Коагуляция и флокуляция

Обработка воды коагулянтами и флокулянтами проводится с целью удаления различных загрязнений. В результате этой обработки вода становится более чистой и пригодной для использования.

В процессе коагуляции и флокуляции удаляются следующие виды загрязнений:
- взвешенные вещества, такие как песок, шламы, органические продукты жизнедеятельности и другие мелкие частицы;
- коллоидные вещества, включая мельчайшие частицы глины, бактерии, цисты простейших организмов и макромолекулы;
- растворимые вещества, такие как органические вещества, соли, газы и другие химические соединения.

Первые два вида загрязнений придают воде мутность, а последние два — цветность. Кроме того, вещества последнего вида определяют солесодержание и другие физико-химические характеристики воды.

Коагуляция заключается в добавлении в воду солей железа или алюминия, например сульфата алюминия, сульфата железа, хлорида железа или полимеров. Они имеют положительный заряд, который нейтрализует отрицательный заряд растворённых и взвешенных частиц в воде. В результате реакции частицы связываются вместе, происходит процесс коагуляции.

После коагуляции применяется процесс флокуляции, чтобы увеличить размер взвешенных частиц и сформировать комки. Флокулянты — это вещества, которые помогают частицам слипаться, облегчая их удаление из воды.

Процессы коагуляции и флокуляции позволяют удалить взвешенные вещества и коллоиды, концентрируя их в форме хлопьев, которые затем отделяются от воды в системах отстаивания, флотации и фильтрации. Эти процессы являются базовыми для корректировки характеристик воды, вызванных наиболее инертными примесями, такими как илы, глины, коллоиды, а также живыми организмами, такими как планктонные микроводоросли и микроскопические беспозвоночные, особенно цисты простейших паразитов.

Во время флокуляции микрочастицы становятся крупнее и образуют взвешенные крошечные хлопья, которые видны невооружённым глазом. Когда эти крошечные хлопья сталкиваются друг с другом во время процесса, они образуют более крупные хлопья, называемые макрофлокулами. В конечном счёте хлопья достигают оптимальной прочности и размера и готовы отделиться от воды. Следующим этапом обычно является осаждение.

Кроме того, коагуляция и флокуляция позволяет удалить часть органических веществ, связанных с взвешенными и коллоидными веществами, таких как макромолекулы, включая большинство гуминовых кислот, придающих воде цветность. Также удаляются некоторые тяжёлые металлы, связанные с этими веществами, включая вирусы, которые практически всегда обнаруживаются в воде на взвешенных и коллоидных веществах.

Факторы, влияющие на коагуляцию и флокуляцию

1. Перемешивание. Для эффективной работы коагулянта необходимо как можно быстрее и тщательнее смешать его с водой, чтобы получить однородную смесь. Это нужно сделать до того, как выпадут в осадок гидроксиды. Чтобы достичь этого, требуется затратить много энергии на перемешивание воды в течение короткого времени. То есть нужно создать очень сильные турбулентные потоки воды. В системах водоочистки для этого предусматриваются специальные смесительные устройства и контактные камеры.

Флокуляция — это процесс медленного перемешивания, при котором мелкие частицы соединяются в более крупные. Благодаря этому крупные частицы оседают быстрее и их легче удалить в процессе отстаивания и фильтрации. Во время флокуляции градиент скорости влияет на вероятность столкновения и объединения микрофлокул. Однако нельзя увеличивать его слишком сильно, так как при слишком больших скоростях флокула может разрушиться из-за механического сдвига. К примеру, сформировавшаяся флокула вновь распадется в случае прохождения через лопастной насосный агрегат.

2. Температура и водородный показатель. Также на процесс коагуляции сильно влияют температура и уровень pH обрабатываемой воды. При низкой температуре коагуляция происходит медленнее, поэтому желательно, чтобы температура была выше 20 градусов Цельсия. Оптимальный уровень pH для коагулянта на основе алюминия составляет от 6,0 до 7,4, а для коагулянта на основе железа — более 5,0.

3. Предварительное окисление. Предварительное хлорирование и особенно озонирование значительно облегчают процесс коагуляции и флокуляции. Это происходит потому, что органические плёнки, которые окружают некоторые коллоидные частицы, разрушаются или, по крайней мере, удаляются с их поверхности.

В правильно спроектированной системе очистки воды процесс коагуляции занимает всего несколько секунд, а флокуляция — несколько минут.

Мониторинг и управление технологическим процессом

Отстаивание и фильтрование

Образовавшиеся при реагентной обработке флокулы подходят для отделения от воды. Наиболее распространено осаждение и фильтрование.

1. Осаждение. После предварительной обработки частиц в процессе коагуляции и их объединения в хлопья во время флокуляции, физическое удаление твёрдых частиц можно осуществить методами осаждения или флотации. Во время осаждения хлопья оседают на дно отстойника, потому что они тяжелее воды. Для уменьшения габаритов оборудования чаще применяются тонкослойные отстойники ламельного типа.

2. Фильтрация. После осветления вода подвергается фильтрации, чтобы удалить оставшиеся частицы. Во время фильтрации вода проходит через скорые напорные фильтры, загруженные фильтрующим материалом (таким как песок, гравий и уголь).