Что такое коагуляция и флокуляция?

Что такое коагуляция и флокуляция?

Коагуляция и флокуляция — методы химической обработки воды, основанные на эффектах осаждения и фильтрации. Применяются обе методики, как правило, с целью повышения эффективности процесса обработки воды, удаления взвешенных частиц. Коагуляция видится процессом нейтрализации зарядов и образования желатиновой массы, способствующей улавливанию частиц. За счёт такой методики удаётся образовать массу, достаточную для осаждения или фильтрации. Флокуляция – это процесс плавного перемешивания, направленного на стимуляцию образования агломерацией (скоплений) частиц, достаточных для осаждения или фильтрации из раствора.

Коагуляция и флокуляция: общая информация 

Природные воды, как правило, содержат растворённые и взвешенные частицы в массовом количестве. Загрязнения в основном становятся результатом эрозии земель, растворения полезных ископаемых, химического распада растительных веществ. Вносят свой весомый вклад в загрязнение природной воды бытовые и промышленные отходы.

Структура природной воды может включать суспензионное, растворённое органическое/неорганическое вещество, а также частично биологические организмы:

  • бактерии,
  • водоросли,
  • вирусы.

Всё это содержимое требует удаления, поскольку приводит к снижению качества воды. Образуется мутность, изменяется цвет жидкости, размножаются патогенные организмы, формируются токсичные соединения.

Установка коагуляции флокуляции
Установка промышленного назначения: 1 — пластинчатый отстойник; 2 — сквозная система; 3 — дефлекторная система; 4 — модуль удаления осадка; 5 — горизонтальный лопастной колесный флокулятор

Для отделения растворённых и взвешенных частиц от воды используются процессы коагуляции и флокуляции. Обе методики — коагуляция и флокуляция, видятся относительно простыми и экономичными способами очистки воды.

Однако эффективность достигается при условии наличия специальных химических веществ и адаптированной дозировки этих веществ к составу воды.

Независимо от природы обработанной воды и общей применяемой схемы очистки, коагуляция и флокуляция обычно включаются либо в качестве предварительной обработки, либо в качестве стадии обработки, следующей после осаждения.

Значительная доля твердых взвешенных веществ, присутствующих в структуре воды, имеют отрицательный заряд. Следовательно, эти частицы обладают свойством отталкиваться одна от другой. Эффект взаимного отталкивания предотвращает агломерацию твёрдых взвешенных частиц.

Поведение взвешенных частиц
Поведение взвешенных частиц: 1 — стабильная коллоидная система; 2 — нестабильная коллоидная система; 3 — благоприятные условия формирования микрофлокул

Для коагуляции и флокуляции характерна последовательность этих процессов. Так проще преодолевать проблемы, стабилизировать взвешенные частицы, объединять и выращивать хлопья. Полученный за счёт последовательности шлам фильтруется (путем осаждения) и удаляется из воды.

Последовательность коагуляции и флокуляции следует рассматривать обычно практикуемым процессом обработки промышленных и бытовых сточных вод с целью очистки от взвешенных частиц и прочих загрязнений.

Принципы технологии коагуляции

Принципиальная основа коагуляции — дестабилизация зарядов взвешенных частиц. Традиционно используются коагулянты, заряженные противоположно зарядам, коими обладают твёрдые взвешенные частицы.

Коагулянты добавляют в воду, тем самым нейтрализуя отрицательные заряды диспергированных несбрасываемых твердых веществ, подобных глинозёму и органическим соединениям. В результате нейтрализации мелко-суспензионные частицы таких веществ объединяются друг с другом.

Процесс коагуляции
Процесс коагуляции, когда изменения объёмного состояния эквивалентно снижению уровня pH

Агломерации, образующиеся в результате этого процесса, называются микрофлокулы. Чтобы достичь качественных показателей коагуляции и активного образования микрофлокул, требуется высокоэнергичное быстрое смешивание.

Такой подход даёт правильное диспергирование коагулянта и содействует соударению частиц. Однако микрофлокулы всё равно остаются слишком малыми в плане их видимости невооруженным глазом.

Перемешивание не оказывает существенного влияния на коагуляцию, но недостаточное перемешивание снижает качество коагуляции. Оптимальное время контакта в камере быстрого перемешивания обычно составляет от 1 до 3 минут.

Принципы технологии флокуляции

После коагуляции выполняется флокуляция — мягкая стадия смешивания. Флокуляцией преследуется цель увеличения объёма взвешенных частиц от размера субмикроскопического микрофлокула до размера его видимых образований.

Микрофлокулы контактируют один с другим в процессе флокуляции с медленным перемешиванием. Столкновения частиц микрофлокул образуют связь, которая приводит, в свою очередь, к формированию объёмных видимых хлопьев.

Процесс флокуляции
Процесс флокуляции отличается тем, что здесь осуществляется добавление флокуляционного полимера

Размер флокул увеличивается с каждым новым столкновением, взаимодействием с неорганическими полимерами, образованными коагулянтом или добавленными органическими полимерами.

Так формируются макроблоки. На этой стадии флокуляции могут быть добавлены высокомолекулярные полимеры, называемые коагулянтами-средствами. Эти средства помогают соединять, связывать и укреплять флокулы, наращивать вес и увеличивать скорость осаждения.

Последовательность процесса очистки
Последовательность процесса осаждения: 1 — сосуд с коагулянтом; 2 — добавление коагулянта в воду с примесями; 3 — действие добавки на примеси; 4 — получение осадка на дне

Как только флокулы достигают оптимальных размеров и прочности, вода готова к процессу разделения (седиментации, флотации или фильтрации). Время контакта флокуляции может занимать 15-60 минут и более.

Сепарация флокуляцией и коагуляцией

Очистка воды практически всегда предполагает выполнение коагуляции и флокуляции перед физическим разделением.

Схема технологической установки
Схема технологической установки: А — вентилятор быстрого смешивания; В — вентиляторы ступенчатого смешения; 1 — вход воды; 2 — высокая скорость; 3 — средняя скорость; 4 — низкая скорость; 5 — вывод в седиментационную камеру

Процесс коагуляции-флокуляции выстраивается следующими этапами:

  1. Использование химических реагентов для дестабилизации и увеличения размера взвешенных частиц, перемешивания, увеличения размера флокул.
  2. Физическое разделение твердых тел и жидкой фазы. Такое разделение обычно достигается путем седиментации (декантации), флотации или фильтрации.

Традиционно реагентами коагулянтами процесса флокуляции выступают:

— минеральные и/или органические коагулянты (железо, алюминиевая соль, органические полимеры);

— флокуляционные добавки (активированный диоксид кремния, тальк, активированный уголь);

— анионные или катионные флокулянты и реагенты для контроля pH (кислоты или химические основания). Некоторые тяжёлые металлы-комплексообразователи также могут добавляться на стадии коагуляции.

Метод исследований мерным цилиндром

Тест мерного цилиндра используется для определения наиболее подходящей смеси химических соединений и концентраций под коагуляционные и флокуляционные процедуры.

Аппараты тестирования воды
Аппараты тестирования воды с целью подбора оптимального соотношения коагулянтов применительно к конкретной установке очистки

Этот вид исследований основан на параметрах проб, взятых из нескольких мерных цилиндров, содержащих тот же объем и концентрацию сбора, заряженного одновременно шестью различными дозами потенциально эффективного коагулянта.

Шестёрку (четвёрку) цилиндров загружают на плато лабораторной установки и одновременно перемешивают на определённых скоростях. Обрабатываемые образцы сбора смешивают на высокой и низкой скорости поочерёдно. Затем дают время на получение осадка.

Эти три этапа являются своего рода идентичностью реальной последовательности очистки, организуемой на крупномасштабных установках быстрого смешивания с применением коагуляции и флокуляции, а также осадочными бассейнами.

После осаждения образцы теста отбирают из цилиндров, измеряют степень мутности супернатантной (находящейся над осадком) жидкости. Составленный график мутности, в зависимости от дозы коагулянта, помогает определить оптимальную дозировку.

Критерием, полученным в результате теста шести цилиндров, является качество результирующего флокула и степень чистоты жидкости в супернатанте после осаждения. Затем начинается разработка полномасштабного технологического процесса на основе выборочного отбора химических веществ и концентраций.

Результаты исследований воды
Результаты исследований воды после прохождения теста могут быть примерно такими. Конкретный результат зависит от концентрации реагентов и других составляющих процесса

Часто результаты теста недостаточны для получения точной картины очистки, несмотря на широкое применение отменного способа тестирования.

Параметры серии тестовых испытаний не гарантируют соответствия результатам, полученным практическим путём на реальной промышленной установке.

Эксплуатация и обслуживание систем очистки

Использовать коагуляторы, флокуляторы, осветлители невозможно без обученного персонала. Техническое обслуживание оборудования флокуляции коагуляции требует регулярности.

Ключевыми аспектами эксплуатации и обслуживания коагуляторов, флокуляторов, осветлителей являются:

  • наличие запаса химических реагентов (минимум на месяц);
  • контроль дозирования химических реагентов-коагулянтов;
  • регулярный приём воды с последующим исследованием;
  • скоростное смешивание воды с коагулянтами непосредственно при добавлении;
  • плавность смешивания в режиме флокуляции;
  • размещение флокуляторов и осветлителей в непосредственной близости друг от друга.

Процесс коагуляции-флокуляции сопровождается значительным образованием шлама при осаждении. Эта илистая масса может повторно использоваться в качестве сельскохозяйственных удобрений при условии отсутствия токсичных соединений.

При наличии токсинов твердые отходы необходимо обрабатывать соответствующим образом или утилизировать экологически безопасными способами.

Очистка промышленных сточных вод


По материалам: SSWM

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *