При улучшении качества воды в качестве коагулянтов используют соли алюминия и железа. В отечественной практике обычно их применяют в растворенном состоянии. В табл.1.1 приведена растворимость коагулянтов (в пересчете на безводный продукт), а в табл.1.2 - плотность растворов коагулянтов различной концентрации. Приведенная в этих таблицах массовая концентрация См (число граммов растворенного вещества в 100 г раствора) переводится в объемно-массовую концентрацию С0 (число граммов растворенного вещества в 1 л раствора) по уравнению
Со=10ρСм,
где ρ - относительная плотность раствора (для воды ρ=1000 кг/м3).
Зависимость плотности от температуры выражается формулой
pi= pt0 + a (t0-t),
где а=0,25.0,4 кг/ (м3*°С) - температурный коэффициент плотности; t°, t - соответственно температуры измеренная и расчетная.
Таблица 1.1
| Растворимость, % по массе, при температуре раствора,°С | |||||||||
| Коагулянт | 0 | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 | 60 | 80 | 100 |
| Al2 (S04) 3 | 23,8 | 25,1 | 26,7 | 28,8 | 31,4 | 34,3 | 37,3 | 42,2 | 47,1 |
| FeCl3 | 42,7 | 45,0 | 47,9 | 51,6 | - | 78,2 | 78,9 | 84,0 | 84,3 |
| FeS04 | 13,5 | 17,0 | 21,0 | 24,8 | 28,7 | 32,3 | 35,5 | 30,5 | - |
Таблица 1.2
| Коагулянт | Температура растворов,°C | Плотность раствора, кг/м3, при его концентрации,% по массе | ||||||||||||||
| 1 | 2 | 4 | 6 | 8 | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 | |||||||
| Al2 (S04) 3 | 19,0 | 1000 | 1019 | 1040 | 1060 | 1033 | 1105 | 1266 | 1338 | - | ||||||
| FeCl3 | 17,5 | 1007 | 1015 | 1032 | 1049 | 1067 | 1085 | 1182 | 1291 | 1417 | 1551 | |||||
| Fe2 (S04) 3 | 17,5 | 1007 | 1016 | 1033 | 1050 | 1067 | 1084 | 1181 | 1307 | 1449 | 1613 | |||||
| FeSO4 | 18,0 | 1008 | 1018 | 1037 | 1057 | 1078 | 1100 | 1213 | - | - | - | |||||
В водоподготовке применяют следующие алюминийсодержащие коагулянты: сульфат алюминия, оксихлорид алюминия, алюминат натрия (табл.3.3).
Таблица 1.3
| Коагулянт | Формула | Содержание, % по массе | |
| Al2O3 | нерастворимых примесей | ||
| Сульфат алюминия: неочищенный | A1* (S04) 318Н2О | >9 | <30 |
| очищенный | Al2 (S04) 318Н20Al2 (S04) 314Н20Al2 (S04) 312Н20 | >13,517.1928,5 | <13,1 |
| Оксихлорид алюминия | Ala (ОН) 5С1 6Н2О | 40.44 | - |
| Алюминат натрия | NaA102 | 45.55 | 6.8 |
Сульфат алюминияA1* (S04) 3 18Н2О - неочищенный технический продукт, представляющий собой куски серовато-зеленоватого цвета, получаемые путем обработки бокситов, нефелинов или глин серной кислотой. Он должен иметь не менее 9% А120з, что соответствует содержанию порядка 30% чистого сульфата алюминия. В нем также содержится около 30% нерастворимых примесей и до 35% воды.
Очищенный сульфат алюминия (ГОСТ 12966-85*) получают в виде плит серовато-перламутрового цвета из неочищенного продукта или из глинозема растворением в серной кислоте. Он должен иметь не менее 13,5% А120з, что соответствует содержанию 45% сульфата алюминия. Оба рассмотренных коагулянта перевозят навалом в закрытых железнодорожных вагонах.
В России для обработки воды выпускается также 23 - 25% -ный раствор сульфата алюминия. При его применении отпадает необходимость в специальном оборудовании для растворения коагулянта, а также упрощаются и удешевляются погрузочно-разгрузочные работы и транспортирование.
Глинозем 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 воды ниже 4ºС в результате возрастания гидратации гидроксида алюминия замедляются процессы коагулирования ее примесей и декантации хлопьев, быстро засоряются фильтры, осадок гидроксида алюминия отлагается в трубах, остаточный алюминий попадает в фильтрат, а хлопья гидроксида образуются в воде уже после подачи потребителям.
Оксихлорид алюминия А12 (0Н) 5СЬ6Н20 представляет собой зеленоватые кристаллы, получаемые растворением свежеосажденного гидроксида алюминия в 0,5-1% -м растворе соляной кислоты. Реагент содержит 40.44% А1203 и 20.21 NaCI. Выпускается в виде 35% -ного раствора. При его применении минерализация воды возрастает, а ее щелочность снижается в меньшей степени, чем при введении сульфата алюминия, что особенно важно при обработке мягких вод.
Алюминат натрияNaA102 представляет собой твердые куски белого цвета с перламутровым блеском на изломе, получаемые растворением гидроксида или оксида алюминия в растворе гидроксида натрия. Сухой товарный продукт содержит 55% А120з, 35°/о Na20 и до 5% свободной щелочи NaOH. Растворимость NaA102 - 370 г/л (при 20°С). Насыпная масса 1,2..1.8 т/м3.
В водообработке применяют также железосодержащие коагулянты: хлорное железо, сульфаты железа (II) и железа (III), хлорированный железный купорос.
Хлорное железоFeCl3*6H20 (ГОСТ 11159-86) представляет собой темные с металлическим блеском кристаллы, очень гигроскопичные, поэтому транспортируют его в железных герметичных бочках. Получают безводное хлорное железо хлорированием стальной стружки при температуре 700ºС, а также как побочный продукт при производстве хлоридов металлов горячим хлорированием руд. Содержит в товарном продукте не менее 98% FeCl3. Плотность 1,5 т/м3.
Сульфат закиси железаFeS04*7H20 (железный купорос по ГОСТ 6981-85) представляет собой прозрачные зеленовато-голубые кристаллы, легко буреющие на воздухе в результате окисления железа (П). Товарный продукт выпускается двух марок (А и Б), содержащих соответственно не менее 53 и 47% FeS04, не более 0,25 и 1% свободной H2S04 и не более 0,4 и 1% нерастворимого осадка. Поставляют его в деревянных бочках или барабанах массой до 120 кг, а также в ящиках массой 80 кг, плотность 1,5 т/м3. Промышленность выпускает также и 30% -ный раствор сульфата железа (II), содержащий до 2%, свободной H2S04. Транспортируют его в гуммированной таре.
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 водообра - ботку. В связи с этим железный купорос используют главным образом в технологии известкового и известково-содового умягчения воды, когда при устранении магниевой жесткости значение рН поддерживают в пределах 10,2.13,2 и, следовательно, соли алюминия не применимы.
Сульфат железа (Ш) Fe2 (S04) 3*2H20 (сульфат железа окисный по ВТУ УХКП52-86) получают растворением оксида железа в серной кислоте. Продукт кристаллический, очень гигроскопичный, хорошо растворяется в воде. Поставляется в бумажных мешках, плотность 1,5 т/м3. Использование солей железа (III) в качестве коагулянта предпочтительнее по сравнению с сульфатом алюминия. 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, в связи с чем в воде остается большое количество мелких хлопьев, поступающих на фильтры. Эти недостатки в значительной мере устраняются при добавлении сульфата алюминия.
Хлорированный железный купоросFe2 (S04) 3+FeCl3 получают непосредственно на водоочистных комплексах обработкой раствора железного купороса хлором, вводя на 1 г FeS04-7H2О 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. Максимальное отношение FeCl3 к Al2 (S04) 3 при применении смешанного коагулянта по массе равно 2:
1. Вода, обработанная смешанным коагулянтом, как правило, не дает отложений даже при низкой температуре, так как формирование и седиментация хлопьев заканчиваются в основном до фильтров; хлопья осаждаются равномерно, и в сооружениях I ступени достигается более полное осветление воды. Применение смешанного коагулянта позволяет существенно сократить расход реагентов. Составные части смешанного коагулянта можно вводить как раздельно, так и предварительно смешав растворы. Первый способ более гибок при переходе от одного оптимального соотношения реагентов к другому, однако, при втором проще осуществлять дозирование.
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.