Коагулянт для очистки сточной воды - принцип действия, виды, выбор

Очистные сооружения

Для переработки стоков, относящихся к бытовому типу, применяются комплексные сооружения, к элементам которых относятся:

отстойники, в них происходит расслоение взвешенных частиц. Те, что с большим удельным весом, выпадают виде осадка. Инородные элементы, которые легче жидкости, уходят в поверхностные слои;

Очистные станции

песколовки, они выполняют роль фильтра, в котором собираются примеси, не поддающиеся растворению, например, песок, битое стекло, шлаки и т.д.;
решетки, их назначение улавливать содержащийся в стоках крупноразмерный мусор, например, ветошь, полиэтиленовые кульки или ветки.

В быту широко применяются септики, по сути они представляют собой мини отстойники. Для улучшения их результативности используются специальные биопрепараты, называемые антисептиками. Они содержат в своем составе различные виды микроорганизмов, способствующих разложению выпадающей в осадок органики.

Чтобы очистить отстойник при его заполнении илом, используется насос, эту процедуру достаточно выполнять один раз в несколько лет.

Видео: Как чистят сточные воды.

Аэротенк несколько отличается по принципу действия от отстойника, схема его работы отображена на картинке.

Схема работы аэротенка для переработки вод, относящихся к сточным

Используемые обозначения:

А – аэротенк;
B – отстойник для обогащенной кислородом смеси ила и канализационных стоков;
c – патрубок для подачи бытовых стоков (подключается канализация);
d – поступление смеси стоков и ила;
е – отвод очищенной жидкости;
f – патрубок для откачки излишков ила;
g – возврат ила.

Принцип действия

поступающие стоки «с» соединяются с активным илом в резервуаре аэротенка «А»;
смесь обильно аэрируется, что способствует процессу биологического окисления, в результате которого происходит быстрое разложение органики;
обогащенная кислородом смесь воды и ила «d» подается в резервуар «B»;
прошедшая очистку жидкость «е» откачивается по мере заполнения;
необходимое количество ила возвращается через отводы обратно для смеси со стоками «g», в то время, как его излишки выводятся через патрубок «f».

Данный способ довольно эффективен, если произведен правильный расчет и соблюдается технологический процесс, характеристика переработки воды приближается к 98%.

Аэротенки очищают воду от органики, при этом удаляют из нее азот и фтор, а также их соединения. Единственный недостаток этого способа — критичность к содержанию в стоках токсичных и губительных для бактерий соединений.

Использование аэротенка

Заметим, что высушенный ил с аэротенка, как и осадок из септика или отстойника, для бытовых вод, относящихся к сточному типу, являются отличным удобрением.

Для переработки производственных сточных отходов с завода или производственного предприятия используются сооружения, чей принцип действия очистки воды аналогичен отстойникам, например, нефтеловушки, устанавливаемые на НПЗ. Единственное отличие этих устройств связано со способом удаления загрязнений.

Флотаторы, эти сооружения позволяю ускорить процесс выделения из вод, относящихся к сточному типу, легких фракций. С этой целью резервуар-отстойник подвергается аэрации.

Флотационная установка

Взвешенные вещества, содержащиеся в стоках, также могут выводиться при помощи гидроциклонов. В принцип их работы заложено использование центробежных сил, возникающих при быстром движении воды внутри цилиндроконического корпуса аппарата.

Для отбора из жидкости взвешенных веществ мелкодисперсного типа применяются очистные фильтрующие установки, в качестве фильтра может выступать крупнозернистый песок, а также сетчатый или тканевый материал.

Флокулянты для очистки сточных вод: виды, принцип работы и эффективность применения

Качественное осветление стоков гарантирует полную безопасность для окружающей среды при их сбросе в водоемы. Процесс обработки нечистот протекает в несколько этапов.

Одним из них является использование флокулянтов для очистки сточных вод. Благодаря химической реакции все микро- и макровзвеси в составе нечистот приобретают более крупные размеры.

Это позволяет удалять их в дальнейшем механическим способом.

Определение и предназначение

Флокулянтами называют химические реагенты, которые способствуют очистке бытовых и промышленных сточных вод от примесей. В результате реакции все сторонние вещества, пребывающие в грязной жидкости, формируются в хлопья. Флокуляцию используют как вторичный этап очистки после коагуляции. Основное назначение реагентов:

предварительная очистка воды из водоемов перед её подачей в городские коммуникации;
осветление промышленных стоков от молокозаводов, предприятий химической/фармацевтической промышленности и др.;
очистка бытовых сточных вод.

Флокуляция является и неотъемлемой частью таких процессов, как производство лекарств, обогащение, переработка нефтепродуктов.

Виды и классы флокулянтов

Все реагенты для флокуляции делят на классы по типу их происхождения:

Органические (природные): гуаровые смолы, крахмал и декстрин, натрия альгинат, эфир целлюлозы.
Неорганические: кремниевая кислота. Особенно активно она действует против гидроксидов металлов – алюминия, железа, магния, и пр. В результате работы кремниевой кислоты образуются тяжелые прочные хлопья.
Синтетические: высокомолекулярные соединения, которые органически растворяются в воде и при этом молекулярная их масса варьируется от тысяч до миллионов.

Различают также катионные, анионные и нейтральные флокулянты (по электрическому заряду). Самым востребованным является последний вид — полиакриламид (ПАА). Агрегатное состояние реактивов: жидкое и порошкообразное.

Принцип работы флокулянтов в воде

При добавлении реагентов в загрязненную воду происходит следующий процесс:

Все флокулянты вступают во взаимодействие с коллоидными частицами. Сначала оседают на их поверхности, значительно нарушая водно-солевой баланс оболочки. Параллельно флокулянты сводят на нет электрический заряд коллоидных примесей. Изначально все коллоидные соединения как бы окружены мешающей слипанию частиц оболочкой. Ее и разрушает флокулянт.
За счет своего высокого молекулярного веса и уже произошедших в воде реакций происходит фиксация реагентов на поверхности сторонних примесей. При этом они образуют своеобразные мостики, благодаря которым формируется связь между молекулами флокулянтов.
В результате все взвешенные частицы коллоидных растворов слипаются в большие видимые хлопья. Их еще называют флоккулами.

После прошедшей реакции сторонние примеси в виде хлопьев можно легко удалить из осветляемой жидкости. Делается это с помощью механических фильтров.

Эффективность химического метода

Флокуляция как способ очистки сточных вод позволяет с высокой эффективностью справляться с большими объемами загрязненных жидкостей. При этом можно смело говорить о высокой интенсивности процесса осветления с минимальными затратами. В результате использования флокулянтов удается добиться таких результатов:

очистить максимально загрязненные бытовые/промышленные стоки;
серьезно ускорить процесс осаждения примесей в жидкости;
предупредить возможное попадание загрязнений в воду на следующих этапах очистки;
отказаться от дополнительных затрат на усиление производительности очистной станции;
увеличить срок службы механических фильтров на ЛОС;
снизить расходы на капитальное осветление стоков.

Обо всех эффектах от использования флокулянтов можно говорить только при условии применения метода в комплексе, после этапа коагуляции. Как правило, сами по себе реагенты не очищают воду полноценно, метод не работает.

Особенно актуально включение процесса флокуляции в систему очистки стоков в том случае, если станция в скором времени будет получать большие объемы загрязненных вод. Здесь без основательной модернизации ЛОС и существенных финансовых вложений удастся сохранить производительность очистной станции. По факту придется потратиться только на закупку порошка-флокулянта.

Использование приведенного метода в быту неактуально, поскольку процесс сложный и неоправданный для малого объема загрязненной воды.

Где применяют флокулянты

Их используют там, где нужно сконцентрировать мелкие частицы в большие группы. Целью этого процесса могут быть как вода, так и сами частицы.

В сельском хозяйстве они укрепляют почвы, которые состоят из частичек пыли, и удерживают в них воду. В горно–обогатительной промышленности использование флокулянтов помогает выделить из пульпы больше добытого вещества: угля, меди, железа и прочего.

Для очистки воды флокулянты применяют:

Предприятия, чтобы очистить подтоварную и попутно добываемую воду или промышленные стоки. Применение флокулянта помогает очистить воду до показателей, при которых можно сбросить её на очистные сооружения без вреда для окружающей среды или вернуть в производственный цикл.
Станции водоочистки, где реагенты добавляют в воду перед отстойниками и осветлителями. Они ускоряют формирование и осаждение хлопьев, делают воду прозрачнее. Флокулянты помогают, если производительности станции не хватает, чтобы обрабатывать больше воды.
Очистные сооружения, где флокулянты обезвоживают твёрдые осадки, которые остались после очистки сточных вод. В итоге участок высушивания осадков занимает меньше места на предприятии.
В бассейнах, чтобы очистить воду безопасным для здоровья человека способом. Флокулы убирают сачком или пылесосом.

Когда используется сточных вод флокуляцией

Процесс флокуляции – это отличный способ для очистки сточных вод. Причем, он позволяет произвести обработку как бытовых, так и промышленных стоков. Причем с такой ступенью очистки жидкость становится настолько чистой, что абсолютно не вредит окружающей среде.

Этому флокуляция используется преимущественно для водоподготовки стоков.

Флокулятор – это система, которая как раз и позволяет производить описанную нами очистку. Для этого в стоки добавляются специальные реагенты, благодаря которым и становится возможен подобный процесс.

После очистки сточные воды следует сдать на анализ

Когда оптимально использование флокуляции для водоподготовки:

Если в сточных водах есть твердые суспендированные частицы, то флокуляция придется как нельзя кстати. Ведь она лучше всего справится с этой проблемой.
В некоторых отстойниках присутствует биохимическая потребность в кислороде. Процесс флокуляции поможет насытить стоки этим газом.
Также их можно использовать в комплексе с резервуарами, совершающие обработку воды активным илом. Благодаря этому вода очистится более тщательно.
Можно использовать данный процесс и как предварительный метод очистки, перед отстаиванием и фильтрацией.

Флокуляция в любом случае используется в комплексе с другими процессами. Например, наличие этого метода всегда предполагает использование отстаивания и фильтрации. Только в комплексе можно достичь максимальной чистоты воды. Таким образом, образовавшиеся в результате воздействия флокулянтов хлопья за определенное время оседают на дно, после чего пропускаются через мелкоячеистый фильт.

Разновидности и применение коагулянтов для очистки воды

Если бы в неочищенной воде все взвешенные твердые частицы были достаточно велики, чтобы их можно было легко удалить с помощью известных методов очистки, то обработка химическими коагулянтами не требовалась бы. Однако большая часть взвешенного вещества состоит из очень мелких, чрезвычайно дисперсных твердых частиц, в значительной степени коллоидных. Ввиду малого размера они не поддаются осаждению, флотации или фильтрации, и их приходится предварительно подвергать коагуляции.

И флоакулянты, и коагулянты – это реагенты, которые используются на первых стадиях очистки воды от загрязняющих частиц. Коагулянты объединяют мелкие частички дисперсных систем в крупные под воздействием сил сцепления. Применение коагулянтов способствует понижению степени окисляемости обрабатываемых водных масс, уменьшению содержания в них взвешенных частичек, улучшению основных технологических процессов обработки, которые происходят в очистных сооружениях и осветлителях. Флоакулянты обеспечивают слипание неустойчивых агрессивных частичек и тем самым интенсифицируют процесс образования хлопьев. Данные вещества осветляют водные массы и улучшают и качество по ряду контролируемых показателей. Например, снижается щелочность, содержание общего железа, а концентрация взвешенных частиц падает в 3-5 раз.

Предварительный лабораторный анализ состава стоков обязателен. Он дает представление о качестве воды, основных загрязнителях и позволяет составлять максимально эффективный план очистки.

Все типы реагентов для очистки питьевой воды

Наиболее распространенные и эффективные коагулянты – соли алюминия и железа. Химические соединения, образовываемые металлами, могут быть органическими либо неорганическими. Каждый тип коагулянта рассчитан на взаимодействие с определенными веществами. Для очистки стоков промышленных предприятий используют специальные вещества (не те же самые, что в быту). Основные варианты:

соли магния (сульфат или хлорид магния);
алюмосиликатный раствор;
неорганический коагулянт, полученный из красно шлама;
активированный кальций-алюминат;
минеральный полиреагентный гель-сорбент.

Рассмотрим самые популярные виды алюмосодержащих коагулянтов. Первый – сульфат алюминия Al2(SO4)3∙18H2O. В большинстве случаев он используется в виде растворов. Известно два типа вещества – очищенный (имеет вид белых кусков) и неочищенный (серо-зеленые гранулы).

Гидроксохлорид алюминия имеет химическую формулу Aln(OH)(3n-m)Clm, выпускаться может в виде прозрачных растворов либо желтоватых гранул. Преимущества – хорошие коагулирующие характеристики, высокая растворимость в воде, стабильность рН жидкости, минимальное содержание алюминия, эффективное удаление хлора. Гидроксохлорид алюминия – коагулянт нового поколения. Он используется для очистки промышленных стоков (химическая, металлургическая отрасль) и питьевой воды.

Гидроксохлоросульфат алюминия (или ГСХА) – смешанный коагулянт. Максимальную эффективность он показывает в очистке мутных и паводковых вод. Может выпускаться в виде раствора или твердой массы. Широко используется в промышленности. Аналог – сульфат алюминия.

Оксихлорид алюминия – формула Al(OH)mCl3n-m. Применяется для очистки природных вод, главным образом в холодное время года. Коагулянт вступает в быстрые четкие реакции с вредными веществами, может использоваться для очистки промышленных стоков.

Железосодержащие коагулянты используются реже, чем алюмосодержащие. Самые популярные:

Хлорное железо – имеет формулу FeCl3*6H2O. Применяется для очистки природных вод, ила с промышленности, хорошо убирает аромат сероводорода.
Сульфат железа – для очистки вод используют соединения FeSO4 и Fe_2(SO_4)_3. Хорошо убирает посторонние запахи.

К органическим и неорганическим коагулянтам относят известковые растворы, вещества с примесями алюминия и железа. По своему химическому составу они все относятся к солям кислот. Неорганические имеют длительный срок хранения и не представляют сложностей в использовании. Органические бывают природными и искусственными, экономичны в расходе, имеют стабильный кислотно-щелочной состав, эффективно удаляют хлор, после завершения процесса очистки из воды выводятся практически полностью. Также данные вещества удобные в приготовлении, нормально взаимодействуют с водорослями, осадок дают минимальный и существенно повышают срок службы стационарных фильтрационных установок.

Сравнение коагулянтов с подручными средствами

При отсутствии фильтров или их слабой мощности появляется проблема цветения воды в бассейне. Отсутствие необходимых реагентов вынуждает пользоваться подручными веществами.

Наиболее популярными являются перекись водорода, перманганат калия и раствор бриллиантовый зеленый на спирту. Они обладают обеззараживающим действием. Эффект от их использования длится временно и приводит к последствиям, которые нужно рассмотреть отдельно.

При добавлении перекиси водорода в водную среду вещество оно полностью растворяется в ней, распадаясь на кислород и воду. Обеззараживающий эффект продлится до полного распада перекиси. В период активного действия выделяются пузырьки кислорода, и если в бассейне установлен фильтр, они будут препятствовать процессу очистки

После ее применения на водной глади появляются хлопья грязной пены. Их удаляют механическим способом. Даже спустя двое суток будет продолжаться процесс выделения кислорода, что дает некомфортные тактильные ощущения. При попадании на кожу воды с растворенной перекисью начнется легкое пощипывание.

Нельзя допускать проглатывание этого водного раствора, а также попадания в органы дыхания. Это вызывает раздражение слизистых оболочек. Перекись позволяет воде медленнее остывать, так как увеличивает ее плотность. Однако перекись не может заменить полноценную очистку коагулянтом.

Марганцовка, разведенная в воде обладает обеззараживающим свойством до тех пор, пока ее цвет не сменится с бледно-розового на светло-коричневый или зеленый.

Это зависит от агрессивности щелочной среды. После полного распада вода принимает непрезентабельный вид, потребуется ее замена или очистка коагулянтом

В состав зеленки входит спирт и трифенилметановый краситель. Нет точных данных о том, как это красящий пигмент влияет на человека при попадании в организм. При длительном контакте воды, в которой растворена зеленка, со стенками бассейна материал меняет цвет.

Пористый пластик и плитка приобретают зеленоватый оттенок. Спирт со временем испаряется с поверхности, а в воде останется только краска

Эти реагенты не могут служить полноценной заменой коагулянтам, так как не связывают мелкую взвесь. Они могут лишь продезинфицировать воду на короткий срок, при этом опасные тяжелые металлы и невидимые глазу вещества не исчезают. Они продолжают находиться в емкости.

Виды флокулянтов

По составу их можно разделить на две большие группы – органическую и неорганическую. В основном, используют органические, из неорганических – только кремниевую кислоту.

По происхождению органические делятся на природные и синтетические. Последние токсичнее, но дешевле.

По наличию заряда природные и синтетические реагенты бывают ионные и неионные. У неионных флокулянтов нет заряда, и они подходят для очистки воды с незаряженными частицами. Реагенты с электрическим зарядом – ионные – взаимодействуют с заряженными частицами.

По знаку заряда ионный флокулянт может быть:

Анионный – отрицательно заряженный. Взаимодействует с неорганическими соединениями.
Катионный – положительно заряженный. Подходит для очистки воды от органических взвесей.
Амфотерный – проявляющий катионные, анионные или нейтральные свойства в зависимости от рН жидкости: в кислотной среде ведёт себя как катионный, в щелочной – как анионный, в равновесной – как неионный.

Пример органического флокулянта природного происхождения – раствор BMG-C2, полученный в результате переработки растительного сырья

По форме выпуска флокулянты бывают в виде гранул, порошка, пасты, геля или раствора.

Биомикрогели выпускает флокулянты в виде пасты в ведре или раствора в канистре, бочке, IBC–контейнере. Пасту перед применением необходимо разбавить в воде, раствор готов для дозирования

Что это такое?

Коагулянты (коагулирующие агенты) – вещества, вызывающие свертывание, сгущение, слипание, вредных частиц и примесей в жидкости. В свою очередь, коагулирование воды – процесс ее обесцвечивания и осветления химическими реактивами — коагулянтами, которые взаимодействуя в воде с гидролатами и растворимыми примесями, активируют процессы осаждения (образование осадка).

Если говорить простыми словами, то при добавлении коагулянтов в воду запускается процесс укрупнения. Примеси, частицы, плавающие в воде и создающие муть, начинают объединяться в крупные, видимые скопления.

Это происходит до тех пор, пока они не достигнуть размера хлопьев, чтобы осесть. Частицы взвеси в жидкой среде могут быть настолько микроскопическими, что любая, даже самая дорогостоящая многоуровневая система фильтрации не справится с ними.В ряде случаев приходится повышать расходы на очищение, но это никому не выгодно. Например, человек на даче имеет бассейн. Время от времени воду в нем необходимо очищать. Владелец сооружения не хочет тратиться на специальное дорогостоящее оборудование, но стандартная фильтрующая система с загрязнениями не справляется. Помочь простому бюджетному фильтру могут представители современной химии – коагулянты.

Рассмотрим детально принцип их действия:

в воду, загрязненную мелкими коллоидными частицами, которые пропускает фильтр, вводится реагент;
свойства частиц начинают изменяться;
утрачивается их заряд, с помощью которого они могли отталкиваться друг от друга в жидкости под действием сил электростатического взаимодействия;
взвесь начинается слипаться, образуя крупные комки;
активируется действие сил притяжения – частицы начинают сближаться.

Важно! Реагенты не изменяют химический состав воды. Они нужны для того, чтобы сделать частицы крупными для задержания фильтром

Чаще всего представленные особые вещества применяют для очищения:

питьевой воды;
промышленных и бытовых сточных вод;
водных аттракционов, бассейнов.

Воду, предназначенную для дальнейшего употребления, перед и после обработки коагулянтами необходимо сдать на расширенный химический анализ. Это поможет точно рассчитать дозу вещества.

Реагенты во флотации

В целях улучшения качества фильтрации сточных жидкостей используют активные присадки:

для корректирования pH — щелочь, кислота (реактивы вводятся в жидкость для создания оптимальных условий взаимодействия примесей с коагулянтом и флокулянтами);
коагулянты — вещества, способствующие образованию пены (соли железа, алюминия);
флокулянты — полиакриламидные соединения, очищающие стоки от примесей посредством формирования хлопьев из коллоидных и мелкодисперсных частиц.

Отрицательным фактором реагентного метода обработки жидкостей является обязательное наличие сравнительно большой площадки под установку оборудования, а также присутствие дополнительного обслуживающего персонала.

Принцип работы препаратов для очистки искусственных водоемов

Коагулянты отличаются возможностью объединения микроскопических элементов различных загрязнителей, частиц биологического вида, тяжелых металлов или других мусорных отходов в объемную желеобразную консистенцию, преобразующуюся впоследствии в хлопья. Просачивающаяся сквозь систему фильтрации взвесь станет удерживаться сеткой, переставая осуществлять циркуляцию в водной среде бассейна. Верхнюю пленку при обработке коагулянтами снимают сачком, а дно и загрязненные поверхности дополнительно нуждаются в очистке. Использование таких реагентов для обработки водной среды в искусственных водоемах предоставляет возможность содержать бассейн в надлежащем состоянии, согласно гигиенических и технических нормативов.

Основные группы

Чтобы процесс флокуляции прошел максимально эффективно, необходимо различать несколько основных групп действующих веществ. Все флокулянты делят по типу их заряда, что и определяет сферу их применения.

Анионный тип или положительно заряженный. Данная группа состоит из полимета акрилата натрия, чистого полиакрилата и других активных органических соединений.
Такие флокулянты притягивают противоположные по заряду загрязнения, формируя прочные водородные связи. Применяются для устранения фосфорных соединений, для ускорения процесса осаждения и нейтрализации неорганических веществ.
Катионные флокулянты. Применяются для удаления положительно заряженных остатков органического происхождения. Это происходит за счет образования прочных молекулярных цепочек между анионами загрязняющих частиц и катионами полимера. Применяется для очистки вод промышленного назначения.
Неионогенные флокулянты. Являются нейтрально заряженными, поэтому их действие основано на формировании водородных связей. Водород, который входит в состав молекулы полимера, взаимодействует с атомами азота, кислорода или другими органическими составляющими, образуя плотное соединение.
К длинному полимеру приклеиваются частицы коллоидного раствора. Нейтральные флокулянты имеют меньшую активность по сравнению с катионными и анионными, поэтому применяется для очистки слабозагрязненных вод.

Выбор того или иного флокулянта зависит от химического состава воды, который определяется путем лабораторного исследования.

Виды коагулянтов для очистки воды