Коагулирование примесей воды

Основной метод обработки поверхностных вод — коагулирование их примесей, которое производят при осветлении и обесцвечивании в целях интенсификации процессов как осаждения, так и фильтрования, и флотации; при этом из воды можно выделить не только диспергированные примеси, но и вещества, находящиеся в коллоидном состоянии. Вода после обработки коагулянтами освобождается от исходной взвеси, части гумусовых веществ, обусловливающих цветность, значительной части бактериальных загрязнений (вследствие их сорбции) и более крупных планктоновых организмов.

Коагуляцией примесей воды называют процесс укрупнения мельчайших коллоидных и взвешенных частиц, происходящий вследствие их взаимного слипания под действием сил молекулярного притяжения. Коагуляция завершается образованием видимых невооруженным глазом агрегатов-хлопьев и отделением их от жидкой среды.

Различают два вида коагуляции: в свободном объеме (происходит в камерах хлопьеобразования) и контактную (в толще зернистой загрузки или массе взвешенного осадка). Коагулирование примесей воды при ее осветлении и обесцвечивании производят в целях интенсификации процессов осаждения и фильтрования, при этом из воды можно выделить не только диспергированные примеси, но и вещества, находящиеся в коллоидном состоянии.

Частицы примесей природной воды при столкновении друг с другом или с частицами контактной массы обычно отталкиваются, так как они обладают определенной агрегативной устойчивостью.

Агрегативная устойчивость большинства примесей воды (глинистые частицы, гумусовые вещества и т. п.) обусловлена электростатическими силами отталкивания, определяемыми наличием вокруг частиц двойного электрического слоя, состоящего из противоположно заряженных ионов.

Непосредственно на поверхности частиц — отрицательно заряженные ионы, а вокруг — атмосфера противоионов из ионов водорода, натрия или калия.

Глина и гумусовые вещества по своей химической природе являются амфолитами, т. е. веществами, обладающими амфотерными свойствами. Для каждого амфотерного вещества существует такое значение pH среды (pH изоэлектрической точки), при котором заряд частицы равен нулю. Чем больше разность между pH среды и pH изоэлектрической точки амфолита, тем больше величина заряда. Для глины pH изоэлектрической точки около 5, для гуминовых веществ — 3,5…4,5; значение pH большинства природных вод — 6,5…7,5. В этих условиях примеси воды обладают отрицательным зарядом и имеют высокую агрегативную устойчивость. Для обеспечения коагуляции необходимо уменьшить их агрегативную устойчивость, т. е. чтобы заряд частиц был минимальным или равен нулю.

При введении в обрабатываемую воду сульфата алюминия происходит диссоциация его молекул:

Образовавшиеся ионы алюминия частично адсорбируются коллоидными и взвешенными частицами, а частично гидролизуются с образованием гидроксида алюминия. Первый процесс приводит к нарушению агрегативной устойчивости примесей воды, к их взаимному слипанию при контакте друг с другом или с частичками контактной массы. Второй процесс связан с формированием хлопьев гидроксида алюминия, на поверхности которого сорбируются дисперсные и коллоидные частицы примесей. Отдельные хлопья при контакте укрупняются, а затем выпадают в осадок или задерживаются в толще фильтрующей загрузки.

На процесс коагуляции оказывают существенное влияние такие факторы:

• — правильный выбор дозы коагулянта;
• — концентрация водородных ионов в воде;
• — щелочность воды;
• — температура воды;
• — условия перемешивания (в камерах хлопьеобразоваиия);
• — быстрота смешения коагулянта с водой;
• — содержание в воде естественных взвесей.

Для создания благоприятных условий коагулирования примесей воды широко используют предварительное хлорирование.

Хлор достаточно давно применялся для обработки воды, но в качестве обеззараживающего бактерицидного агента для обеззараживания воды, и вводился в воду в начале и в конце процесса очистки.

Хлор в воде обладает широким диапазоном действия. Он является сильным окислителем и, вступая в химическое взаимодействие с гуминовыми веществами, разрушает их, в результате достигается заметное снижение цветности воды.

Хлор обладает сильным бактерицидным действием, убивая бактериальную флору и фауну, клетки фитои зоопланктона, а также крупные организмы, видимые невооруженным глазом. Это обстоятельство сказывается благоприятно на работе фильтров, поскольку препятствует образованию обрастаний на материале загрузки фильтров.

Хлор вводится в смеситель или в специальные водоприемники — ковши, устраиваемые на водном источнике. Ковши представляют собой искусственный залив, который устраивается при больших отборах воды из источника.

Правилами технической эксплуатации водопроводов и водоотводящих систем для предварительного хлорирования рекомендуются дозы хлора 3…5 мг/л. При назначении дозы необходимым условием является наличие в обработанной воде остаточного хлора в количестве 0,3…0,5 мг/л в первой водоразборной точке после насосов II подъема.