Коагуляция воды: методы, коагулянты и сферы применения

Качество воды критически важно в бытовом использовании, промышленных процессах, производстве питьевой воды. Нормы для питьевой, технической и промышленной воды строги, но зачастую вода не соответствует этим стандартам из-за наличия тонких взвешенных частиц и примесей.

Среди методов водоподготовки выделяется коагуляция, которая удаляет вредоносные частицы. Подробно разберем, для чего необходима коагуляция воды, какие проблемы онапомогает решить и каким образом это происходит. Рассмотрим, как коагуляция влияет на улучшение качества воды и предоставим полезные сведения для тех, кто ищет способы оптимизации процесса очистки воды.

Вода для домашнего и питьевого использования стандартизирована санитарными нормами. Это означает, что жидкость не должна иметь цвета, мутности, посторонних вкусов или запахов и не содержать вредных минералов и органических частиц.
Чтобы такое качество было возможно, вода проходит через многоступенчатую очистку. Одним из важных этапов является коагуляция, которая помогает убрать из воды мельчайшие примеси, делая ее безопасной для потребления.

Очистка воды включает удаление примесей с использованием коагулянтов для ускорения осаждения и фильтрации загрязнителей. Впоследствии частицы легко отделяются с помощью осаждения.

Вода содержит взвешенные вещества – частицы песка или глины, а также соли жесткости, мелкую органику. Эти частицы придают воде мутность и различные оттенки — желтый/рыжий, иногда вода неприятно пахнет.

Взвешенные частицы остаются во взвешенном состоянии из-за одинакового отрицательного заряда, который вызывает взаимное отталкивание. Они слишком лёгкие, чтобы опускаться на дно, и постоянно поднимаются под действием тяжелых водных молекул.
Взвеси в воде появляются из разных источников — городских стоков, отходов животных, дождевой и талой воды, промышленных выбросов и т.д. Грунтовые воды впитывают их по мере прохождения через слои почвы. Подземные источники содержат частицы горных пород, а водопроводная вода загрязнена из-за старых труб.

Взвеси опасны тем, что настолько загрязняют воду, что использовать ее в бытовых целях становится опасно. Мутная вода засоряет домашнюю технику, уменьшая срок ее службы. Определить наличие и точный состав взвешенных примесей можно только с помощью лабораторного анализа, домашние тесты здесь не помогут.

1. Контактный метод – применение зернистой загрузки в отдельной части фильтрующей системы. Коагулянт наносят на поверхность зёрен. Вода протекает через этот слой снизу вверх, где и происходит коагуляция. Этот метод очищает воду быстрее, и он не зависит от температуры окружающей среды.
2. Свободный метод очистки использует специальные смесительные емкости или камеры, куда напрямую добавляют коагулянт. В этих условиях формируются хлопья, которые затем оседают на дно. Этот метод требует больше времени и чаще применяется для очистки сточных вод.

Оба метода направлены на улучшение качества воды, каждый из них оптимален для разных условий и типов загрязнений.

Какие бывают коагулянты

Неорганические коагулянты распространены, поскольку мало стоят. Они требуют малых дозировок и быстро растворяются в воде. Эти соединения помогают снизить жёсткость воды и практически не влияют на уровень pH. Диоксид титана более дорогой вариант, но обеспечивает экономичное потребление и высокое качество очистки.

Органические коагулянты, которые могут быть природными или синтетическими, стоят дороже, но предпочтительны для очистки питьевой воды, так как не влияют на уровень pH. Они осветляют воду, содержащую взвешенные частицы, и быстро формируют осадок. Эти коагулянты работают даже в холодных условиях, начиная от 10-15 градусов Цельсия.

Этот вид коагуляции происходит на поверхности гранулированного материала в специализированной части очистного оборудования. Микрочастицы, подверженные броуновскому движению, притягиваются к макрочастицам сорбента и прилипают к ним благодаря вандерваальсовым силам.

Этот метод коагуляции выделяется следующими характеристиками в процессе водоподготовки:

1. Концентрация макрочастиц гидроксидов алюминия или железа напрямую влияет на эффективность процесса.
2. Температурные колебания и pH раствора практически не влияют на скорость и качество коагуляции.
3. Метод обеспечивает быструю и интенсивную очистку, сокращая время на извлечение загрязнителей по сравнению с традиционными методами.
4. Микрочастицы становятся менее стабильными для коагуляции на поверхности крупных частиц, что улучшает их агломерацию.

Контактная коагуляция применяется в фильтрах, где вода проходит через слой сорбента, на котором уже сосредоточены коагулянты. Процесс ускоряет удаление мутности из воды, в связи с чем отпадает необходимость в дополнительных стадиях осветления и осаждения.
Использование фильтров с взвешенной контактной средой, гидроксидами алюминия или железа очень эффективна. Она ускоряет очищение и обесцвечивание воды, уменьшает площадь очистных сооружений, лучше фильтрует воду и снижает расход реагентов. Эти системы повышают производительность при минимальных затратах и занимаемом пространстве.

Коагуляция активно применяется для очистки воды в:

1. Промышленном использовании. Предприятия встраивают системы очистки воды в свои процессы. Это включает установку фильтрационного оборудования, которое использует коагулянты для устранения загрязнителей.
2. Очистке питьевой воды. В этой сфере коагуляция выполняет роль первого этапа в комплексной очистке, дополненной механической фильтрацией и другими технологиями. Коагулянты нужно дозировать.
3. Обработке сточных вод. На станциях очистки сточных вод коагулянты вводят в жидкость в смесительных камерах. Этот процесс завершается образованием и оседанием хлопьев в отстойниках.
4. Очистке воды в бассейнах. Метод находит применение как в общественных, так и в частных бассейнах, расположенных на приусадебных участках или в дачных кооперативах. Коагулянты добавляют в воду до фильтра, но после насоса, чтобы сформированные хлопья не разрушались и могли эффективно фильтроваться. При первичном заполнении бассейна коагулянты иногда вводят напрямую в воду.

Коагулянты и флокулянты — это химические средства для очистки воды в бассейнах, которые помогают изменять цвет воды, удалять мутность и водоросли там, где механические фильтры не помогают. Эти химикаты не вызывают пенообразования и не пахнут. Применяются с песочными фильтрами.

Коагулянты для бассейнов часто продаются в виде картриджей. Одного картриджа достаточно для поддержания уровня рН в двадцати кубометрах воды в течение двух недель. Стоимость комплекта из трех картриджей колеблется от 1000 до 2000 рублей.
Коагулянты стоят дорого, однако это не значит, что они лучше работают. Компании предлагают доступные продукты для очистки воды. При выборе рекомендуется опираться на мнения консультантов магазинов и отзывы других покупателей.

Для полной очистки воды часто используют обратный осмос или сложные многоэтапные системы: грубую очистку, ионный обмен и тонкую фильтрацию.
Системы обратного осмоса требуют очищать воду перед использованием, так как загрязнения быстро забивают тонкопористую мембрану и выводят её из строя. В свою очередь, многоэтапные системы занимают много места и требуют настройки для надежной работы.

Для очистки создаются оптимальные условия, которые быстро осаждают гидроксиды железа и алюминия.

1. Количество и состав коагулянтов. Увеличение содержания гидролизующихся солей ускоряет появление хлопьев и их осаждение. Примеры коагулянтов включают сульфаты алюминия и железа .
2. Температурные условия и интенсивность перемешивания.Температурный показатель для коагуляции составляет 20 - 25°C, и его следует стабильно поддерживать. Изменения температуры затрудняют коагуляцию и вызывают помутнение воды.
3. Регулирование уровня pH. Осаждение гидроксида алюминия достигается при pH 6,0 до 6,5. Для гуматов — pH между 5,5 и 6,5, а для железных соединений — pH между 6,5 и 7,5. Каждый источник воды требует собственной настройки pH, которая основана на его составе.
4. Использование дополнительных реагентов. Введение окислителей, таких как хлор или озон, усиливает коагуляцию, разрушая стабилизирующие органические соединения для вод с высокой цветностью.
5. Добавление флокулянтов и замутнителей. Флокулянты вводят через несколько минут после коагулянтов для ускорения агломерации хлопьев. Замутнители ускоряют образование хлопьев на 30-50%.
6. Переработка шламов. Введение отработанной промывной воды из фильтров или осадка отстойников помогает экономить на коагулянтах, улучшает формирование хлопьев.
7. Внешние воздействия. Применение электрических и магнитных полей, ультразвука или ионизирующего излучения также усиливает процесс коагуляции.

Эти шаги помогают очищать воду и управлять ее общим качеством.