозных производствах, где постоянно нужно очищать оборудование, и вода после этих процессов становится вредной.

Хлориды алюминия сегодня самые используемые коагулянты для водных ресурсов. Они не такие уж и старые вещества, промышленное их производство наладили относительно недавно, в конце двадцатого века.

Гидроксилхлорид алюминия

Еще один прогрессивный реагент – гидроксилхлорид алюминия. Это более продуктивная форма. Легко и качественно убирает мутность в воде. С таким веществом уровень кислотно-щелочного баланса регулировать не нужно. Хлопья образуются хорошо и без таких корректировок.

Также гидроксидхлорид поможет убрать цвет воды, скорость образования хлопьев значительно выше, чем у обычного гидроксида. Еще один плюс – устранение ионов тяжелых металлов. То есть реагент работает на несколько фронтов сразу. Получается на выходе вода с меньшим количеством примесей алюминия солей и хлористых соединений.

Кстати, некоторые, коагулянт гидроксилхлорид алюминия применяют и для очистки питьевой воды, если первичная вода слишком загрязнена.

Таким образом, вредные вещества в виде коагулянтов могут быть и очень полезными, если их использовать правильно и в нужных количествах. Тогда вода будет и очищенной, и дезинфицированной одновременно и благодаря одной стадии очистки, вместо нескольких.

Применение органических коагулянтов при очистке воды и сточных вод

1. Введение

Ухудшение естественного источника снабжения пресной водой коррелирует с увеличением глобального социально-экономического роста и деятельности, которая приводит к образованию сточных вод с высоким содержанием загрязняющих веществ [1 , 2]. Из-за пагубного воздействия загрязнения сточных вод разработка технологий и материалов, связанных с водой, стала высшим приоритетом в большинстве предприятий по очистке сточных вод [2, 3].Среди многочисленных методов очистки, объединение коагуляции с фильтрацией [2, 3, 4], седиментации или флотации [5, 6] были хорошо известные методы предварительной обработки воды и сточных вод, где качество воды имеет решающее значение [7]. Однако изменение качества поступающей воды и отсутствие оптимизированных очистных сооружений приводят к снижению эффективности очистки с увеличением затрат на производство [8, 9]. Процесс химической очистки, хорошо известный как коагуляция, хотя он и важен в условиях сточных вод, иногда рассматривается как дорогостоящая технология из-за высокой стоимости использования химикатов [10, 11, 12].Этот метод включает осаждение растворимых ионов металлов с помощью коагулянтов. Впоследствии, долгосрочное применение коагулянтов на основе металлов (алюминия и железа) [11] вызвало опасения, связанные с образованием осадка и остатками тяжелых металлов, которые потенциально токсичны для экосистемы [10, 11, 12]. Это привело к тому, что большинство сточных вод не соответствовало строгим стандартам Агентства по охране окружающей среды, регулирующим качество очистных сооружений [8].

На типичной установке очистки сточных вод (рис. 1) смесь неорганических и органических полимерных добавок обычно используется в качестве метода гетерокоагуляции [14, 15].Это сделано для ускорения агломерации и слияния взвешенных частиц, которые необходимо отделить от воды методами седиментации или флотации [5, 6]. Однако большинство промышленных сточных вод нефтеперерабатывающих, пищевых и перерабатывающих производств содержат органические вещества, взвешенные и эмульгированные масла и жиры, которые предпочитают плавать, а не оседать [10, 15, 16]. Кроме того, для улучшения обезвоживания и глубокой очистки сточных вод, включая удаление фосфора, использование полимеров стало очень распространенной практикой [14, 17, 18].Хотя коагулянты и их производные очень полезны при очистке сточных вод, они могут изменять характеристики сточных вод с точки зрения их физико-химических свойств [11, 17]. Кроме того, проблема, связанная с удалением огромного количества шлама и металлов в сточных водах, например, при применении осаждения гидроксида [4, 13, 19], требует технологии извлечения ценных или токсичных металлов из шлама [20, 21]. , В ответ на это, мембранная технология Доннана, которая требует более низкого рабочего давления, чем другие, стала одним из методов, испытанных на практике при очистке сточных вод.Однако стоимость мембраны — один из минусов [20, 21, 22].

Рисунок 1.

Схематическая блок-схема типичного очистного сооружения, адаптированная из [13].

Поскольку были упомянуты некоторые ограничения, связанные с коагулянтами на неорганической основе, в данном исследовании основное внимание уделяется варианту использования природного и композитного неорганико-органического полимера для максимальной эффективности очистки сточных вод. Таким образом, цель состоит в том, чтобы оценить эффективность органических полимеров в качестве коагулянтов для обработки воды и сточных вод, а также предоставить альтернативу солям металлов для процесса химической очистки.Это делается путем изучения использования методов органического полимерного коагулянта по сравнению с солевыми коагулянтами на основе металлов в существующих традиционных методах обработки на основе эффективности. Кроме того, для определения некоторых рабочих условий, влияющих на процесс химической очистки.

2. Процесс химической очистки

Химическая обработка с использованием металлических солей железа и алюминия широко применяется в нескольких отраслях промышленности по очистке сточных вод в качестве первичной обработки для эффективного удаления твердых частиц и органических веществ [23].На Рисунке 2 показан типичный процесс химической очистки сточных вод и питьевой воды, который обычно состоит из коагуляции, флокуляции и осаждения или флотации [24]. Коагуляция — незаменимый механизм, который способствует агрегации взвешенных твердых частиц, которые в основном отвечают за мутность, цвет, удаление вкуса и запаха [24, 25, 26]. Флокуляция способствует агломерации коагулированных частиц с образованием более крупных хлопьев, тем самым ускоряя процесс гравитационного осаждения или флотации для удаления загрязняющих веществ [24].Самопроизвольное образование хлопьев во взвешенном состоянии называется флокуляцией. Обычно это применяется при очистке воды и сточных вод. Катионные полиэлектролиты были наиболее жизнеспособными флокулянтами. Их низкая плотность заряда не позволяет обратить поверхностный заряд, и, следовательно, они менее склонны к дестабилизации.

Рисунок 2.

Процесс физико-химической обработки [24].

Кроме того, агломерация частиц с образованием крупных и стабильных хлопьев включает смешивание коагулянтов со сточными водами, обычно контролируемое с помощью теста в сосуде.Однако существует несколько типов коагулянтов, которые могут по-разному применяться при очистке питьевой воды или сточных вод [11, 17, 27]. В связи с пагубным воздействием сброса неочищенных сточных вод, важно, чтобы системы очистки были хорошо отлажены и оптимизированы [28, 29]. В идеале требуемые подходящие условия эксплуатации зависят от характеристик сточных вод и коагулянтов, а также от физических свойств, показанных в таблице 1.

Таблица 1.

Факторы, влияющие на процесс химической очистки [17].

2.1 Типы процессов химической очистки

2.1.1 Коагуляция и осаждение

Процессы коагуляции, флокуляции и осаждения при очистке воды и сточных вод имеют решающее значение. Первым этапом в большинстве процессов химической очистки воды является коагуляция, эффективность которой зависит от концентрации коагулянта и химического состава воды [12, 14]. По существу, существует четыре механизма коагуляции для возникновения агрегации частиц, а именно (1) сжатие двойного слоя; (2) вытесняющая флокуляция; (3) адсорбция и нейтрализация заряда; и (4) адсорбция и межчастичное образование мостиков [13, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24].Это включает реакцию между коллоидами и добавленным коагулянтом для дестабилизации и нейтрализации электрических зарядов в частицах, в то время как флокуляция способствует образованию агломерированных хлопьев в коллоидной суспензии.

Например (рис. 3), добавление коагулянта приводит к образованию мелких рассеянных частиц, которые объединяются в более крупные и более стабильные хлопья. Это делает хлопья тяжелее воды, которые оседают в виде отложений и могут быть удалены.В результате удаляется около 90% взвешенных веществ [1, 2]. Кроме того, стадия коагуляции зависит от условий времени и перемешивания, при которых частицы, объединившиеся с образованием более крупных хлопьев, могут быть удалены путем осаждения.

Рисунок 3.

Процесс коагуляции, флокуляции и седиментации [24].

2.1.2 Коагуляция и флотация

Обычно флотация — это процесс концентрирования, в котором селективные гидрофобные материалы отделяются от гидрофильных материалов с помощью процесса гравитационного разделения [30].В типичном процессе флотации (рис. 4) коагулированные частицы прилипают к пузырькам воздуха, снижая кажущуюся плотность ниже плотности воды, что затем позволяет хлопьям всплывать на поверхность. Изменение фазы разделения зависит от четырех механизмов, таких как (1) образование пузырьков воздуха, (2) контакт между пузырьками воздуха и частицами, (3) прикрепление пузырьков газа к твердым частицам и (4) подъем пузырьков воздуха вверх. комбинированный воздушный пузырь — макрочастица [31, 32].

Рисунок 4.

Схема коагуляции в сочетании с растворенной флотацией [24].

Добавление коагулянта усиливает пузырьки воздуха и органическое вещество с образованием прочных хлопьев, которые могут противостоять разрушению в зоне флотации [33]. Однако этот процесс в некоторой степени сложен, потому что он требует взаимодействия гидродинамики и химии поверхности через средства прикрепления пузырьков, где пузырьки образуются в результате подачи сжатого воздуха в зону флотации. Таким образом, исследования показали, что для получения хорошей производительности химический состав коагуляции оказывает сильное влияние на характеристики флотации [34], так что химическая реакция между коагулянтами и органическими веществами приводит к образованию более крупных нефтяных хлопьев, тогда как процесс флотации облегчает разделение. [35, 36].Это позволяет коагулированным хлопьям плавать на поверхности в виде ила, тогда как чистая вода перемещается на дно флотационного резервуара в канализацию в виде очищенной воды.

2.2 Параметры, влияющие на эффективность коагуляционной обработки

Есть несколько рабочих факторов, которые влияют на параллельные и последовательные реакции, которые происходят при добавлении коагулянта в сточные воды. Чтобы способствовать образованию мостиков между частицами и образованию хлопьев, существует ряд транспортных механизмов, включая броуновскую диффузию и движение жидкости.Все это влияет на эффективность и действенность процесса коагуляции при очистке сточных вод.

2.2.1 Влияние молекулярной массы полимера и плотности заряда

Молекулярная масса (MW) полимера и плотность заряда (CD) влияет на межчастичный мостиковый механизм и механизм электростатических сил, который способствует эффективности коагуляции [37, 38], так что увеличение молекулярной массы улучшает агломерацию и образование хлопьев. Хотя анионный заряд на полимере может препятствовать адсорбции на нежелательной поверхности, он способствует полимерной цепи за счет взаимного отталкивания заряда между молекулами полимера [39].Концентрация органического полимера не зависит от молекулярной массы, но зависит от ионной силы. CD обычно выражается как процент ионных групп (как тех, которые заряжены, независимо от pH, так и тех, которые могут становиться заряженными при определенных условиях pH) относительно всех групп в полимере. CD выражается в единицах длины (qL), площади (qA) и объема (qV), как показано в (1) — (3), как функция количества ионного заряда (qQ) на длину (L), площадь (A) или объем (V) соответственно.

ql = dQLE1

qA = dQAE2

qV = dQVE3

2.2.2 Температура

Температура служит движущей силой химической реакции. Это влияет на коалесценцию и физические свойства полимера, включая вязкость, подвижность, столкновение и растворимость, плотность, скорость подъема или осаждения хлопьев. Таким образом, более высокая температура ускоряет скорость химических реакций, тогда как низкие температуры стабилизируют коллоидные поверхности, уменьшая реакции гидролиза [38, 40].Это может повлиять на свободное движение частиц и более высокую растворимость, а также более высокую кинетику реакции нанесенного полимера, что, в свою очередь, снижает эффективность коагуляции.

2.2.3 Влияние условий перемешивания

Степень завершения коагуляции для эффективной обработки может быть связана с дозировкой коагулянта и условиями перемешивания. Последовательно дестабилизация и агломерация коагулированных хлопьев происходит в двух режимах перемешивания, а именно. быстрое перемешивание и медленное перемешивание, как показано на рисунке 5.Быстрое или быстрое перемешивание происходит после добавления коагулянтов, что требует турбулентного перемешивания для образования гомогенного раствора [24, 25, 29]. Отсутствие быстрого перемешивания может привести к плохой работе коагулянтов из-за недостаточной дозы или передозировки. С другой стороны, медленное перемешивание происходит вскоре после быстрого перемешивания и предназначено для увеличения улавливания частиц и роста хлопьев.

Рисунок 5.

Схематическое изображение этапов перемешивания в процессе коагуляции.

Кроме того, постоянное медленное перемешивание ускоряет агрегацию хлопьев и улавливание частиц в суспензии для улучшения разделения.Медленное перемешивание обеспечивает градиент скорости частиц схожего размера, который может быть больше 1 мкм. Таким образом, соотношение между агрегацией заданного размера и молекулярной массой полимера может усилить смыкание или разрушение хлопьев для осаждения или всплытия [33, 36, 38]. На практике (рис. 5) это достигается путем перемешивания суспензии с высокой скоростью (250 об / мин), чтобы вызвать разрушение хлопьев, а после разрушения начинается медленное перемешивание (30 об / мин) для увеличения размера хлопьев [24 , 27].В принципе флотации можно использовать более низкую дозировку полимера, потому что перемешивание создает устойчивую суспензию более мелких хлопьев, которые агломерируются и всплывают [33, 41].

2.2.4 Влияние pH

pH играет доминирующую роль во взаимодействии коагулянта и частиц для эффективной нейтрализации и агломерации хлопьев. Кроме того, на растворимость гидроксидов металлов может влиять pH (4–8) [36, 41]. Поэтому корректировка pH перед добавлением коагулянта очень важна для влияния на цепные реакции, которые будут происходить.Эффективные разновидности неорганических коагулянтов или полимеров, являющиеся ионами на основе металлов, могут влиять на образование хлопьев за счет двухслойного сжатия [24, 38]. С увеличением pH эти частицы заряжаются, что приводит к изменению механизма. Например, когда коллоиды являются гидрофильными, например кислоты, pH повлияет на протонирование.

2.2.5 Тип и дозировка коагулянта

В условиях сточных вод используются различные типы коагулянтов, такие как неорганические и органические полимеры.Однако полимеры обычно дороже неорганических коагулянтов. Это зависит от типа и количества химического вещества, которое может содержать коагулянт. Выбор подходящего коагулянта для очистки сточных вод очень важен, что также зависит от химического состава воды, гидродинамики и рабочих условий технологической системы [4, 41]. Дозировка коагулянта является важным фактором в определении того, как ионы металлов взаимодействуют с органическими веществами в сточных водах, чтобы повысить их прозрачность.

Органические полимеры по своей природе представляют собой очень вязкие растворы, которые иногда становится проблематичным для гомогенного распределения в среде [15, 17].Однако они очень привлекательны для поверхностей частиц, которые необратимы при прикреплении. Таким образом, неравномерное распределение полимеров в загрязненных сточных водах может способствовать неэффективности и стоимости процесса очистки [17, 18, 24]. Таким образом, необходимо увеличить дозировку, чтобы компенсировать потерю полимера.

2.2.6 Ионная сила

На выравнивание полиэлектролита в растворе существенно влияет ионная сила, которая вызывает образование хлопьев.Ионы металлов препятствуют гидролизной активности при добавлении в раствор коагулянта на основе металлов [24, 38, 40]. Напротив, одинаковые заряды полимерной цепи имеют тенденцию расширяться при взаимном отталкивании. Это направлено на увеличение вязкости раствора полиэлектролита по мере уменьшения ионной силы. Кроме того, увеличение ионной силы экранирует заряженный участок полимера, который затем влияет на его гидродинамическое объемное расширение, уменьшая вязкость раствора [39, 40]. Это вызывает образование двойного слоя сжатия вокруг области поверхности хлопьев, где могут находиться противоположно заряженные ионы.

3. Коагулянты

Есть несколько типов коагулянтов, которые применимы для установок очистки воды и сточных вод [42]. Это могут быть химические, нехимические, синтетические материалы или натуральные коагулянты. Однако у каждого типа коагулянта есть свои уникальные свойства с положительными ионами, которые удерживают отрицательный заряд органического вещества в воде, вызывая мутность.

3.1 Неорганические коагулянты

Соли алюминия и железа являются наиболее часто используемыми неорганическими коагулянтами при очистке сточных вод.К ним относятся металлы на основе алюминия (хлорид алюминия, сульфат алюминия, алюминат натрия) и металлы на основе железа (сульфат железа, сульфат железа, хлорид железа) [13, 17, 18]. Добавление этих коагулянтов в сточные воды претерпевает серию реакций с гидроксильными ионами (OH ^— ) с образованием мономерных и полиядерных частиц. Это приводит к диссоциации их солей металлов с высвобождением их трехвалентных ионов, которые гидратируются с образованием сложных молекул воды Al (H ₂ O) ₆ ³⁺ и Fe (H ₂ O) ₆ ³⁺ для алюминия и железа соответственно [26, 37, 39, 43].Это приводит к замене молекул воды (H ₂ O) на ионы OH ^— с образованием растворимых Al (OH) ²⁺ и Fe (OH) ² , что увеличивает коагуляционную способность трехвалентных ионов. сильно адсорбируются на отрицательной поверхности коллоидов [26, 29].

Следовательно, коагулянты на основе металлов наиболее широко используются из-за их низкой стоимости и доступности; Однако есть и недостатки [17, 18]. К ним относятся высокая дозовая зависимость, высокие требования к pH, слабость к температурному перепаду и образование большого количества осадка.Некоторые из этих неорганических коагулянтов с их достоинствами и недостатками представлены в Таблице 2. Кроме того, передозировка алюминия и железа в сточных водах представляет угрозу как для экосистемы, так и для здоровья человека, такую ​​как кишечные запоры, колики и спазмы в животе. Кроме того, коагулянты на основе железа очень едкие и образуют хорошо заметные пятна ржавого цвета, связанные с разливами и утечками химических веществ [25, 33]. Поэтому существует большой интерес к улучшению неорганических коагулянтов путем использования полимерных органических и природных коагулянтов для обработки сточных вод.

Таблица 2.

Достоинства и недостатки неорганических коагулянтов [18, 33, 41].

3.2 Органические коагулянты

Органические коагулянты, как правило, представляют собой синтезированные мономеры коагулянтов на основе алюминия и железа, применяемые в условиях сточных вод в качестве вспомогательных коагулянтов или компонентов хлопьев [15, 17]. В таблице 3 показаны некоторые органические коагулянты, которые обычно используются при очистке питьевой воды и сточных вод после добавления неорганических коагулянтов для повышения эффективности очистки [15]. Существуют различные типы органических коагулянтов, которые имеют разные ковалентные заряды и связи их полимерных молекул.К ним относятся заряженные или ионные полимеры (полиэлектролиты), а также бесзарядные или неионные полимеры [15, 25]. Что касается заряженных полимеров, полимеры с положительным зарядом называются катионными полимерами, тогда как полимеры с отрицательным зарядом называются анионными полимерами.

Таблица 3.

Примеры органических полимерных коагулянтов для очистки воды и сточных вод [16, 24].

4. Общие характеристики коагулянтов

Есть две характеристики полимеров, которые определяют их использование в качестве коагулянта или флокулянта [15, 17]. К ним относятся (1) они имеют очень высокую плотность заряда для нейтрализации отрицательных зарядов, присутствующих на поверхности коллоидного материала, и (2) они имеют относительно низкую молекулярную массу (MW), которая обеспечивает хорошую диффузию катионных зарядов вокруг частицы.Это улучшает распределение коагулянта в сточных водах, когда он не концентрируется при низкой вязкости менее 2 × 10 ³ сантипуаз, а когда концентрируется при высокой вязкости 20 × 10 ³ сантипуаз [14, 15, 24] , Органические полимеры имеют длинноцепочечные молекулярные массы, которые состоят из повторяющихся химических единиц, называемых мономерами. Это позволяет классифицировать их как низкие с MW менее 10 ⁵ , и средние и высокие, когда они находятся между 10 ⁵ и 10 ⁶ и более 10 ⁶ соответственно [14, 15, 17].

4.1 Методы полимеризации

Органические полимерные коагулянты могут существовать в различных формах, что связано с методом полимеризации, например, жидкость, шарики, порошок, эмульсия и дисперсия [15, 24].

1. Порошки: полимеризованные мономеры получают в виде геля, который затем измельчают и сушат.

2. Гранулы: мономеры полимеризуются путем добавления растворителя, который превращается в суспензию. Затем растворитель выпаривают, чтобы получить микросферы.Это предотвращает образование пыли и способствует быстрому растворению.

3. Эмульсии: Мономеры эмульгируют в растворителе перед полимеризацией. Затем добавляют поверхностно-активное вещество, чтобы оно растворилось в воде.

4. Жидкости: мономеры полимеризуются при низкой концентрации в водных растворах, что упрощает использование.

5. Дисперсии: в этом случае мономеры обычно диспергируются в рассоле перед полимеризацией. Это делается в виде прямой подачи в линию без каких-либо растворителей или поверхностно-активных веществ и времени выдержки.Они применимы в процессе флотации, что делает его рентабельным процессом очистки сточных вод нефтеперерабатывающих заводов. На фиг.6 показана диссоциация ионного заряда полимера при введении в принимающую среду (эмульсия масло-вода).

Рис. 6.

Схематическое изображение процесса коагуляции водонефтяной эмульсии с использованием органического полимера [24].

4.2 Типы полимерных коагулянтов

Гидрофобные органические коагулянты, адаптированные из неорганических коагулянтов, привлекли внимание пользователей благодаря своим уникальным характеристикам.Органические полимеры в целом делятся на природные и синтетические [14, 15, 17]. Природные полимеры — это гидрофильные соединения, которые обладают природными характеристиками, поскольку они нетоксичны для человека, легкодоступны и экологически безопасны. Однако использование только натуральных полимеров может не во всех случаях быть эффективным при очистке сточных вод. Это может быть связано с их свойствами, которые нельзя изменить (например, хитозан, танин, крахмал, Moringa oleifera) . Природные полимеры обычно смешивают с неорганическими коагулянтами для повышения эффективности их обработки, хотя синтетические полимеры иногда могут быть токсичными для человека [11, 14, 44].

Органические полимеры можно легко модифицировать и оптимизировать в процессе производства для более широкого применения. Некоторые полимеры получают с полимерными цепями линейной, разветвленной или сшитой формы структур [11, 18]. Например, на рисунке 7 показана химическая структура поли-диаллилдиметиламмонийхлорида (pDADMAC), полимеры эпихлоргидрина / диметиламина (ECH / DMA) и катионные полиакриламиды (CPAM) являются примерами катионных синтетических полимеров, а хитозан — примером катионного природного полимера. [15, 17, 24].

Рисунок 7.

Распространенные структуры катионных (PDADMAC, ECH / DMA, CPAM) и анионных (APAM) синтетических полимеров и природного полимера хитозана [17].

4.2.1 Анионные полимеры

Анионные полимеры — это амфотерные полимеры, которые приобретают отрицательный заряд, когда их ионные группы диссоциируют в среде [15, 17]. Их полимеризация очень чувствительна, включая изменение молекулярной массы, зарядовых групп и плотности, а также их линейную или разветвленную структуру, как показано на рисунке 8.Обычно это инициируется использованием либо активных анионных частиц, таких как натрий, нитрил, гидроксид, либо катионных частиц, таких как соляная кислота, серная кислота и фосфорная кислота. Последующий гидролиз полиакриламида в условиях основного pH дает полимер с анионными зарядами. В таблице 4 показаны молекулярные формулы анионных АПАМ или ПАМ, содержащих изменяющиеся пропорции сомономеров акриламида с точки зрения плотности заряда (мол.%) И теоретической основы в мэкв / г полимера.

Рисунок 8.

Сополимеры акриламида и акриловой кислоты с образованием анионных полиакриламидов [24].

Таблица 4.

Плотности заряда анионных полиакриламидов [17].

4.2.2 Катионные полимеры

Катионные полимеры представляют собой положительно заряженные органические коагулянты на натуральной или синтетической основе. Некоторые из этих полимеров имеют заряженные аммониевые группы, что делает их сильными электролитами независимо от их изменения pH [15, 17]. Например, pDADMAC, ECH / DMA и CPAM являются синтетическими катионными полимерами, тогда как хитозан представляет собой природный катионный полимер, как упоминалось ранее.Гидролиз сложноэфирных групп и, как следствие, потеря катионного заряда зависят от CD и pH. В таблице 5 приведены значения КД различных катионных полимеров в мол.% И мэкв. / Г полимера. Более высокая плотность заряда показывает, что полимер имеет большую петлю, которая усиливает межчастичное образование мостиков и эффективную дестабилизацию среды. На рисунке 9 показана структура катионного полимера, обозначающая полимеризацию акриламида с последующим частичным гидролизом.

Таблица 5.

Плотности заряда катионных полиэлектролитов [17].

Рисунок 9.

Сополимеры акриламида и хлорметилированного мономера с образованием катионных полиакриламидов [24].

4.2.3 Природные или неионные полимеры

Есть несколько природных полимеров, которые обладают присущими им катионными свойствами, которые можно модифицировать, чтобы получить катионный полиэлектролит, который будет использоваться для разделения твердой и жидкой фаз в качестве флокулянтов [11]. Неионные полимеры различаются по структуре, молекулярной массе и способности к разложению. Некоторые примеры включают полиакриламиды (ПАМ), хитозан, крахмал без замен, производные целлюлозы и клеи [17, 38, 44].Хитозан, как и большинство природных полимеров, не токсичен, что делает их приемлемыми для здоровья. Использование хитозана при очистке воды упоминается для обесцвечивания сточных вод красильных предприятий, обработки отходов пищевой промышленности, удаления ионов металлов и кондиционирования осадка.

Впоследствии органоглина, являющаяся побочным продуктом натуральных или синтетических материалов, используется в качестве абсорбентов для очистки воды. Они широко известны как легкодоступные недорогие адсорбенты.К ним относятся шаровая глина, бентонит и каолин. Органоглина также является результатом слияния натриевой монтмориллонитовой глины с катионной солью четвертичного амина, которая обменивает адсорбированный натрий посредством ионного обмена [17, 25].

Кроме того, растения и минералы являются основным источником природных полимеров. Некоторые примеры включают: семян Nirmali, , Moringa oleifera, , танин, семена баклажанов и семена редиса, которые на местном уровне доступны для обработки из овощей [14, 15, 44].Эти коагулянты нетоксичны, возобновляемы, производят меньше осадка, биоразлагаемы и относительно экономичны. Более того, природные коагулянты имеют широкий диапазон эффективных дозировок и не изменяют значение pH очищенной воды. Другой пример коагулянта на растительной основе с использованием неразорвавшихся отходов — кожура маниоки. Свежая кожура кассавы обладает тремя основными свойствами: очень быстро распространяется, содержит фитаты и огромное количество цианогенных гликозидов [3, 44].

4.2.4 Применение органических полимеров

Органические полимеры и неорганические коагулянты на протяжении многих лет использовались для химической обработки и очистки воды и сточных вод [41].Они используются при химической очистке, чтобы способствовать осаждению твердых частиц сточных вод, чтобы улучшить удаление взвешенных веществ. Коагуляция, используемая перед гравитационным осаждением, может привести к удалению взвешенных твердых частиц примерно на 90% по сравнению с коагуляцией без коагуляции [1, 11]. Эта концепция также применима к первичной коагуляции промышленных сточных вод, где разделение может быть основано на флотации, как в примерах из кожевенной, стальной, шерстяной, косметической, моющей, пластмассовой, красильной, бумажной, пищевой и пивоваренной промышленности.Катионный полимер, который подвергается гидрофобной модификации, играет важную роль в случае удаления мыла, масла и жира. В таблице 6 приведены некоторые примеры применения органических полимеров для очистки сточных вод.

Таблица 6.

Применение органических полимеров в условиях сточных вод.

Их многочисленные преимущества, связанные с органическими полимерами, использовались в качестве первичных коагулянтов, однако иногда бывает довольно сложно выбрать подходящий для конкретной обработки воды. Выбор подходящего полимера для использования в рассматриваемых обстоятельствах зависит от его молекулярной массы, плотности заряда и структуры, дозы, условий смешивания, количества и типа примесей, обнаруженных в зависимости от воды и pH.Однако для достижения оптимальной стабилизации и агломерации хлопьев требуется оптимальная дозировка, которая обратно пропорциональна размеру частиц в суспензии [39, 40].

5. Заключение

Коагуляция — один из простейших методов очистки воды и сточных вод, особенно от неосаждаемых твердых частиц, мутности и окраски сточных вод. Ожидается, что применение коагуляции улучшит гравитационную систему для удаления взвешенных твердых частиц примерно на 90% по сравнению с системой без коагуляции.Таким образом, проблема осаждения ила, который необходимо флотировать, относительно невелика для систем флотации, использующих органические полимеры, а не неорганические коагулянты. В этой главе рассматриваются ограничения, связанные с коагуляцией с использованием неорганических коагулянтов, путем выделения некоторых экологически чистых органических коагулянтов и рабочих параметров коагуляции для очистки воды и сточных вод. Кроме того, полимеризация композитов и пропитка органических полимеров неорганическими коагулянтами как область исследований должна быть сосредоточена на коммерциализации и индустриализации.

Благодарности

Авторы выражают благодарность Дурбанскому технологическому университету и Национальному исследовательскому фонду Южной Африки за их поддержку.

Коагуляция и флокуляционная очистка воды

Типы коагулянтов и флокулянтов

В некоторых случаях процесс коагуляции и флокуляции может происходить естественным путем или быть усилен добавлением коагулянта и вспомогательных флокулянтов. SUEZ предлагает обширный портфель коагулянтов, флокулянтов и полимеров, специально разработанных для облегчения процесса осветления.

KlarAid * Коагулянты

KlarAid предназначены для использования в различных промышленных системах очистки воды и сточных вод, включая использование в качестве первичного коагулянта для удаления коллоидной мутности и цвета для очистки сырой воды, а также в качестве деэмульгатора для облегчения отделения твердых частиц в установках флотации растворенного газа, используемых для первичная очистка и отстаивание сточных вод и вспомогательные фильтрующие средства, используемые отдельно или вместе с органическими флокулянтами.

• Простые в употреблении и готовые к употреблению растворы
• Широкий диапазон молекулярных масс, химического состава и плотностей заряда
• Обеспечивает непревзойденную прозрачность воды в трудноочищаемых и сточных водах
• Высокоэффективные деэмульгаторы для эмульсий типа «масло в воде»

PolyFloc * Флокулянты

PolyFloc предназначены для связывания мелких частиц вместе, улучшения образования хлопьев для увеличения скорости осаждения при осветлении или повышения скорости при флотации, а также улучшения отвода воды при сгущении и обезвоживании.

• Экономичные жидкости и порошки
• Широкий ассортимент осветлителей и обезвоживающих средств
• Продукт без НПЭ
• Диапазон молекулярных масс и зарядов (анионные, неионные и катионные)

Novus * Флокулянты

Флокулянты Novus разработаны для связывания мелких частиц вместе, улучшения образования хлопьев для увеличения скорости осаждения при осветлении или повышения скорости при флотации, а также улучшения отвода воды при сгущении и обезвоживании.

• Экономичный
• Продукт без НПЭ
• Доступен с различным молекулярным весом, плотностью заряда и структурой