6750

11

Характеристика сернокислого алюминия очищенного

Коагулирующие свойства А12(SО4)3 обусловлены образованием колло-

идной гидроокиси алюминия и основных сульфатов в результате гидроли-

за. В процессе коагуляции А1(ОН)3 коллоидные частицы примесей, находящие-

ся в воде, захватываются и выделяются вместе с гидроксидом алюминия в виде студенистых хлопьев. А1(ОН)3 имеет повышенную чувствительность к рН и температуре обрабатываемой воды. Изоэлектрическая область для гидроксида алюминия, где у него наименьшая растворимость, соответствует рН = 6,5÷7,5.

При более низких значениях рН образуются частично растворимые основные соли, при более высоких - алюминаты. При температуре исходной во-

ды ниже 4°С в результате возрастания гидратации гидроксида алюминия замедляются процессы коагулирования ее примесей и декантации хлопьев. В этом случае следует обращать внимание на работу первой ступени очистки, т.к. остаточный алюминий не задержан и хлопья гидроксида оседают на внутренней поверхности магистральной распределительной сети.

Сульфат алюминия технический жидкий

Сульфат алюминия технический жидкий, получают путем взаимодействия гидроксида алюминия с серной кислотой. Он является универсальным коагулянтом, работает на воде любой сложности, предназначается для очистки воды хозяйственно-питьевого и промышленного назначения.

Коагулянт сульфат алюминия технический жидкий представляет собой соеди-

нение соответствующее формуле Аl2(SO4)3 · nH2O и соответствует требованиям ТУ 2141-002-31116972-97. Поступает продукт в гуммированных цистернах.

12

Характеристика сульфата алюминия технического жидкого

Оксихлорид алюминия

В холодное время года при обработке воды с повышенным содержанием природных органических веществ используется оксихлорид алюминия (ОХА). ОХА известен под различными наименованиями: полиалюминий гидрохлорид, хлоргидроксид алюминия, основной хлорид алюминия и др. и имеет общую фор-

мулу А1(ОН)mС13n-m. При обработке воды указанные соединения могут образовывать мономерные, полимерные и аморфные структуры.

Неорганический катионный коагулянт ОХА

Неорганический катионный коагулянт ОХА обладает способностью образовывать комплексные соединения с широким спектром органических и неорганических веществ в воде. Принципиально отличается от обычных солей алюминия тем, что имеет так называемую поверхностную кислотную оболочку, что обеспечивает максимально высокую эффективность очистки воды от взвешенных веществ и металлов. Практика применения неорганического катионного оксихлорида алюминия продемонстрировала ряд преимуществ, напрямую влияющих на экономические показатели его использования, в том числе и в сравнении с традиционно используемым сульфатом алюминия:

∙представляя собой частично гидролизованную соль, оксилорид алюминия обладает большей способностью к полимеризации, что ускоряет хлопьеобразование и осаждение коагулированной взвеси;

∙подтверждена работа оксихлорида алюминия в более широком диапазоне рН по сравнению с сульфатом алюминия;

∙низкое остаточное содержание алюминия при высоких вводимых дозах;

13

∙снижение рабочей дозы коагулянта в 1,5 - 2,0 раза по сравнению

ссернокислым алюминием;

∙поставка готового рабочего раствора позволяет отказаться от процесса растворения коагулянта, приводя к экономии электроэнергии на размешивании на средней станции до 100 тыс. кВт/час ежегодно;

∙снижение трудоемкости и эксплуатационных затрат по хранению, приготовлению и дозированию реагента, улучшение санитарногигиенических условий труда.

∙снижение щелочности при коагулировании оксихлоридом алюминия

существенно меньше. Это приводит к снижению коррозионной активности воды, исключению стабилизационной обработки, улучшению состояния водопроводов городской распределительной сети и сохранению потребительских свойств воды при транспортировании, а также позволяет полностью отказаться от использования щелочных агентов и приводит к экономии таковых на средней станции водоочистки до 20 тонн ежемесячно.

Алюминат натрия

Алюминат натрия NaА1О2 представляет собой твердые куски белого цвета с перламутровым блеском на изломе, получаемые растворением гидроксида или оксида алюминия в растворе гидроксида натрия. Сухой товарный продукт со-

держит 55% А12О3, 35% Na2O и до 5% свободной щелочи NaОН. Раствори-

мость NaА1О2 - 370 г/л (при 20° С). Насыпная масса 1,2-1,8 т/мЗ.

Железный купорос технический ГОСТ 6981-94 (сульфат закиси железа)

Сульфат закиси железа FeSО4·7Н2О представляет собой прозрачные зе-

леновато-голубые кристаллы, легко буреющие на воздухе в результате окис-

ления железа (II). Получают путем утилизации отработанных сернокислотных травильных растворов, предназначенный для применения в химической промышленности, цветной металлургии, электроэнергетике. Относительная молекулярная масса (по международным атомным массам 1983 г.) - 278,01.

14

Продукт выпускают двух сортов с качеством, определяемым следующими показателями (см. табл.6):

Характеристика купороса железного технического

Плотность реагента 1,5 г/смЗ. Промышленность выпускает также и 30%-

ный раствор сульфата железа (II), содержащий до 2% свободной серной кислоты. Окисление гидроксида железа (II), образующегося при гидролизе железного купороса при рН воды менее 8, протекает медленно, что приводит к неполному его осаждению и неудовлетворительному коагулированию. Поэтому перед вводом железного купороса в воду добавляют известь или хлор, либо оба реагента вместе, усложняя и удорожая тем самым водообработку. В связи с этим, железный купорос используют, главным образом, в технологии известкового и из- вестково-содового умягчения воды, когда при устранении магниевой жесткости значение рН поддерживают в пределах 10,2 ÷13,2 и, следовательно, соли алюминия не применимы. Скорость осаждения хлопьев гидроксида железа в 1,5 раза больше скорости осаждения хлопьев гидроксида алюминия. Процесс окисления происходит достаточно быстро только при рН воды свыше 8. Это вызывает необходимость в подщелачивании воды.

Транспортируют его в гуммированной таре автомобильным или железнодорожным транспортом в соответствии с правилами перевозки грузов, действующими на транспорте данного вида.

Сульфат железа Fe2(SO4)3·2H2O

Сульфат железа (III) Fe2(SO4)3·2H2О получают растворением оксида железа в серной кислоте. Продукт кристаллический, очень гигроскопичный, хорошо растворяется в воде. Плотность его - 1,5 г/см3. Использование солей железа

(III) в качестве коагулянта предпочтительнее по сравнению с сульфатом алюми-

15

ния. При их применении улучшается коагуляция при низких температурах воды, на процесс мало влияет рН среды, ускоряется декантация скоагулированных примесей и уменьшается время отстаивания (плотность хлопьев гидроксида железа (III) в 1,5 раза больше, чем гидроксида алюминия).

К числу недостатков солей железа (III) относится необходимость их точной дозировки, так как ее нарушение приводит к проникновению железа в фильтрат. Хлопья гидроксида железа (III) осаждаются неравномерно, поэтому в воде остается большое количество мелких хлопьев, поступающих на фильтры. Эти недостатки в значительной мере устраняются при добавлении сульфата алюминия. Качество коагулянта определяется следующими показателями:

Характеристика сульфата железа(III) (Fe2(SO4)3·2H2O)

Таблица 7

Железо хлорное FeCl3

Это вещество - кристаллы фиолетового цвета с темно-зеленым оттенком. Гигроскопично. Получают хлорированием железного лома при 600-700° С. Качество коагулянта определяется следующими показателями (см.табл.8):

Характеристика хлорного железа FeCl3

Таблица 8

Использование хлорного железа дает наиболее высокие результаты при совместном применении его с сернокислым алюминием и известью. Поступает в стальных барабанах с толщиной стенок 1-3 мм, емкостью 75-100 л, защищенной внутренней и наружной поверхностью.

16

Хлорированный железный купорос

Хлорированный железный купорос Fe2(SО4)3 +FeС13 получают непо-

средственно на водоочистных комплексах обработкой раствора железного ку-

пороса хлором, вводя на 1 г Fe2(SО4)3 ·7Н2О 0,160÷0,220 г хлора. Смешанный алюможелезный коагулянт приготовляют из растворов сульфата алюминия и хлорного железа в пропорции 1:1 (по массе). Рекомендуемое соотношение может изменяться в конкретных условиях работы очистных сооружений. Мак-

симальное отношение FeС13 к А12(SO4)3 при применении смешанного коагу-

лянта по массе равно 2:1. Вода, обработанная смешанным коагулянтом, как правило, не дает отложений даже при низких температурах, так как формирование и седиментация хлопьев заканчивается в основном до фильтров; хлопья осаждаются равномерно, и достигается более полное осветление воды. Применение смешанного коагулянта позволяет существенно сократить расход реагентов. Составные части смешанного коагулянта можно вводить как раздельно, та и предварительно смешав растворы. Первый способ более гибок при переходе от одного оптимального соотношения реагентов к другому, однако, при втором - проще осуществлять дозирование.

2.2. Флокулянты

Флокулянтами в технологии очистки воды называют высокомолекулярные вещества, интенсифицирующие процесс хлопьеобразования гидроксидов алюминия или железа (III), а также работу отдельных водоочистных сооружений. Они принадлежат к классу линейных полимеров, для которых характерна цепочечная форма макромолекул. Молекулярная масса флокулянтов колеблется в пределах от десятков тысяч до нескольких миллионов; длина цепочки, состоящей из ряда одинаковых звеньев, составляет сотни нанометров. Они хорошо растворимы в воде. Их водные растворы являются истинными растворами, т.е. гомогенными однофазными термодинамически устойчивыми системами.

Высокомолекулярные флокулянты классифицируют на органические (природные и синтетические) и неорганические, на анионного и катионного ти-

17

па. В качестве флокулянтов из природных веществ используют крахмал, водорослевую крупку, белковые гидролизные дрожжи, картофельную мезгу, альгинат натрия и др. Из синтетических анионных флокулянтов наиболее широко применяют органический полимер полиакриламид (ПАА), затем флокулянты серии К (К-4, К-6 и др.). Организовано также производство флокулянтов катионного типа (ВА-2, ВА-3, ВА-102, ВПК-Ю1, ВПК-402, КФ, УКФ, ВАФ), которые в отличие от ПАА вызывают образование крупных хлопьев без предварительной обработки примесей воды коагулянтами. Среди неорганических флокулянтов наибольшее распространение получил активированный силикат натрия - активная (активированная) кремниевая кислота (АК).

Если при введении коагулянта в воду начинается образование хлопьев, то объем их, массу, способность к слипанию можно увеличить тремя способами:

1.Контактом обрабатываемой воды с уже образовавшимся осадком при рециркуляции осадка, пропусканием воды через взвешенный слой осадка.

2.Медленным и равномерным перемешиванием для повышения вероятности контакта нейтрализованных коллоидных частиц с хлопьями.

3.Применением флокулянтов. Флокулянты используют для эффективности процессов коагуляции, фильтрования. Они могут ускорить реакцию или улучшить качество хлопьев (их плотность, адгезионные свойства).

Применение флокулянтов при обработке воды позволяет ускорить в камерах хлопьеобразования и отстойниках формирование хлопьев и их декантацию, повысить эффект осветления воды и увеличить скорость ее движения в сооружения. В осветлителях со слоем взвешенного осадка они увеличивают концентрацию частиц во взвешенном слое и уменьшают их вынос из него при одновременном повышении скорости восходящего потока воды.

Использование флокулянтов на фильтровальных аппаратах способствует удлинению времени защитного действия загрузки, улучшению качества фильтрата, повышению скорости фильтрования и относительному сокращению расхода промывной воды.

18

Использование флокулянтов на действующих очистных сооружениях позволяет увеличивать их производительность и водоочистного комплекса в целом. В отдельные периоды года (паводки, низкие температуры воды и др.), когда технологические сооружения обеспечивают получение воды стандартного качества лишь при пониженной производительности, использование флокулянтов позволяет сохранять требуемую подачу воды. Флокулянты могут также значительно улучшить качество очищенной воды, если эксплуатируемые технологические сооружения по типу или расчетным параметрам не соответствуют загрязняющим воду примесям. В ряде случаев применение флокулянтов позволяет увеличить производительность действующих комплексов в 1,5 раза, а при правильном сочетании с простейшими мероприятиями по реконструкции сооружений еще больше; сократить размеры сооружений и снизить на 15÷20% стоимость очистки воды.

Активная кремниевая кислота

Активная кремниевая кислота (АК) представляет собой коллоидный водный раствор кремниевых кислот их труднорастворимых солей, получаемых частичной или полной нейтрализацией щелочности силиката натрия (жидкого стекла) (ГОСТ 13078-81 и ГОСТ 13079-81) при воздействии активатора (серная кислота, сульфат алюминия, хлор, гидрокарбонат или гидросульфат натрия и др.). Получаемые молекулы кремниевой кислоты выделяются из раствора в виде отрицательно заряженных коллоидных частиц. Механизм взаимодействия АК с агрегативно-неустойчивыми примесями воды, а также с гидроксидами алюминия и железа (III) объясняется взаимной коагуляцией разноименно заряженных частиц и ее действием на свойства сверхмицеллярных структур, образующихся при введении коагулянта.

Растворы АК не выпускаются промышленностью, а готовятся на месте применения непосредственно перед использованием, т.е. они не относятся к стандартным продуктам с определенными свойствами. Последнее объясняется колебаниями в широких пределах содержания отдельных компонентов и модуля жидкого стекла, что влечет за собой нестабильность режима активации, ко-

19

торый необходимо корректировать для каждой партии жидкого стекла. Наиболее быстрое образование геля АК и его коагуляция происходят при рН=5,5; при более низких значениях рН процесс замедляется. На эффективность флокулирующего действия АК влияют концентрация силиката натрия, степень его нейтрализации, продолжительность хранения полученных растворов. Наиболее перспективным способом приготовления АК на водоочистных станциях является обработка растворов жидкого стекла сульфатом алюминия, т.е. реагентом, обычно применяемым при очистке воды. Золи АК, обладающие наиболее высокими флокулирующими свойствами, при активации хлором могут быть получены при соблюдении следующих условий: концентрация раствора силиката натрия (в пересчете на SiO2) 0,5÷3,5%; мольное отношение С12: Na2O=0,7:1,5;

время вызревания 50.80% времени гелеобразования (при С12: Na2O=0,7: 1,0) и 20÷50% ( при С12: Na2O=l: 1,5); жесткость воды для разбавления до 4 мг-экв/л.

В табл.9 приведены оптимальные параметры процесса приготовления АК хлорированием растворов жидкого стекла.

Параметры приготовления АК хлорированием растворов жидкого стекла

Наибольший эффект в сравнении с другими флокулянтами достигается в зимний период.

Подробно разработан процесс приготовления флокулянта с серной (со-

ляной) кислотой, с раствором сернокислого алюминия А12(SO4)3. Оборудование,

входящее в состав установки для приготовления активированной кремнивоевой кислоты и разработанное АКХ им.К.Д.Памфилова, позволяет использо-

20

вать в качестве активирующего агента, кроме сернокислого алюминия и другие активаторы, которые могут подаваться на смешение с жидким стеклом в виде растворов.

Полиакриламид (ПАА)

Полиакриламид - белое аморфное, хорошо растворимое в воде вещество, содержащее ионогенные группы; при гидролизе образует акриловую кислоту и ее соли. Механизм действия ПАА основан на адсорбции его молекул на частицах примесей воды, гидроксидов алюминия или железа (III), образующегося при гидролизе солей-коагулянтов. Молекулы ПАА способны образовывать ассоциаты фибриллярных структур цепочки длиной 130 нм. Благодаря вытянутой форме молекулы адсорбция происходит в разных местах с несколькими частицами гидроксида, в результате чего последние связываются полимерными мостиками в тяжелые, крупные и прочные агрегаты (глобулы).

Для очистки воды применяют два сорта технического ПАА - СТУ12-02- 84 и ТУ7-04-01-86 известковый и аммиачный. Оба сорта ПАА выпускаются в виде вязкого прозрачного желто-зеленого желеобразного геля, первый содержит 6-9% полимера и не более 0,5% кальция, второй - 4-6% полимера и не более 13% сульфата аммония.

ПАА приготавливается полимеризацией 4-9%-ных водных растворов акриламида в окислительно-восстановительной среде в присутствии специальных инициаторов. Выделение полимера из водных растворов производят метанолом, этанолом, ацетоном. В нейтральной, слабокислой, слабощелочной средах проявляет себя как неионогенный полимер. Применяется в виде раствора

сконцентрацией полимера 0,1-1%.

Втаблице 10 приведены дозы ПАА в зависимости от мутности и цветно-

сти.