Koagulacja wodna: zasada działania, cel stosowania

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-02 17:54

Koagulacja wody odnosi się do wstępnych fizycznych i chemicznych metod jej oczyszczania. Istota procesu polega na powiększeniu i wytrąceniu zanieczyszczeń mechanicznych lub substancji zemulgowanych. Technologia ta jest stosowana w nowoczesnych oczyszczalniach ścieków i uzdatniania wody.

Podstawy fizyczne

Koagulacja wody, czyli inaczej jej klarowanie, to proces, w którym małe cząstki w zawiesinie łączą się w większe konglomeraty. Przeprowadzenie tej procedury pozwala na usunięcie drobno zdyspergowanych zanieczyszczeń z cieczy podczas jej dalszego osadzania, filtrowania lub flotacji.

Aby cząstki "sklejały się", konieczne jest pokonanie sił wzajemnego odpychania się między nimi, które zapewniają stabilność roztworu koloidalnego. Najczęściej zanieczyszczenia mają słaby ładunek ujemny. Dlatego w celu oczyszczenia wody przez koagulację wprowadza się substancje o przeciwnych ładunkach. W efekcie cząstki zawiesin stają się obojętne elektrycznie, tracą wzajemne siły odpychania i zaczynają się sklejać, a następnie wypadają.w osadzie.

Użyte materiały

2 rodzaje odczynników chemicznych są używane jako koagulanty: nieorganiczne i organiczne. Z pierwszej grupy substancji najczęstsze są sole glinu, żelaza i ich mieszanin; sole tytanu, magnezu i cynku. Druga grupa obejmuje polielektrolity (melamino-formaldehyd, epichlorohydrindimetyloamina, polichlorodiallilodimetyloamon).

W warunkach przemysłowych ścieki są najczęściej koagulowane solami aluminium i żelaza:

• Chlorek glinu AlCl₃∙6H_2O;
• chlorek żelaza FeCl₃∙6H_2O;
• Siarczan Al 2_O;
• siarczan żelaza FeSO₄ 7H_2O;
• glinian sodu NaAl(OH)_{4 i inne.}

Koagulanty tworzą płatki o dużej powierzchni właściwej, co zapewnia ich dobrą zdolność adsorpcji. Doboru optymalnego rodzaju substancji i jej dawki dokonuje się w warunkach laboratoryjnych z uwzględnieniem właściwości cieczy przedmiotu leczenia. Do oczyszczania wód naturalnych stężenie koagulantów zwykle mieści się w zakresie 25-80 mg/l.

Praktycznie wszystkie te odczynniki należą do 3 lub 4 klasy zagrożenia. Dlatego obszary, w których są używane, muszą znajdować się w odizolowanych pokojach lub budynkach wolnostojących.

Miejsce docelowe

Proces koagulacji jest stosowany zarówno w systemach uzdatniania wody, jak i do czyszczenia przemysłowego iścieki domowe. Ta technologia pomaga zmniejszyć ilość szkodliwych zanieczyszczeń:

• żelazo i mangan - do 80%;
• syntetyczne środki powierzchniowo czynne - o 30-100%;
• ołów, chrom - o 30%;
• produkty naftowe – o 10-90%;
• miedź i nikiel - o 50%;
• zanieczyszczenie organiczne - o 50-65%;
• substancje radioaktywne - o 70-90% (z wyjątkiem trudno usuwalnego jodu, baru i strontu; ich stężenie można zmniejszyć tylko o jedną trzecią);
• pestycydy - o 10-90%.

Oczyszczanie wody przez koagulację, a następnie sedymentację pozwala zmniejszyć zawartość bakterii i wirusów o 1-2 rzędy wielkości, a stężenie najprostszych mikroorganizmów - o 2-3 rzędy wielkości. Technologia jest skuteczna przeciwko następującym patogenom:

• Wirus Coxsackie;
• enterowirusy;
• wirus zapalenia wątroby typu A;
• E. coli i jej bakteriofagi;
• torbiele Giardia.

Kluczowe czynniki

Szybkość i skuteczność koagulacji wody zależy od kilku warunków:

• Stopień miałkości i stężenia zanieczyszczeń. Zwiększone zmętnienie wymaga wyższych dawek koagulantu.
• Kwasowość środowiska. Oczyszczanie cieczy nasyconych kwasami humusowymi i fulwowymi przebiega lepiej przy niższych wartościach pH. Przy normalnym klarowaniu wody proces jest bardziej aktywny przy podwyższonym pH. Aby zwiększyć zasadowość dodaj wapno, sodę, sodę kaustyczną.
• Skład jonowy. W niskim stężeniumieszanina elektrolitów zmniejsza skuteczność koagulacji wody.
• Obecność związków organicznych.
• Temperatura. Wraz ze spadkiem zmniejsza się szybkość reakcji chemicznych. Optymalny tryb to ogrzewanie do 30-40 ° С.

Proces technologiczny

Istnieją 2 główne metody koagulacji stosowane w oczyszczalniach ścieków:

• W wolnej objętości. W tym celu stosuje się mieszalniki i komory flokulacyjne.
• Rozjaśnianie kontaktu. Najpierw do wody dodawany jest koagulant, a następnie przepuszczany jest przez warstwę materiałów ziarnistych.

Ostatnia metoda koagulacji wodnej jest najczęściej stosowana ze względu na następujące zalety:

• Wysoka prędkość czyszczenia.
• Mniejsze dawki koagulantów.
• Brak silnego wpływu współczynnika temperatury.
• Nie ma potrzeby alkalizowania płynu.

Proces technologiczny oczyszczania ścieków przez koagulację obejmuje 3 główne etapy:

1. Dozowanie i mieszanie odczynników z wodą. Koagulanty wprowadzane są do cieczy w postaci 10-17% roztworów lub zawiesin. Mieszanie w pojemnikach odbywa się mechanicznie lub poprzez napowietrzanie sprężonym powietrzem.
2. Tworzenie kłaczków w specjalnych komorach (kontaktowe, cienkowarstwowe, wyrzutowe lub recyrkulacyjne).
3. Osiadanie w osadnikach.

Sedymentacja ścieków jest bardziej wydajna w przypadku metody dwuetapowej, gdy najpierw przeprowadza się ją bez koagulantów, a następnie po oczyszczeniu chemicznymodczynniki.

Tradycyjne projekty baterii

Wprowadzenie roztworu koagulantu do uzdatnionej wody odbywa się za pomocą różnych typów mieszadeł:

• Rurowy. Wewnątrz rurociągu ciśnieniowego montowane są elementy statyczne w postaci stożków, przepon, śrub. Odczynnik jest dostarczany przez zwężkę Venturiego.
• Hydrauliczne: cloisonne, perforowane, wirowe, podkładka. Mieszanie następuje w wyniku wytworzenia turbulentnego przepływu wody przechodzącej wzdłuż przegród, przez otwory, warstwę zawieszonego osadu koagulującego lub wkładkę w postaci podkładki (membrany) z otworem.
• Mechaniczne (łopata i śmigło).

Połączenie z flotacją

Oczyszczanie ścieków przez koagulację jest trudne do kontrolowania ze względu na ciągłą zmianę jakości cieczy. Do stabilizacji tego zjawiska stosuje się flotację – oddzielanie zawieszonych cząstek w postaci piany. Razem z koagulantami do oczyszczonej wody wprowadzane są flokulanty. Zmniejszają zwilżalność zawiesin i poprawiają przyczepność tych ostatnich do pęcherzyków powietrza. Nasycenie gazem odbywa się w zakładach flotacyjnych.

Ta technika jest szeroko stosowana do koagulacji wody zanieczyszczonej produktami następujących branż:

• przemysł rafineryjny;
• produkcja włókien sztucznych;
• przemysł celulozowo-papierniczy, skórzany i chemiczny;
• inżynieria mechaniczna;
• produkcjajedzenie.

Wykorzystywane są 3 rodzaje flokulantów:

• pochodzenia naturalnego (skrobia, hydrolizowane drożdże paszowe, bagassa);
• syntetyczny (poliakrylamid, VA-2, VA-3);
• nieorganiczny (krzemian sodu, dwutlenek krzemu).

Substancje te umożliwiają zmniejszenie wymaganej dawki koagulantów, skrócenie czasu czyszczenia oraz zwiększenie szybkości osadzania się płatków. Dodatek poliakryloamidu nawet w bardzo małych ilościach (0,5-2,0 mg/kg) znacząco obciąża osadzanie się płatków, co zwiększa szybkość podciągania wody w osadnikach pionowych.

Metody intensyfikacji procesu

Poprawa procesu koagulacji wody odbywa się w kilku kierunkach:

1. Zmień tryb przetwarzania (ułamkowa, oddzielna, przerywana koagulacja).
2. Regulacja kwasowości wody.
3. Zastosowanie mineralnych środków zmętniających, których cząsteczki pełnią rolę dodatkowych ośrodków tworzenia konglomeratów, materiałów sorpcyjnych (glina, klinoptylolit, saponit).
4. Obróbka łączona. Połączenie koagulacji z namagnesowaniem wody, przyłożeniem pola elektrycznego, narażeniem na ultradźwięki.
5. Używanie mieszaniny chlorku żelazowego i siarczanu glinu.
6. Zastosowanie mieszania mechanicznego, które zmniejsza dawkę koagulantów o 30-50% i poprawia jakość czyszczenia.
7. Wprowadzenie utleniaczy (chlor i ozon).