Коагуляция и флокуляция в водоподготовке

Коагуляция и флокуляция — процессы, которые существенно упрощают очистку воды от коллоидов и взвешенных веществ. С их помощью происходит концентрирование примесей в хлопьеобразной форме, которую легче удалить путем отстаивания, флотации и фильтрации.

Коагуляция и флотация являются необходимыми этапами очистки поверхностных вод. С помощью них можно удалить ил, глины, коллоиды и ассоциированные с ними живые организмы: бактерии, водоросли, планктон. Коагуляция способствует уменьшению содержания тяжелых металлов и гуминовых кислот, обусловливающих цветность воды.

Зачем используют коагуляцию

Не все вещества можно удалить путем отстаивания в течение короткого промежутка времени. Чем меньше частица, тем дольше она оседает, и процесс этот может занимать дни и годы.

В качестве примера приведем сравнение времени, необходимого для отстаивания разных частиц.

Частица	Диаметр, мкм	Время для отстаивания в слое 1 м
Гравий	10000	1 с
Песок	1000	10 с
Глина	1	2 сут
Бактерии	1	8 сут
Коллоиды	0,01	20 лет

Коллоидные частицы практически не отстаиваются естественным образом. Чтобы их осадить, необходимо объединение частиц в агрегаты большего размера. Это достигается путем добавления в воду коагулянта — обычным фильтром под мойкой ее не очистить.

Сами по себе коллоидные частицы не образуют агрегаты ввиду того, что они отталкиваются друг от друга под действием электростатической силы.

Коллоидные частицы в воде носят отрицательный заряд. Он нейтрализуется положительными ионами, который образуют вокруг частиц так называемый двойной ионный слой.

Есть несколько моделей, объясняющие поведение коллоидов: Гельмгольца, Гуи-Чапмана, Штерна. Для водоочистки больше интересен механизм, по которому коллоидная суспензия переходит из стабильного состояния, образуя сложные комплексы, выпадающие в осадок или образующие пленку.

Механизм коагуляции

Любой коллоид можно охарактеризовать термодинамическим и электрокинетическим потенциалами. Первый также называют потенциалом Нернста. Она образуется на поверхности частицы. Электрокинетический или дзета-потенциал образуется на поверхности двойного слоя. Ввиду того, что не происходит полной компенсации отрицательного заряда частицы, дзета-потенциал сохраняет отрицательный заряд.

При приближении двух коллоидных частиц друг к другу на каждую из них действует сила притяжения Ван-дер-Ваальса и сила электростатического отталкивания. В природных водах силы отталкивания многократно превышают силы притяжения, поэтому коллоиды устойчивы к агрегированию в естественных условиях.

Введение коагулянта уменьшает силы электростатического отталкивания вследствие нейтрализации поверхностных зарядов коллоидных частиц и уменьшения дзета-потенциала.

Коагулянт является источником многовалентных катионов, способных связываться с органической макромолекулой. Флокулянт сшивает образованные структуры, за счет связей, образованных гидроксильными соединениями. В качестве флокулянтов используют минеральные, природные и синтетические полимеры.

Процессы, протекающие при коагуляции и флокуляции:

1. Добавление коагулянта. Реагент растворяется в воде, происходит ионизация и гидролиз-полимеризация коагулянта. Скорость гидролиза зависит от температуры и ионной силы раствора, как правило, протекает мгновенно.
2. Дестабилизация коллоидной суспензии. В результате адсорбции ионов коагулянта на поверхности частиц и снижении силы электрохимического отталкивания частиц протекает коагуляция. На это требуется от нескольких секунд до нескольких минут.
3. Добавление флокулянта. Коллоид включается во взвесь гидроксида и за счет полимерных составляющих флокулянта происходит укрупнение агрегатов. Флокуляция протекает медленнее коагуляции, но тоже занимает считанные минуты.

На эффективность коагуляции влияют следующие факторы:

• валентность катиона, входящего в состав коагулянта. Прямая зависимость;
• величина pH. Зависит от природы коллоида и коагулянта. Корректируют добавлением основных или солей сильных кислот.

Коагулянты и флокулянты для очистки воды

Наиболее популярные составы для коагуляции производят на основе солей железа и алюминия. Это объясняется их эффективностью, доступной стоимостью и относительной безвредностью.

Чаще всего используют следующие реагенты:

• сульфат алюминия (алюминиевые квасцы);
• хлорид алюминия;
• алюминат натрия;
• полихлориды и полихлорсульфаты алюминия;
• препараты PAC, PACS, WAC и др.;
• сублимированный или кристаллизованный хлорид железа (III);
• сульфат железа (III) и (II);
• маланминформол;
• эпиDMA;
• полиDADMAC

В качестве флокулянтов могут быть использованы следующие вещества:

• активированный кремнезем;
• силикоалюминат;
• альгинаты натрия;
• крахмалы;
• природные полисахариды вроде производных целлюлозы, танинов, растительных смол, ксантенов;
• сополимеры акриламида и акриловой кислоты;
• полиакриламиды;
• метакрилат диметиламинэтила;
• акрилат диметиламинэтила;

Дозы реагентов подбирают с учетом предварительного тестирования.

Ищете станцию для очистки воды, бытовой фильтр или комплектующие к системам для водоподготовки? В нашем каталоге представлено несколько сотен наименований продукции, которая поможет сделать вашу воду чистой и безопасной для питьевых нужд. Работаем по всей Беларуси. Консультируем по выбору товара в чате или по телефону. Опыт работы в сфере водоочистки — 10 лет.