КОАГУЛИРОВАНИЕ

Коагулирование - один из наиболее распространенных методов очистки природных и сточных вод от вредных примесей. В основе его лежит коагуляция коллоидных и суспензированных загрязнений под действием коагулянтов и флокулянтов. Коагулирование включает в себя следующие операции и процессы: добавление к воде (дозирование) коагулянта (флокулянта), смешение его с водой, хлопьеобразование и отделение хлопьев коагулированных частиц в осадок. Первые эксперименты по коагулированию воды были проведены в 1927, однако массовое применение коагулирования в технологии очистки воды началось в 80-х годах прошлого столетия. Малорастворнмые продукты гидролиза коагулянтов, взаимодействуя с частицами загрязнений воды, снижают степень их агрегативной устойчивости и формируют вместе с ними коагуляционную структуры — хлопья. Сначала образуются микрохлопья (30—1OO MKM), затем хлопья (0,3—3 мм), различимые невооруженным глазом. Площадь поверхности твердого вещества в хлопьях находится в пределах 200—600 м2/г, а степень структурно-механической гидратации, то есть отношения объема жидкой фазы к объему твердой, достигает тысячи единиц. Полнота выделения хлопьев коагулированных взвешенных веществ в осадок зависит от свойств хлопьев, важнейшими из которых являются плотность, прочность и адсорбционная способность. По данным экспериментальных исследований плотность составляет 1,01— 1,1 г/см в зависимости от содержаний механических примесей в обрабатываемой воде и дозы коагулянта. Прочность хлопьев характеризуется предельным напряжением сдвиге 3—20 мг/см . Хлопья способны адсорбировать и хемосорбирошть молекулы и макромолекулы минеральных и органических веществ. В частности, удельная сорбция гуминовых веществ, окрашивающих природную воду, на продуктах гидролиза алюминия может достигать 15 мг на 1 мг А1 . При этом 1 мг-экв/л АL(ОН)3 снижает цветность воды на 30—100 град, платино-кобальтовой шкалы. Наряду с жидкой и твердой фазами хлопья коагулированных взвешенных веществ содержат пузырьки газов (воздуха, углекислоты), способных резко уменьшить скорость их осаждения в отстойниках и осветлителях воды и даже вызвать флотацию природных и сточных вод. Важнейшим свойством хлопьев является их способность к тиксотропной обратимости, то есть к самопроизвольному восстановлению после механического разрушения, вызванного, например, интенсивным перемешиванием воды. Однако по мере старения структуры, с развитием кристаллизационных процессов, тиксотропия постепенно утрачивается.
Различают в основном два механизма процессов, происходящих при очистке воды коагулянтами: нейтрализация заряда частиц загрязнений и их обволакивание. Первый характерен большей частью для мутных вод, второй — для вод малой и средней мутности (менее 200 мг/л). Оптимальное значения рН составляют в обоих случаях 5,5—7,5. Наилучшее обесцвечивание достигается в узкой области оптимума рН: для сернокислого алюминия — 4,5-6,2, для хлорного железа — 3,5—5. Оптимальным условиям коагулирования и формирования хорошо отделяющихся в осадок хлопьев соответствует оптимальная доза коагулянта, зависящая от температуры воды, солевого состава, концентрации твердой фазы, наличия мешающих примесей и так далее.
Дозы коагулянтов и вспомогательных реагентов выбирают путем пробного коагулирования образцов воды в лабораторных условиях. При правильной организации коагулирования на ряду с удалением из воды дисперсных примесей происходит частичная или полная очистка воды от некоторых истиннорастворных примесей, способных химически взаимодействовать с катионами А1 и Fe и продуктами их гидролиза — ПАВ, фосфатов, пестицидов, радиоактивных изотопов. В процессе коагулирования из воды эффективно удаляются планктон, водоросли, бактерии, вирусы. Коагулирование хорошо сочетается с другими способами обработки воды (например, окислением, природными и искусственными сорбентами). Для интенсификации коагулирования воды, которое особенно необходимо как способ повышения ее качества на перегруженных очистных сооружениях, используют реагентные и безреагентные методы. К числу первых относится применение флокулянтов и замутнителей; к числу вторых — создание наиболее благоприятных условий перемешивания коагулянтов с водой (в том числе пневматического перемешивания); подогрев воды; использование рацион, способов дозирования коагулянтов; рециркуляция осадка. При обработке коагулянтами маломутных вод процесс хлопьеобразования протекает вяло, а вода, выходящая из очистных сооружений, содержит в недопустимых количествах остаточные алюминий и железо. Хлопьеобразование можно интенсифицировать путем добавления к воде минеральных замутнителей, частицы которых играют роль дополнительных центров хлопьеобразования, утяжеляют хлопья и повышают степень очистки воды за счет протекающих на их поверхности сорбционных процессов. Наиболее распространенные замутнители — глины, чаще всего бентонитовые и каолиновые. Иногда применяют тонкоизмельченный карбонат кальция, соли бария, магнетитовый порошок, золы, цемент и другие замутнители. Хлор и другие окислители, разрушая гидрофильные органические соединения, облегчают условия протекания коагуляции. Особенно эффективно предварительное хлорирование при обработке цветных вод: наряду с экономией коагулянтов происходит частичное или полное удаление из воды вредных для здоровья тригалогенметанов — продуктов взаимодействия хлора с органического компонента. Подбор наиболее рациональных способов дозирования коагулянтов основан на максимальном использовании каталитических эффектов. В зависимости от качества исходной воды и вида коагулянта (флокулянта) может быть применен один из следующих способов. Фракционированное, или дробное коагулирование, — когда потребное количество коагулянта добавляют к воде не одной, а двумя-тремя последовательными порциями. Концентрированное коагулирование,— когда все потребное количество коагулянта вводят лишь в часть обрабатываемой воды (с последующим смешением с основным потоком). Прерывистое, или периодическое коагулирование, при котором происходит чередование периодов подачи в обрабатываемую воду нормальных или увеличенных доз коагулянта и полного прекращения коагулирования. Возможно сочетание перечисленных способов ввода коагулянта.