Что такое коагуляция воды

Большой медицинский словарь . 2000 .

Смотреть что такое "коагулирование воды" в других словарях:

коагулирование — Обработка воды реагентами (коагулянтами), имеющая целью свертывание взвешенных и коллоидальных веществ воды в хлопья … Политехнический терминологический толковый словарь

Сточные воды — воды, загрязнённые бытовыми отбросами и производственными отходами и удаляемые с территорий населённых мест и промышленных предприятий системами канализации (См. Канализация). К С. в. относят также воды, образующиеся в результате… … Большая советская энциклопедия

Сточные воды — … Википедия

КОАГУЛИНЫ — КОАГУЛИНЫ, термин, имеющий различное значение. В химии свертывания крови он равнозначен фибрин ферменту, плазмозе и тромбину. Леб (Loeb) ввел его для обозначения освобождающихся в пат. условиях фибрин образующих веществ (тканевые К.). Эти К.… … Большая медицинская энциклопедия

Мазуринское озеро — Координаты: Координаты … Википедия

АМЕРИКАНСКИЕ ФИЛЬТРЫ — АМЕРИКАНСКИЕ ФИЛЬТРЫ, быстро работающие песочные фильтры, которые стали применять для очистки мутных речных вод в конце XIX в. в Америке, почему они и получили название А. ф. в отличие от медленно действующих песочных фильтров, известных под… … Большая медицинская энциклопедия

АНГЛИЙСКИЕ ФИЛЬТРЫ — АНГЛИЙСКИЕ ФИЛЬТРЫ. При водопроводах, берущих воду из рек, озер, прудов и нек рых других водоемов, обыкновенно устраиваются песочные фильтры англ. или америк. системы, через к рые очищают воду, прежде чем направить ее в водопроводную сеть. А. ф.… … Большая медицинская энциклопедия

ВОДОСНАБЖЕНИЕ — ВОДОСНАБЖЕНИЕ. I. Водоснабжение населенных мест. Цель и назначение водоснабжения. В. организованное и регулярное доставление массовому потребителю воды установл. качества и в определенном количестве, обеспечивающем с той или иной полнотой… … Большая медицинская энциклопедия

БАССЕЙНЫ — БАССЕЙНЫ. Различают обычно бассейны в отношении 1) гидрологии и 2) санитарной техники. В гидрологии отличают бассейны водосборные рек, а в санитарной технике (в водоснабжении и в канализации) бассейны отстойные. I. В. водосборным реви называется… … Большая медицинская энциклопедия

ОЗОНИРОВАНИЕ — ОЗОНИРОВАНИЕ, способ обработки воды или воздуха путем воздействия на них озона в целях обеззараживания и дезодорации. В сан. практике понятие О. связано гл. обр. с задачей обезвреживания питьевых вод путем уничтожения в них болезнетворных… … Большая медицинская энциклопедия

Коагуляция воды относится к предварительным физико-химическим способам ее очистки. Сущность процесса заключается в укрупнении и осаждении механических примесей или эмульгированных веществ. Эта технология используется на современных станциях очистки сточных вод и водоподготовки.

Физические основы

Коагуляция воды, или по-другому ее осветление, – это процесс, при котором происходит объединение мелких частиц, находящихся во взвешенном состоянии, в более крупные конгломераты. Проведение данной процедуры позволяет удалить тонкодисперсные примеси из жидкости при дальнейшем ее отстаивании, фильтровании или флотации.

Для того чтобы частицы «слиплись», необходимо преодолеть силы взаимного отталкивания между ними, которые обеспечивают стабильность коллоидного раствора. Чаще всего примеси обладают слабым отрицательным зарядом. Поэтому для очистки воды коагуляцией вводят вещества, имеющие разноименный заряд. В результате частицы взвесей становятся электрически нейтральными, лишаются сил взаимного отталкивания и начинают слипаться, а затем выпадают в осадок.

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:

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.

Читайте также:  Автомобильный реле регулятор напряжения

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.

Назначение

Процесс коагуляции применяется как в системах водоподготовки, так и для очистки промышленных и бытовых сточных вод. Эта технология помогает добиться уменьшения количества вредных примесей:

  • железо и марганец – до 80 %;
  • синтетические ПАВ – на 30-100 %;
  • свинец, хром – на 30 %;
  • нефтепродукты – на 10-90 %;
  • медь и никель – на 50 %;
  • органические загрязнения – на 50-65 %;
  • радиоактивные вещества – на 70-90 % (кроме трудноудаляемого йода, бария и стронция; их концентрацию удается сократить только на треть);
  • пестициды – на 10-90 %.

Очистка воды методом коагуляции с последующим отстаиванием позволяет снизить в ней содержание бактерий и вирусов на 1-2 порядка, а концентрацию простейших микроорганизмов – на 2-3 порядка. Технология эффективна в отношении следующих болезнетворных микробов:

  • вирус Коксаки;
  • энтеровирусы;
  • вирус гепатита А;
  • кишечная палочка и ее бактериофаги;
  • цисты лямблий.

Основные факторы

Скорость и эффективность коагуляции воды зависят от нескольких условий:

  • Степень дисперсности и концентрация примесей. Повышенная мутность требует введения более высоких доз коагулянта.
  • Кислотность среды. Очистка жидкостей, насыщенных гуминовыми и фульфовыми кислотами, лучше происходит при более низких значениях водородного показателя. При обычном осветлении воды процесс идет более активно при повышенном pH. Для увеличения щелочности добавляют известь, соду, едкий натр.
  • Ионный состав. При малой концентрации смеси электролитов эффективность коагуляции воды снижается.
  • Наличие органических соединений.
  • Температура. При ее снижении уменьшается скорость химических реакций. Оптимальным режимом является подогрев до 30-40 °С.

Технологический процесс

Существует 2 основных метода коагуляции, применяемых на водоочистных сооружениях:

  • В свободном объеме. Для этого используют смесители и камеры хлопьеобразования.
  • Контактное осветление. Предварительно в воду добавляют коагулянт, а затем пропускают ее через слой зернистых материалов.

Последний способ коагуляции воды получил наибольшее распространение ввиду следующих преимуществ:

  • Высокая скорость очистки.
  • Меньшие дозы коагулирующих веществ.
  • Отсутствие сильного влияния температурного фактора.
  • Нет необходимости в подщелачивании жидкости.

Технологический процесс очистки сточных вод коагуляцией включает 3 основных этапа:

  1. Дозирование реагента и его смешивание с водой. Коагулянты вводят в жидкость в виде 10-17 % растворов или суспензий. Перемешивание в емкостях осуществляется механическим способом или путем аэрации сжатым воздухом.
  2. Хлопьеобразование в специальных камерах (контактных, тонкослойных, эжекционных или рециркуляционных).
  3. Осаждение в отстойниках.

Отстаивание сточных вод эффективнее при двухступенчатом способе, когда вначале оно проводится без коагулянтов, а затем – после обработки химическими реагентами.

Традиционные конструкции смесителей

Введение раствора коагулянтов в обрабатываемую воду производится с помощью различных типов смесителей:

  • Трубчатые. Внутри напорного трубопровода устанавливают статические элементы в виде конусов, диафрагм, винтов. Реагент подается через трубку Вентури.
  • Гидравлические: перегородчатые, дырчатые, вихревые, шайбовые. Перемешивание происходит за счет создания турбулентного потока воды, проходящего вдоль перегородок, через отверстия, слой взвешенного коагулирующего осадка или вставку в виде шайбы (диафрагмы) с отверстием.
  • Механические (лопастные и пропеллерные).

Совмещение с флотацией

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

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

  • нефтеперерабатывающая промышленность;
  • производство искусственного волокна;
  • целлюлозно-бумажная, кожевенная и химическая промышленность;
  • машиностроение;
  • производство пищевых продуктов.
Читайте также:  Как сделать мусорный контейнер своими руками

Применяют флокулянты 3 типов:

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

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

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).

Вещества, находящиеся в растворах в мелкодисперсном и эмульгированном состоянии, удалять сложно. Инородные частицы имеют очень маленькие размеры, окружены большим количеством молекул воды, частично прикреплены к ним.

Выделить такие вещества позволяют методы, основанные на использовании законов физической химии, одним из которых является коагуляция. Процесс изменяет межмолекулярные связи в системе, способствует укрупнению частиц примесей, отделению их от растворителя.

Принцип метода и его применение

В сточных водах имеются как коллоидные частицы, размеры которых не превышают 0,1 мкм, так и мелкодисперсные структуры с диаметром до 10 мкм, а также более крупные образования.

Последние компоненты легко удаляются механической очисткой. Мелкие крупицы грязи имеют определенный заряд, окружены гидратной рубашкой, стабилизирующей взвешенное состояние, поэтому удалять их нелегко.

При коагуляции заряд молекул насильственно изменяют добавлением легко ионизирующихся соединений — коагулянтов.

Слипанию подлежат как однородные частицы, тогда процесс называется гомокоагуляцией, так и разнохарактерные молекулы, в этом случае явление называется гетерокоагуляцией.

Укрупнение примесных соединений вызывается добавлением коагулянтов, стимулируется одним из следующих способов:

  • перемешиванием;
  • тепловым воздействием:
  • влиянием внешнего силового поля.

В повсеместной практике для очистки сточных вод, основанной на коагуляции, применяют перемешивание компонентов гетерогенной системы.

Это наименее затратный, достаточно эффективный вариант обеспечения слипания загрязняющих частиц.

Коагуляция проводится в свободном пространстве специальных камер, предназначенных для образования хлопьев, либо контактным образом в зернистой массе специальных наполнителей, например песка.

Интенсивность слипания частиц зависит от:

  • их вида;
  • строения;
  • концентрации;
  • количества других разнохарактерных примесей;
  • электролитов в сточной воде;
  • значения ее рН.

В некоторых случаях образование рыхлых хлопьевидных осадков происходит под действием флокулянтов. Модификация коагуляции, при исполнении которой применяются такие реагенты, называется флокуляцией.

Как основной метод коагуляции, так и его разновидности применяются для очистки стоков в:

  • химической;
  • фармацевтической;
  • целлюлозно-бумажной;
  • пищевой;
  • текстильной промышленности.

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.

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.
Читайте также:  Чем клеить малярный стеклохолст

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.

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.

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.

Коагулянты

Коагулирующее действие на примеси в сточных водах оказывают, прежде всего:

  • сульфаты;
  • хлориды алюминия;
  • железа в разных валентностях;
  • оксихлорид алюминия;
  • натриевая соль алюминиевой кислоты.
  • глины;
  • производственные отходы с алюминиевыми или железными компонентами;
  • оксидом кремния.

Часто для увеличения щелочности среды, способствующей склеиванию частиц, в раствор добавляют гидроксиды натрия или калия, соду, известь.

Видео по теме

Предлагаем посмотреть видео с наглядным изображением очистки воды методом коагуляции:

Заключение

Коагуляция в традиционном или модифицированном исполнении – это эффективный способ очистки сточных вод от примесей, находящихся в мелкодисперсном или эмульгированном состоянии.

Затраты на реализацию метода невелики, они могут существенно уменьшаться при использовании недорогих реагентов, а в лучшем случае – отходов или побочных продуктов производств.

Оставить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *