Как правильно использовать коагулянты для очистки воды

Флокулянты

Для повышения эффективности очистки стоков после процесса коагуляции применяют флокулянты. Они образуют агрегаты путем адсорбции нескольких частиц на макромолекуле флокулянта в виде трехмерных структур, причем большая молекулярная масса флокулянта создает мостики между макромолекулами и укрупняет образующиеся хлопья. Такие структуры способствуют интенсивному разделению жидкой и твердой фазы.

Флокулянты различают по нескольким категориям:

происхождение (неорганические, органические);
способ получения (природные, синтетические);
агрегатное состояние (твердые, жидкие);
тип группы (анионные, катионные, неионогенные).

Для удаления частиц органического происхождения необходимы катионные флокулянты. Принцип действия состоит в образовании прочных связей между анионами примесей и катионами полимера.

Для неорганических примесей применяют анионные флокулянты, которые притягивают противоположные по заряду частицы загрязнений и образуют между ними прочные молекулярные цепочки.

Неионогенные флокулянты не имеют заряда и взаимодействуют с атомами с образованием водородных и других неионных связей.

В качестве неорганического флокулянта используется активная кремниевая кислота. Соединение является неустойчивым и хранится не более недели, поэтому готовить коагулянт рекомендуется непосредственно перед применением. Является анионным полиэлектролитом.

В сооружениях очистки сточных вод применяют чаще синтетические флокулянты, так как существует возможность модификации свойств получаемых флокулянтов, их пространственной структуры, химического состава и молекулярной массы.

Синтетические флокулянты различают по химическому составу (табл. 1):

Таблица 1. Синтетические флокулянты

Вид флокулянта	Эмпирическая формула	Электрический заряд	Молекулярная масса, млн

Полиамин	(C_aH_bN_cO_dCl_e)_n, где а, b, с, d и е-переменные, определяемые используемыми реагентами и их молярным соотношение	Катионный полиэлектролит	от 0,01 до 1
Полидиметилдиаллиламмоний хлорид (ПДАДМАХ)	(C₈H₁₆NCl)_n	Катионный полиэлектролит	от 0,01. до 1
Полиакриламид (Неионный ПАА)	(C₃H₅NO)_х , где: х – переменная в зависимости от продукта	Неионный полиэлектролит	1-20
Полиакриламид (Анионный ПАА)	(C₃H₅NO) х (С₃Н₃О₂А)_у, где: А – положительный ион; х и у – переменные в зависимости от продукта	анионный полиэлектролит	1-20
Полиакриламид (Катионный ПАА), сополимеры акриламида и катионного акрилового мономера	(C₃H₅NO)_x – (С_аН_bN_cO_dA)_y – где: А – отрицательный ион; х и у – переменные в зависимости от катионного мономера	катионный полиэлектролит	3-15
Гуанидиновый полимер	(CH₅N₃)_n	катионный полиэлектролит	0,01 – 0,03

Синтетические флокулянты поступают на рынок под фирменными торговыми марками, поэтому схожие по химическому составу флокулянты подчас имеют разную маркировку.

Условия для протекания процесса

Максимальная эффективность очистки сточных вод достигается путем комплексного подхода решения проблемы. Поэтому при обустройстве автономных очистных сооружений коагуляцию применяют в комплексе с механической и биологической очисткой.

Для этого возводят конструкции, состоящие из вертикальных отстойников, разделенных перегородками. Благодаря этому стоки проходят многоступенчатую очистку. Сначала они отстаиваются, затем очищаются путем переработки бактериями, после чего поступают в камеру, где вступают в процесс коагуляции и на завершающем этапе фильтруются.

Коагулянт может располагаться в отдельном пластиковом контейнере, подвешенном в чаше унитаза, благодаря чему при каждом смыве частички реагента попадают вместе со стоками в систему

Установку специализированного оборудования, расчет примерной дозы расходных материалов и первоначальный контроль на всех этапах за процессом очистки стоков лучше поручить профессионалам.

Схема коагуляции включает три основных этапа:

Внесение коагулянта в загрязненную жидкость.
Создание условий для максимального взаимодействия действующего реагента с примесями.
Отстаивание с последующей фильтрацией осевших частиц.

Необходимым условием протекания коагуляции является равенство частиц с противоположным зарядом

Поэтому, чтобы обеспечить достижение желаемого результата, получив наибольшее снижение мутности стоков, так важно соблюдать концентрацию используемого реагента

При использовании коагулянтов для очистки сточных вод следует учитывать, что эти вещества работают только при плюсовой температуре.

Рабочий диапазон реагентов варьируется в пределах от 10 до 40°С, и в случае превышения температуры выше этого показателя реакция начинает протекать намного медленнее

Поэтому так важно обеспечивать стабильность прогрева обрабатываемой воды. Для ускорения процесса коагулирования в состав воды можно добавлять вещества, способные образовывать коллоидные дисперсионные системы – флокулянты

Для этой цели чаще всего используют: крахмал, полиакриламид, активированный силикат. Они будут адсорбироваться на хлопьях коагулянта, превращая их в более прочные и крупные агрегаты

Для ускорения процесса коагулирования в состав воды можно добавлять вещества, способные образовывать коллоидные дисперсионные системы – флокулянты. Для этой цели чаще всего используют: крахмал, полиакриламид, активированный силикат. Они будут адсорбироваться на хлопьях коагулянта, превращая их в более прочные и крупные агрегаты.

Флокулянт вводят в зону контактной среды спустя 1-3 минуты с момента ввода коагулянта. К этому времени процессы образования микрохлопьев и следующая за ними сорбция осаждающих веществ завершаются.

Количество осадка, выпадающего в контактных резервуарах, зависит от типа используемого реагента и степени предварительной очистки подлежащих обработке стоков.

В среднем после механической очистки объем осадка из расчета на одного человека в сутки составляет порядка 0,08 литра, после прохождения биофильтров – 0,05 л, а после обработки в аэротенке – 0,03 литра. Его необходимо лишь вовремя удалять по мере наполняемости резервуара.

Коагулянты – что это?

Коагуляция представляет собой соединение взвешенных микрочастиц в один крупный элемент и превращение его в хлопья. Этот процесс помогает вывести из воды различного рода мусор, видимый или нет, тяжелые металлы, а также вредные биологические компоненты.

Коагулянт собирает грязь в хлопья

Выпускается в порошковом, жидком и брикетированном виде. Последний вариант подходит только для профилактических мер, брикетами не чистят бассейн полностью, они выступают в роли помощников системам фильтрации.

Причины, из-за которых стоит прибегнуть к коагулянтам:

Мутная вода
Неприятный запах
Раздражение глаз во время купания
Сковывание кожи после посещения бассейна

Если у вас есть хотя бы один неприятный фактор из всех перечисленных, то данная статья будет действительно актуальной и полезной.

Топ- 3 производителя средств для флокуляции

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

Besfloc (Бесфлок)

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

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

Преимущественно используются в качестве доочистки после применения коагулянтов.

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

Zetag (Зетаг)

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

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

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

Praestol (Праестол)

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

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

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

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

Критерии выбора

В зависимости от назначения реагент для воды выбирают по следующим параметрам:

Форма средства. Жидкие реагенты удобны в применении, т. к. продаются уже в разведенном виде. Но на порошкообразном препарате можно сэкономить.
Тип вещества. Для глубокого очищения питьевой воды наилучший выбор – органика. Неорганические реагенты чаще используют для обработки стоковых вод, бассейнов и других искусственных водоемов.

Рассмотрим, какой коагулянт лучше выбрать для обработки определенной жидкой среды:

Питьевая вода. Самый эффективный реагент − оксихлорид алюминия Al2(OH)3CI3, который эффективно кондиционирует и очищает питьевую воду. Имеет вид кристаллического желтого порошка. Также хорошо себя зарекомендовали препараты на основе хлорного железа FeCl3. Такие продукты отлично блокируют запахи, справляются с сероводородом.
Сточные воды. Среди потребителей спросом пользуется Аква-Аурат 30 – препарат на базе полиоксиалюминиум хлорида.
Бассейн и искусственные водоемы. Предпочтение лучше отдать следующим средствам: полиоксиалюминиум хлорида (органика), сульфат алюминия (неорганический компонент).

Подбирая реагент для очищения стоковых вод, рекомендуется изучить справочную литературу или получить консультацию профессионала, работающего в сфере водоочистки.

Внимание! Коагулянты относятся к классу специфических субстанций. В одном процессе очищения они выводят из воды только вредные элементы, в другом – усиливают свое действие и могут полностью обезжелезить воду, то есть сделать ее излишне мягкой.

Принцип действия

Частицы, находящиеся в воде во взвешенном состоянии, окружены водной пленкой с заряженными ионами.

Данная особенность не дает им контактировать между собой. Для нейтрализации заряда и скорейшего осаждения как раз и используются флокулянты.

Зная состав воды и сферу ее дальнейшего применения, выбирают положительно, отрицательно либо нейтрально заряженные реагенты.

Процесс флокуляции происходит в два этапа:

Адсорбция действующего вещества на поверхности частиц.
Формирование флокул (грязевых хлопьев).

Флокулянты обладают значительным молекулярным весом и имеют длинную полимерную структуру, за счет чего происходит образование своеобразных мостиков и разрушение водно-солевой оболочки.

Попадая в воду, способствуют склеиванию и объединению загрязняющих частиц. Соединения становятся более тяжелыми, плотными и начинают увеличиваться в размерах, давая возможность фильтрующим системам уловить их.

Флокулянты могут быть как массового, так и частичного действия. При необходимости провести осаждение только определенной группы веществ, применяется избирательная флокуляция. Востребован метод при необходимости разделить тонкие неорганические взвеси, а также для улучшения эффективности обогащения.

Принцип работы коагулянтов

Коагуляция – метод очистки воды путем сцепления загрязняющих дисперсных веществ для последующего удаления механическим методом, фильтрацией. Объединение загрязняющих частиц происходит благодаря введению коагулирующих реагентов, создающих условия для простейшего устранения связанных загрязнителей из очищаемой воды.

Термин «coagulatio» в переводе с латинского обозначает «сгущение» или «свертывание». Сами коагулянты представляют собой вещества, способные за счет химической реакции создавать нерастворимые и малорастворимые соединения, которые проще и легче вывести из состава воды, чем дисперсные компоненты.

Галерея изображений Фото из Коагулянты относятся к группе жидких фильтров — веществ, способных очищать воду в ходе химической реакции

При внесении коагулянов в подлежащую обработке грязную воду примеси органического и неорганического происхождения нейтрализуются посредством образования гелеобразного осадка и выпадения на дно

Внесение коагулянтов в септические системы позволяет ускорить процесс осаждения примесей, повышает степень очистки воды, благодаря чему стоки можно сбрасывать без применения систем подземной доочистки

Активное применение коагулянты нашли на предприятиях химической и пищевой промышленности, где их внедрение в технологическую цепочку существенно сокращает расходы по утилизации стоков

Кроме внесения в очистные сооружения независимой канализации коагулянты в быту служат для очистки воды в декоративных прудах и фонтанах

Вода с внесенным коагулянтом не цветет при постоянном освещении, при этом не наносит ущерба окрущающей среде и создает угроз экологической обстановке

Обработка воды коагулянтом в бассейне гарантирует возможность сброса воды на рельеф без использования септика. Главное, вовремя убрать осадок

Коагулянты допускается применять для подготовки питьевой воды и воды для наполнения аквариумов, т.к. они нейтрализуют только вредные вещества, не влияют на полезный состав

Вещества для химической фильтрации

Принцип действия коагулянтов по очистке воды

Использование в независимых очистных сооружениях

Использование на промышленных предприятиях

Сфера применения в бытовых условиях

Предупреждение цветения воды

Приготовление раствора для бассейна

Очистка воды для аквариумов

Принцип работы веществ построен на том, что их молекулярная форма имеет положительный заряд, в то время как большинство загрязнений – отрицательный. Присутствие двух отрицательных зарядов в строении атомов грязных частиц не позволяет им соединяться вместе. По этой причине грязная вода всегда приобретает мутность.

В момент внесения в жидкость небольшой порции коагулянта вещество начинает подтягивать к себе присутствующие в ней взвеси. Как результат: с увеличением интенсивности рассеиваемого света жидкость на короткий промежуток времени становится более мутной. Ведь одна молекула коагулянта с легкостью может притянуть к себе несколько молекул грязи.

Коагулянты провоцируют образование устойчивых связей между мелкими частицами загрязнений и присутствующих в воде микробов

Притянувшиеся молекулы грязи начинают вступать с коагулянтом в реакцию, вследствие которой объединяются в большие сложно-составные химические соединения. Малорастворимые высокопористые вещества постепенно оседают на дно в виде белого осадка.

Задача хозяина состоит лишь в том, чтобы вовремя убирать осадок, применяя любой из доступных ему типов фильтрации.

Молекулы, притягивающиеся друг к другу, образуют крупные частицы, которые за счет своего увеличившегося веса оседают, а затем выводятся путем фильтрации

Об эффективности действия препарата можно судить по образованию на дне осадка в виде белых хлопьевидных образований – флокул. Благодаря этому термин «флокуляция» нередко используют в качестве синонима понятия «коагуляция».

Образующиеся хлопья, размер которых может достигать от 0,5 до 3,0 мм, имеют большую поверхность, обладающую высокой сорбцией осаждаемых веществ

Коагулянты

Сточные воды некоторых производств содержат большое количество коллоидных веществ и являются по сути коллоидным раствором. Коллоидные частицы создают мутность и цветность сточной жидкости и не могут быть удалены ни отстаиванием, ни фильтрацией.

Для осаждения коллоидных частиц в очищаемый раствор вводят коагулянты.

Сульфат алюминия: неочищенный/очищенный Al₂(S0₄)₃⋅18Н₂0

При обработке сточных вод сульфатом алюминия происходит гидролиз, в результате которого образуются гидроокиси алюминия и основные сульфаты. Коллоидные частицы загрязнений захватываются гидроксидом алюминия и образуют хлопья в виде геля.

Наибольшая эффективность гидроксида наблюдается при рН 6,5 – 7,5. Если рН имеет низкие значения, то образуются слаборастворимые основные соли, если высокие, то образуются алюминаты. Температура воды ниже 4о С приводит к ускорению гидратации гидроксида алюминия, что замедляет процесс коагуляции.

При использовании сульфата алюминия не требуется дополнительного оборудования для приготовления реагента, так же благодаря своей товарной форме он удобен в транспортировке.

Оксихлорид алюминия (ОХА) Al₂(ОН)_nСl_6-n

В процессе коагуляции с использованием ОХА образуются мономерные, полимерные или аморфные агрегаты благодаря наличию поверхностной кислотной оболочки. Это повышает интенсификацию очистки стоков от взвесей и металлов. Высокая способность к полимеризации ускоряет образование хлопьев и их осаждение.

Преимущества:

оксихлорид алюминия работает в широком диапазоне рН и не снижает щелочность воды, что позволяет отказаться от щелочных реагентов;
не снижает своей эффективности при низких температурах;
незначительное остаточное содержание алюминия не требует дополнительной очистки;
небольшой расход коагулянта.

Алюминат натрия NaAlO₂

В сточных водах алюминат натрия снижает значения рН путем взаимодействия с молекулами воды и образованием тетрагидроксоалюмината натрия. Натриевая соль алюминиевой кислоты при гидролизе образует гидроксид натрия в достаточном количестве, поэтому нет необходимости в подщелачивании очищаемой жидкости.

Нерастворимый гидроксид алюминия выпадает в осадок.

Эффективным методом коагулирования является совместное использование алюмината натрия с сульфатом алюминия. Поливалентные катиона алюминия нейтрализуют отрицательно заряженные частицы загрязнений, а ионы алюминия воздействуют на частицы с положительным зарядом. Это позволяет снижать цветность сточной воды.

Алюминат натрия легко осаждает ионы магния, что позволяет использовать его для смягчения жесткой воды.

Хлорное железо FeCl₃· 6Н₂О

Процесс коагуляции основан на гидролизе хлорида железа с образованием малорастворимого гидроксида железа. При гидролизе захватываются частицы загрязнений, формирующие рыхлые хлопья. Хлопья имеют высокую сорбционную способность и включают в себя микроорганизмы растительного и животного происхождения, коллоидные частицы, ионы металлов.

При применении хлорного железа в качестве реагента ускоряется процесс осаждения шлама и облегчается его биохимическое разложение.

Хлорированный железный купорос Fe₂(SO₄)₃+ FeCl₃

Хлорированный железный купорос не дает отложений при низких температурах, создает равномерное осаждение хлопьев и эффективное осветление воды.

Сульфаты железа (II) и (III) Fe₂(S0₄)₃· 2Н₂О

Сульфаты железа работают в диапазоне рН 3,5–6,5 или 8,0–11,0 и при низких температурах. Но при введении в раствор необходима точная дозировка, иначе при избытке коагулянта повышается содержание катионов и соединений железа.

Для повышения эффективности коагуляции сульфат железа используют вместе с сульфатом алюминия, что повышает скорость отстаивания. Вводят коагулянты последовательно или предварительно смешивая.

Железный купорос FeSO₄·7Н₂О

При применении железного купороса необходимо создать условия значений рН 10,5 – 13,5, так как при рН менее 8 процесс коагуляции протекает медленно, происходит неполное осаждение гидроксида железа и снижается эффективность коагуляции. Поэтому перед введением коагулянта очищаемую воду известкуют или хлорируют. Это создает сложности при очистке стоков и повышает ее стоимость.

Виды и правильный выбор средства

Активными компонентами в составе вещества являются органические и неорганические связующие элементы. Также в качестве основы на их производство используется сульфат, хлорид или полиокси-сульфат алюминия (Al), магния (Mg), железы (Fe) или титана (Ti).

На упаковке состав средства указывается на латинском языке, наименование препарата обычно дублирован с его латинским названием. Состав вещества может быть указан на тыльной стороне упаковки или в приложенной инструкции препарата.

Органические элементы с эффектом коагуляции

Более популярные виды коагулянтов содержат в своем составе полиоксихлорид алюминия (polaluminium-chloride), его также называют – гидрохлоридом (hydrochloride). По сравнению с неорганическими реагентами, полиоксихлорид алюминия обладает следующими преимуществами:

эффективность и экономичность: высококачественная очистка с применением меньшего количества реагента;
после обработки коагулянтом на воде наблюдается минимальное содержание остатков активного вещества – алюминия, что и не требует часто сменять воду в бассейне;
эмульсия более интенсивно превращается в хлопья, а это сокращает время отстаивания;
остатки солей в сниженном уровне: нет необходимости часто заменять воду;
сохранение эффекта достаточно долго даже при низкой температуре.

Попадание реагента в грунтовую породу не приводит к нарушению его структуры, это означает, что он не влияет на природный баланс почвы. Быстрорастворимое средство не требует долгого перемешивания с водой.

Средство является высокоэффективным, поэтому нет необходимости использовать дополнительные препараты с аналогичным действием.

Рекомендации к применению:

на руках нужно надевать перчатку, чтобы средство не раздражала кожный покров;
можно использовать респиратор.

Коагуляция со средствами содержащие неорганические реагенты

Эффективные средства с неорганическими элементами обычно содержат в составе:

титановый диоксид (titanium dioxide);
сульфат алюминий (aluminum-sulfate);
сульфат железы (ferrous sulphate).

Диоксид титана обладает более высоким показателем очистки и бактерицидным свойством. Поэтому после применения не требуется дополнительное хлорирование. С его участием уменьшается период отстаивания и благодаря этому свойству он несравним с другими реагентами.

Производством диоксид титана занимаются как за рубежом, так и в Российской Федерации. Реагент можно покупать у поставщиков. В качестве недостатка, стоит отметить высокую цену. После очищения этим средством воду можно даже пить

А в качестве аналогов с доступной стоимостью, можно обращать внимание на средства, содержащие алюминий

Алюминиевый сульфат несложно использовать, т.к., он быстро растворяется в воде и не требует время для отстаивания. Но, этот препарат довольно чувствителен к преобладанию щелочи и кислотности в воде. Поэтому нужно пользоваться тестером и держать нейтральный уровень до рН 6.5-7.5. В противном случаи, препарат теряет эффективность. К тому же, его не рекомендуется применять в периоде осени или весны, т.к. он чувствителен к температурным перепадам.

В отличие от гидрохлорида, в воде он высвобождает соль в максимальном количестве, в результате чего повышается уровень pH. Поэтому требуется регулярно выравнивать консистенцию соли или часто сменять воду в бассейне, чтобы нормализовать pH. Также необходимость замены воды возникает из-за того, что в ее составе увеличивается алюминий в результате действия реагента.

Сульфат железа нейтрализует загрязнения маслянистого происхождения, устраняет неприятный запах сероводорода и ликвидирует частицы тяжелых металлов. Эти свойства препарата позволяют высоко оценивать его, по сравнению с реагентами на основе алюминия. В воде реагент не растворяется полностью, наблюдаются осадки до 1% от общей массы химического элемента.

При покупке средств очищения воды в бассейне, нельзя упускать из виду целостность упаковки. Потому что некоторые химические соединения вступают в реакцию с кислородом, в результате чего происходит активное окисление реагентов. Данная характеристика особенно свойственна железосодержащим препаратам.

Реагенты производятся и в виде жидкой смеси. Это является готовым раствором для комфортного применения. Но, стоимость их может быть немного высокой. Поэтому выгодно покупать порошковые средства. Они имеют бюджетную цену и пригодны для длительного применения. Также в качестве экономичного варианта можно отметить картриджи, заправленные реагентами. Перед использованием картридж устанавливают в фильтрационный насос.