Коагуляции

1 — частицы взвеси; 2 — частицы гидроокиси алюминия;

3 — гуминовые вещества; 4 - «клеевые мостики»; 5 —«захваченная» вода

Для осуществления технологического процесса коагу­лирования содержащихся в воде коллоидных примесей в качестве коагулянтов применяются сернокислый алюминий Al₂ (SO₄)₃ * I8H₂O, сернокислое закисное железо FeSO₄ • 7Н₂О и хлорное железо FeCl₃.

В результате реакций гидролиза

A1₂(SO₄)₃ + 6H₂O → 2Al (OH)₃ + 3H₂SO₄;

FeCI₃ + 3H₂O → Fe(OH)₃ + 3HCl;

FeSO₄ + 2H₂O → Fe (OH) ₂ + H₂SO₄

и последующего окисления гидрата закиси железа рас­творенным в воде кислородом

4Fe(OH)₂ + O₂+2H₂O—4Fe(OH)₃

образуются почти нерастворимые в воде гидраты окисей алюминия и железа, которые являются неустойчивыми компонентами коллоидной системы.

Приведенные реакции гидролиза могут протекать лишь при условии, если образующаяся при этом серная или соляная кислота будет частично нейтрализована содержащимися в воде бикарбонатами кальция и магния, а при их отсутствии или недостатке — добавляемыми в воду щелочными реагентами: известью Са(ОН)₂, содой Nа₂СО_з или едким натром NaOH с доведением рН до оптимальной величины. Например:

H₂SO₄ + Ca(HCO₃)₂ → CaSO₄ +2H₂O +2CO₂

H₂SO₄ + 2 NaOH ↔ Na2 SO₄ + 2H₂O

Гидраты окисей алюминия и железа обладают амфотерными свойствами. Например, гидрат окиси алюминия при рН<6,5, т. е. в кислой среде, диссоциирует, как ще­лочь:

А1 (ОН)₃ ↔ А1(ОН)^-₂ + ОН^-;

А1 (ОН)₃ ↔ А1(ОН)²⁺ + 2 + ОН^-

А1 (ОН)₃ ↔ А1³⁺ + 3 ОН^-

Благодаря выходу из твердой фазы аномально по­движных ионов ОН^- частицы гидрата окиси алюминия приобретают положительные заряды, а отрицательные противоионы ОН^- образуют атмосферу диффузног о слоя. В щелочной среде при рН >7,5- гидрат окиси алюминия диссоциирует как кислота:

А1 (ОН)₃ ↔ Н⁺ + Н₂ А1₃^-

Благодаря выходу из твердой фазы аномально по­движных ионов Н⁺ частицы гидрата окиси алюминия приобретают отрицательные заряды, а положительные противоионы Н⁺ образуют атмосферу диффузного слоя. При значениях рН>8 гидрат окиси алюминия диссоции­рует практически полностью. А так как диссоциируют только молекулы электролитов, растворенных в воде, то можно считать, что при указанных значениях рН все молекулы гидрата окиси алюминия, диссоциирован­ные на ионы, полностью растворены в воде при пол­ном отсутствии в последней нерастворимых хлопьев А1(ОН)з.

При значениях рН в пределах 6,5—7,5 степень диссо­циации гидрата окиси алюминия минимальна; он нахо­дится в изоэлектричеоком состоянии и коллоидные ча­стицы его или заряжены незначительно, или вовсе не име­ют заряда и поэтому быстро коагулируют, слипаясь в хлопья. Одновременно с автокоагуляцией коллоидных частиц гидрата окиси алюминия происходит слипание их с частицами коллоидных примесей воды. Двойной элек­трический слой защищает частицы взвеси только от сли­пания между собой, но не препятствует слипанию их с частицами гидрата окиси алюминия, с помощью кото­рого только и происходит соединение разнородных ча­стиц в хлопья. Поэтому, для того чтобы процесс коагуля­ции шел достаточно быстро, необходимо вести его близко к изоэлектрической точке гидроокиси алюминия. В ди­стиллированной воде изоэлектрическая точка коагуляции коллоида А1(ОН)з, образующегося в результате гидро­лиза Al₂(SO₄)₃, близка к рН = 7,2. Наличие в воде, по­мимо Al₂(SO4)₃, других электролитов смещает изоэлектрическую точку коагуляции коллоида Аl(ОН)₃.

Приведенная выше реакция окисления гидрата заки­си железа в гидрат окиси железа в кислой и нейтраль­ной средах протекает медленно, и процесс коагуляции не завершается в очистных сооружениях. Так как при рН > 8 скорость этого процесса повышается, необходимо одновременно с введением в воду сернокислого железа добавлять щелочь, сочетая коагуляцию, например, с из­весткованием воды. В этом случае реакция образования гидрата окиси железа может быть изображена следующим образом:

4FeSO₄ + 4Ca (OH)₂ + O₂ + 2H₂O → 4Fe(OH)₃ 4CaSO₄

Независимо от применяемого коагулянта процесс ко­агуляции протекает не мгновенно, а требует для своего завершения некоторого промежутка времени. Установле­но, что в процессе укрупнения коллоидные частицы про­ходят стадии «скрытой», а затем «явной» коагуля­ции, сопровождаемые образованием хлопьев и осажде­нием их в осадок. Хлопья, образующиеся непосредствен­но после присадки коагулянта и не видимые простым глазом, постепенно соединяются в крупные комплексы, происходит помутнение воды, которое с течением време­ни усиливается, после чего образуются еще более круп­ные рыхлые хлопья, осаждающиеся на дно и увлекающие с собой все грубодисперсные загрязнения. Постепенное осаждение хлопьев сопровождается повышением про­зрачности воды.

Для ускорения процесса коагуляции применяются по­догрев коагулируемой воды до 30—40 °С и перемешива­ние ее, благодаря чему коллоидные частицы загрязнений и коагулянта испытывают более частые и сильные столк­новения, приводящие к их слипанию. Однако перемеши­вание не должно производиться слишком энергично, чтобы не раздробить образовавшихся хлопьев.

Повышение температуры сверх 40°С ухудшает эффект осветления вследствие более быстрого броуновского движения кол­лоидных частиц и торможения адсорбции их хлопьями. Процесс коагуляции в некоторых случаях может быть ускорен также при применении смеси коагулянтов FeCl₃ и Al₂(SO₄)_3. Для ускорения процесса коагуляции в по­следнее время все более широкое применение получает полиакриламид. Добавление полиакриламида в ко­агулируемую воду после образования хлопьев коагулян­та даже в очень малых дозах (0,5—2,0 мг/кг) значи­тельно укрупняет и утяжеляет хлопья коагулянта, что приводит к ускорению их осаждения и дает возможность повысить скорость подъема воды в осветлителях и их производительность. Полиакриламид выпускается в виде студнеподобной массы и применяется в виде раствора 0,1— 0,2% -ной концентрации.

Сернокислое железо как коагулянт имеет следующие преимущества по сравнению с сернокислым алюминием:

а) процесс коагуляции сернокислым железом не зависит от температуры воды и поэтому не требует ее подогре­ва;

б) скорость осаждения гидрата окиси железа выше, чем гидрата окиси алюминия, так как плотность гидрата окиси железа в 1,5 раз больше плотности гидрата окиси алюминия, что позволяет уменьшить продолжительность отстаивания и размеры осветлителей.

Несмотря на эти преимущества сернокислого железа, в прямоточных коагуляционных установках целесообразнее применять в качестве коагулянта сернокислый алюминий, не требу­ющий, как правило, подщелачивания воды при наличии достаточной для создания оптимального рН естествен­ной щелочности (карбонатной жесткости).

Выбор вида и эксплуатационной дозы коагулянта, а также дозы щелочного реагента и оптимальной вели­чины рН производится на основе результатов пробной коагуляции воды различными реагентами, проводимой в лабораторных условиях в характерные для источника водоснабжения периоды года.

Поиск по сайту: