Реферат на тему флокулянты

Обновлено: 04.07.2024

1. Пазенко Т.Я. Обработка промывных вод фильтров водоподготовки / Т.Я. Пазенко, А.Ф. Колова // Известия вузов. Строительство. – 2010. – № 9. – С. 65-68.

2. Драгинский В.Л. Обработка промывных вод фильтров водоочистных станций / В.Л. Драгинский, Л.П. Алексеева // Водоснабжение и санитарная техника. – 2005. – № 8. – С. 25-31.

4. Драгинский В.Л. Особенности применения коагулянтов для очистки природных цветных вод / В.Л. Драгинский, Л.П. Алексеева // Водоснабжение и санитарная техника. – 2008. – № 1. – С. 9-15.

6. Вольф И.Н., Ткаченко Н.И. Химия воды и микробиология природных и сточных вод. – Л.: Изд-во Ленинградского университета, 1973. – 238 с.

7. Драгинский В.Л. Коагуляция в технологии очистки природных вод / В.Л. Драгинский, Л.П. Алексеева, С.В. Гетманцев. – М., 2005. – 576 с.: ил.

8. Водное хозяйство промышленных предприятий. Флокулянты. Т.(часть 6): справочное издание. – Изд. Теплотехник. – 2008.

В данной работе содержится: сравнительный анализ и принцип действия современных коагулянтов и флокулянтов, используемых в практике очистки природных и сточных вод; лабораторные исследования основанные на процессах очистки промывных вод скорых фильтров водопроводных очистных станций городов Тюмени и Кургана с подбором наиболее эффективных коагулянтов и флокулянтов.

Научная новизна работы

Предложена реагентная очистка промывных вод скорых фильтров станции водоподготовки городов Тюмени и Кургана.

Практическая значимость работы

Произведен выбор современных реагентов, определены их дозы для снижения мутности промывных вод скорых фильтров с целью их оборотного использования.

Водопроводные очистные станции городов Кургана и Тюмени – самые крупные в регионе Среднего и Южного Зауралья, следовательно, их влияние на экосистемы рек Тура, Тобол, Иртыш значительно в результате привноса в водные объекты несвойственных им химических веществ [1,2].

Практическая цель работы – усовершенствование станций водоподготовки, построенных в 70-х годах. Предложение – не сбрасывать промывную воду фильтров в реку, а возвращать ее на доочистку.

Принцип действия современных коагулянтов и флокулянтов, используемых для обработки промывных вод скорых фильтров

Коллоидно-дисперсные примеси удаляются из воды методом коагулирования с последующим осаждением и фильтрованием. Коллоидные частицы относятся к ультрамикрогетерогенным примесям, имеющим размер частиц от 10–7 до 10–9 м, обладающих высокой агрегативной устойчивостью за счет одноименного заряда.

Механизм коагулирования рассмотрим на примере, когда в воде присутствует глинистая взвесь, состоящая из алюмосиликатов общей формулы Al2O3 ∙ ySiO2 ∙ zH2O или в простейшем виде Al2O3 ∙ ySiO2 ∙ zH2O. С химической точки зрения, глина состоит из молекул алюмокремниевой кислоты примерного вида H4Al2Si2O9 способной диссоциировать H4Al2Si2O9 ↔ 4H+ + Al2Si2O9–4 на катион водорода и кислотный остаток алюмокремниевой кислоты.

Представим один из вариантов строения мицеллы коллоидного раствора алюмокремниевой кислоты.

Рис. 1. Технологическая схема станций водоподготовки г. Тюмень и г. Курган

Сооружения: 1 – насос I-го подъема; 2 – смеситель; 3 – горизонтальный отстойник; 4 – скорый фильтр; 5 – РЧВ; 6 – насос II-го подъема; 7 – хлораторная; 8 – реагентное хозяйство; 9 – промывной насос; 10 – камера хлопьеобразования. Технологические трубопроводы: В0 – подача воды в сеть; В1 – подача исходной воды; В2 – фильтрованной воды; В4 – подача промывной воды; К3 – сброс осадка из отстойника; К4 – отвод промывных вод; Cl2 – хлорная вода.

Анионы алюмосиликата образуют основу отрицательно заряженной глинистой частицы, окруженной сферой положительных ионов. При подкислении происходит нейтрализация отрицательного заряда коллоидной частицы, частицы потерявшие заряд слипаются, утяжеляются и под действием силы тяжести выпадают в осадок (т.е. коагулируют). Зависимость устойчивости дисперсной системы от величины ʓ-потенциала частиц, характерна для гидрофобных коллоидов. Однако в практике очистки природных и сточных вод нередко приходиться иметь дело с коллоидами гидрофильными, которые менее чувствительны к добавлению электролитов [3].

В практике же очистки природных и сточных вод, как правило, используются коагулянты.

Чаще всего, это соли, образованные слабым основанием и сильной кислотой, попадая в воду подвергаются гидролизу с образованием труднорастворимых гидроокисей. Образующиеся хлопья гидроокисей адсорбируют частицы примесей из воды и выпадают вместе с ними в осадок. В нашей работе, мы использовали именно такие коагулянты: Al2(SO4)3 ∙ 18H2O и Al2 (OH)5Cl [4].

Сульфат алюминия – Al2(SO4)3 ∙ 18H2O

При внесении его в воду происходит гидролиз по катиону:

Поскольку Al2 (OH)3 – амфотерная гидроокись, получить стабильный осадок, исходя из константы гидролиза, удастся при рН = 6,5-7,5. С целью получения наиболее устойчивого осадка применяют подщелачивание содой или известью.

Процесс нейтрализации водородных ионов за счет расходования бикарбонатной щелочности воды можно представить уравнением:

Количество извести и соды, необходимой для нейтрализации водородных ионов и создания резервной остаточной щелочности подсчитывается по эмпирическим формулам [5].

Преимущества использования сульфата алюминия: при увеличении рН > 4, 0 – 4, 5 выпадает хлопьевидный осадок гидрата окиси алюминия, весьма заметный в растворе и сигнализирующий о необходимости подкисления электролита; позволяет избежать изменения окраски стока при обработке, является доступным и экономичным.

Оксихлорид алюминия Al(OH)x ⋅ Cly ⋅ nH2O, другие названия гидроксихлорид алюминия (по международной номенклатуре не патентованное название РАС).

3 стадии коагуляции:

1. ОХА – частично гидролизованный хлорид алюминия, попадая в воду, подвергается гидролизу по катиону:

2. На второй стадии процесса коагуляции основная роль отводится адсорбции на коллоидных частицах гидроксидов алюминия.

3. Третья стадия коагуляции происходит в результате столкновения молекул гидроксидов алюминия между собой, коллоидных частиц примесей воды и результирующего укрупнения образовавшихся хлопьев за счет соединения их друг с другом.

На рис. 2 представлена схема образования коагуляционных хлопьев (гетерогенные дисперсные примеси – ГДП) Частицы гидроксида под действием силы тяжести, адсорбируются на коллоидные примеси [6].

Преимущества использования оксихлорида алюминия: стабильность процесса коагуляции, в том числе при низких температурах воды; не нужно подщелачивать с целью уменьшения концентрации Н+; обеспечение содержания остаточного алюминия менее 0,2мг/л; при введении в воду практически не снижает щелочность и рН обрабатываемой воды, что способствует уменьшению скорости коррозии металлов в системах водоснабжения и теплоснабжения, за счет исключения образования агрессивной углекислоты [7].

Флокулянты на основе ПАА

Флокулянты Flopam и Praestol (существует около 800 различных флокулянтов) могут быть объединены в 3 отдельные категории: неионогенные; анионные; катионные.

Неионогенные марки флокулянтов представляют собой технически чистый полиакриламид. Его вырабатывают путем сополимеризации моноакриламида и солей акриловой кислоты.

Являясь амфотерным полиэлектролитом, ПАА способен диссоциировать в зависимости от рН среды, по кислотному и по основному типу:

где R – углеводородная цепочка молекулы ПАА.

При значениях рН, соответствующих изоэлектрическому состоянию, молекулы ПАА, оставаясь в целом электронейтральными, содержат одновременно положительно заряженные и отрицательно заряженные ионогенные группы. В результате взаимодействия заряженных групп молекулы ПАА в нейтральной среде сворачиваются в клубок, захватывая коллоидные примеси, а в кислой и щелочной среде вытягиваются в цепочку, также захватывая коллоидные примеси.

Механизм действия ПАА заключается в адсорбции его ионогенными группами образующихся при коагуляции микрочастиц. Анионные марки флокулянтов являются сополимерами акриламида с возрастающими долями акрилата, придающими полимерам в водном растворе отрицательные заряды и тем самым анионный характер: за счет чего происходит диссоциация по основному типу, при диссоциации акрилата образуется частица с отрицательным зарядом.

Исходные мономеры – акриламид и акриловая кислота в присутствии каустика, в результате образуется сополимер акриловой кислоты и акрилата натрия. Катионные марки флокулянтов являются сополимерами акриламида с возрастающими долями катионных сомономеров. Внесенные катионные группы обладают в водном растворе положительными зарядами.

Анионные флокулянты особенно эффективны при обработке дисперсных систем с отрицательно заряженными коллоидными частицами. Большинство органических коллоидов имеют отрицательный заряд. Катионные флокулянты – для обработки дисперсных систем с положительным зарядом. Неорганические коллоиды, как правило, имеют положительный заряд, например, коллоидная гидроокись железа. Механизм действия катионных и анионных флокулянтов заключается в фиксировании дестабилизированных частиц (заряженных) и обьединении их вдоль полимерной цепи [8].

Цель исследований: совершенствование технологии реагентной обработки промывных вод станций водоподготовки.

В задачу исследования входило: определение эффективности осветления воды в безреагентном режиме; выбор наиболее эффективных реагентов для обработки промывной воды и определение оптимальных доз в разные периоды года.

Исследуемые реагенты: коагулянты-сернокислый алюминий (СА), оксихлорид алюминия (ОХА); флокулянты – полиакрилоамид (ПАА), праестол 650, флопам (FO414OSH фирма SNF France).

Приборы, используемые при лабораторных исследованиях: флокулятор-модель 8800, спектрофотометр Lovibond PS spektro, спектрофотометр ПЭ-5400ви.

Лабораторные исследования

Для определения оптимальных доз реагентов исследуемую промывную воду разливали в 5 мерных цилиндра объемом 500 мл. Далее назначили дозы реагента для каждого цилиндра. По результатам отстаивания определяли мутность на приборах. На диаграмме показано влияние дозы СА и ОХА на высоту слоя и вид осадка.

На графиках продемонстрированы изменения физического показателя качества воды – мутности во времени.

Как видно, применение коагулянтов в зимний период не эффективно, взвешенных частиц довольно мало, все процессы происходят замедленно.

Скачки происходят, благодаря повышенной мутности, возникшей при добавлении реагента, образования хлопьев продукта гидролиза.

В зимнее время наибольший эффект осаждения проявляет – Флопам (0,5 мг/л), а наименьший эффект – без добавления реагентов.

Рис. 3. Влияние дозы СА и ОХА на высоту слоя и вид осадка

Рис. 4. Влияние дозы СА на эффективность осветления промывной воды в зимний период (январь, р. Тура)

1 – без реагентов; 2 – доза 50 мг/л; 3 – доза 100 мг/л; 4 – доза 150 мг/л; 5 – 200 мг/л

Рис. 5. Влияние вида и дозы реагентов на эффективность осветления промывной воды в зимний период (январь, р. Тобол)

1 – без реагентов; 2 – ПАА; 3 – ОХА ; 4 – FO4140SH

Рис. 6. Влияние доз смешанного коагулянта и FO4140SH на эффективность осветления промывной воды в зимний период (март, р. Тура)

СА (12 мг/л)+ОХА (6 мг/л)+ FO4140SH: 1 – без реагентов; 2 – без флокулянта; 3 – доза FO4140SH 0,25 мг/л; 4 – доза FO4140SH 0,5 мг/л; 5 – доза FO4140SH 0,75 мг/л.

Рис. 7. Влияние вида и дозы реагентов на эффективность осветления промывной воды в весенний период (май, р. Тура):

1 – без реагентов; 2 – СА (12 мг/л)+ОХА (6 мг/л); 3 – СА (12 мг/л)+ОХА (6 мг/л)+ПАА (0,5 мг/л); 4 – СА (12 мг/л)+ОХА (6 мг/л)+ПАА (1 мг/л); 5 – СА (12 мг/л)+ОХА (6 мг/л)+ПАА (1,5 мг/л)

Рис. 8. Влияние вида и дозы реагентов на эффективность осветления промывной воды в летний период (июль, р. Тобол):

1 – без реагентов; 2 – Праестол 650 (0,2 мг/л); 3 – Праестол 650 (0,4 мг/л); 4 – Праестол 650 (0,6 мг/л); 5 – Праестол 650 (0,8 мг/л)

Рис. 9. Кинетика отстаивания промывной воды при добавлении флокулянта ПАА с дозой 0,75 мг/л:

1 – опытные данные; 2 – линия тренда.

Весной же выгодным получается применение смеси реагентов – СА (12) + ОХА (6) + ПАА (1,5)

В летний период, предпочтение лучше отдать Праестолу в дозе 0,4 мг/л

Оценка достоверности полученных экспериментальных данных

Используя методы регрессионного анализа, определили функцию изменения мутности промывной воды в заданные промежутки времени при различных дозах реагента ПАА.

Анализ опытных данных показал, что функция изменения мутности в заданные промежутки времени при различных дозах реагентов является убывающей степенной функцией 3-го порядка и адекватно описывает кинетику отстаивания промывных вод скорых фильтров.

Выводы

• Для летнего периода следует отметить – лучшие результаты дает применение коагулянта с последующим введением флокулянтов. Причем наиболее эффективными оказались дозы – Праестол (0,4 мг/л) и Флопам (0,4 мг/л).

• В зимний период – наибольшее снижение мутности было отмечено при обработке воды только смесью коагулянтов СА (12 мг/л) и ОХА(6 мг/л).

• В весенний период – смесью коагулянтов СА (12 мг/л)+ОХА(6 мг/л) с добавлением флокулянта ПАА(1,5 мг/л).

• При обработке одним сернокислым алюминием, а также смесью коагулянтов СА и ОХА и флокулянтом FO 4140 эта зависимость проявлялась в меньшей степени.

• Введение в технологическую схему очистки промывных вод фильтров, позволит исключить сброс в водные объекты, воды содержащие загрязнения.

• Сократить объемы воды, используемые для собственных нужд станции.

• В результатах представленного исследования заинтересованы представители Тюменского и Курганского водоканалов, для применения на практике усовершенствований схем водоподготовки, построенных в 70-х годах.

Актуальность работы.
Сегодня человечество стоит перед лицом серьезного глобального кризиса водных ресурсов – один миллиард человек во всем мире не имеет доступа к чистой питьевой воде, а более 2-х млрд человек не располагают достаточным количеством систем очистки воды, что является главной причиной заболеваний, вызываемых употреблением воды, которая не соответствует санитарным стандартам.
В России, несмотря на то, что она обладает самым крупным на Земле хранилищем пресной воды – озером Байкал, которое способно удовлетворять потребности в питьевой воде 1,5 млрд человек, в ряде регионов существуют трудности в водообеспечении населения безопасной питьевой водой.
Вода – это неотъемлемая составляющая всех живых существ и выполняет одну из основополагающих ролей в промышленной и сельскохозяйственной деятельности. Однако в настоящее время остро ощутима проблема нехватки питьевой и чистой воды.
Один из главных источников загрязнения - это сточные воды. Специалисты в данной области активно занимаются вопросом очистки сточных вод.
Наиболее эффективными методами, которые дают возможность проведения глубокой очистки сточных вод - это физико-химические, а именно флотация. Флотация - это процесс, который основан на всплывании коллоидных и дисперсных примесей вместе с пузырьками воздуха и образование на поверхности флотатора пены.
Цель данной работы- определить особенности очистки воды методом флотации.
Задачи данной работы:
Дать общую характеристику методам очистки воды;
Охарактеризовать метод флотации;
Описать классификацию видов флотации;
Определить достоинства и недостатки флотации.
Структура.
Данная работа состоит из введения, двух глав, трех параграфов, заключения, списка литературы. ВоВведение

поставлена цель и определены задачи работы. В первой главе дается общая характеристика методам очистки воды. Во второй главе, состоящей из трех параграфов, описывается классификация видов флотации, определяются достоинства и недостатки флотации. В заключение сделаны выводы в соответствии с поставленной целью и задачами.

1 Методы очистки воды: общая характеристика

Проблема сохранности природных вод, мер, направленных на должную очистку сточных вод, носит злободневный характер. Сточные воды – это воды, которые были загрязнены в процессе использования на производстве или в бытовых нуждах. Также к сточным водам относят дождевую и талую воду.
К методам очистки сточных вод относятся [5]:
Механический,
Биологический,
Физико- химические.
Далее дадим характеристику вышеуказанным методам очистки сточных вод.
Механический метод – находит отражение на начальном этапе очистки сточных вод. Главная цель этого этапа – это отделение крупнодисперсных включений плотностью свыше плотности воды, снижение значений по биохимическому показателю потребления кислорода, задержание минеральных веществ и отделение песка от сырого осадка в системе сооружений: механические решетки – песколовки – аэротенки (биофильтры, биотенки).
Биологический метод – предполагает протекание очистки в искусственных или естественных условиях с целью снижения показателей загрязнения по лимитирующим показателям:
биохимическое потребление кислорода,
азот аммонийный,
нитриты,
нитраты,
фосфор.
Процессы, которые протекают при биологическом методе, неразрывно связаны с деструкцией органических и синтетических веществ вследствие взаимодействия с группой микроорганизмов [5].
Физико-химическая очистка включает в себя методы: флотация, сорбция, нейтрализация, эвапорация, очистка с использованием механики ионообменных и электрохимических процессов.
Также к физико-химическим методам очистки воды можно отнести обработку реагентами- флокулянтами и коагулянтами. Коагуляция- процесс объединения частиц дисперсной фазы в агрегаты вследствие адгезии частиц при их соударениях.
Флокуляция- вид коагуляции с образованием хлопьевидных соединений- флокул. И коагулянты, и флокулянты- химические вещества, которые способны вызвать или ускорить образование хлопьевидных агрегатов, которые без труда удаляются из очищаемой воды. Спектр использования этих методов очень широк- от очистки воды бытового назначения до использования в различных отраслях промышленности в качестве связующего.
Одна из важных проблем - это проблема очистки промышленных стоков от нерастворимых дисперсных взвесей в различных отраслях:
энергетика,
металлургия,
нефтепереработка,
пищевая промышленность и др.
Часто при разделении гетерогенных систем используют отстойники. Однако такой способ очистки промышленных стоков в современных условиях бесперспективен и экономически убыточен.
Очистка промышленных стоков в песочных и гравийных фильтрах также обладает рядом значительных недостатков:
периодическая регенерация,
замена фильтрующего материала.
Использование для целей очистки промышленных стоков гидроциклонов исключает возможность одновременной очистки от жидких (нефтепродукты) и твердых взвесей, а также достижение высокого качества разделения гетерогенной системы.
В этих условиях несомненную перспективу приобретает метод флотационной очистки промышленных стоков, которые обеспечивают высокую степень очистки как от жидких, так и от твердых дисперсных взвесей при любом объеме стоков

Зарегистрируйся, чтобы продолжить изучение работы

1 Методы очистки воды: общая характеристика

2 Метод флотации: понятие, классификация
2.1 Общая характеристика флотации

Флотация представляет собой физико-химический метод очистки сточных вод от диспергированных и коллоидных включений, который основан на способности частиц прилипать к пузырькам газа, образуя флотокомплексы, которые переходят в слой пены.
Принцип флотации и схема флотационного сооружения представлены на рис. 1 и 2 соответственно.

Рисунок 1 – Принцип флотации.

Рисунок 2 – Схема флотационного сооружения: 1- циркуляционный насос, 2 – компрессор, 3 – напорный бак, 4 – камера флотации, 5 – скребковый механизм, 6 – сборник флотошлама, 7 – система распределения воды и водовоздушной смеси.
Флотацию применяют с целью очистки воды от органических веществ:
нефти,
масла,
ПАВ.
Следовательно, флотация актуальна для обработки сточных вод различных производств, к примеру:
механообрабатывающие производства,
нефтеперерабатывающие предприятия,
автомобильные заводы,
мойки,
молочные заводы,
мясоперерабатывающие комбинаты.
При этом один из наиболее распространенных антропогенных загрязнителей водных ресурсов - это нефтепродукты, которые попадают в окружающую среду различными способами:
неорганизованный отвод ливневого и талого стоков с территорий, загрязненных различными нефтепродуктами и маслами;
сброс неочищенных и недостаточно очищенных нефтесодержащих сточных вод;
аварии на нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводах и других предприятиях, которые связаны с переработкой, хранением и транспортировкой различных нефтепродуктов и продуктов нефтехимии,
аварии систем очистки поверхностных сточных вод, которые образуются на промышленных территориях.
Эффективность флотационной очистки сточных вод определяется, главным образом следующими аспектами [8]:
физико-химические свойства взаимодействующих фаз,
условия их взаимодействия,
конструктивные и технологические параметры флотационных установок.
Большое значение на процесс флотации оказывают следующие факторы:
состав сточных вод,
рН,
температура среды,
вид и концентрация загрязнений,
характер извлекаемых частиц (крупность, форма частиц, степень гидрофобности и гидратированности их поверхности),
расход и дисперсный состав пузырьков газа,
степень перемешивания,
продолжительность обработки и т.д.
Протекание флотационного процесса определяется, в основном, способностью и скоростью прилипания газового пузырька к частице, что имеет место при плохой смачиваемости частицы жидкостью. Характеристика смачиваемости частиц жидкостью - это величина поверхностного натяжения на ее границе с газом, а также разность полярностей на границе жидкость твердая фаза.

2.2 Флотация: классификация, используемое оборудование

Вид содержащихся в воде загрязнений определяет характер флотационной обработки:
одним воздухом,
воздухом в сочетании с различными реагентами, в первую очередь, коагулянтами.
Использование коагулянтов дает возможность существенного повышения эффективности флотационной очистки и удаления загрязнений, которые находятся в воде в виде стойких эмульсий и взвесей, а также в коллоидном состоянии. Важное значение имеют также условия и способы удаления пены.
Пена образуется на поверхности воды в результате всплывания пузырьков воздуха, которые несут на себе удаляемые из воды примеси. Она должна быть достаточно прочной и не допускать попадания загрязнений в воду.
Помимо этого, пена должна обладать определенной подвижностью во время перемещения ее к сбросным устройствам. Устойчивость и подвижность пены зависит от свойств и количества реагентов и загрязнений, вносимых в пенный слой.
Стабилизации пены способствует наличие в воде следующих веществ [8]:
хлопья коагулянта,
мелкие частицы взвеси,
частицы поверхностно-активных веществ.
Обычно, удаление пены из флотатора производят следующими способами:
кратковременный подъем уровня воды с отводом ее через лотки, которые расположены равномерно по площади камеры,
с помощью скребковых механизмов, которые перемещают пену к сборным лоткам.
Современное флотационное обогащение основано на применении флотационных реагентов (флотореагентов). Флотореагенты – химические соединения, которые способствуют избирательному прилипанию пузырьков воздуха к минеральным частицам и осуществлению флотации определенных компонентов.
В зависимости от целевого назначения флотореагенты делят на следующие классы:
собиратели,
пенообразователи,
регуляторы.
Результаты флотационного обогащения в существенной степени определяются реагентным режимом флотации – ассортиментом и способом применения реагентов, один и тот же результат флотации может быть получен при различных реагентных режимах.
В зависимости от химического состава флотореагенты бывают следующих видов [8]:
органические (главным образом собиратели и пенообразователи),
неорганические (модификаторы);
И органические, и неорганические флотореагенты могут быть следующих видов:
неионогенные, мало или практически нерастворимые в воде вещества,
ионогенные, хорошо растворимые в воде вещества.
С целью увеличения эффективности очистки отработанных рабочих жидкостей на предприятиях используют в качестве флотореагента ПАВ

Реагенты флокулянты – это синтетические высокомолекулярные полимерные соединения, которые способствуют выпадению мелких загрязняющих частиц в хлопьевидный рыхлый осадок путем механической, тепловой либо электролитической реакций.

Данные материалы отличаются сильным сродством к твердым поверхностям. Благодаря своей химической структуре они помогают адсорбировать нежелательные примеси, вызывающие мутность жидкости.

В результате использования флокулянтов частицы, связанные в хлопья, оседают на дно и в процессе фильтрации извлекаются. Обработанная таким образом вода может применяться в бытовых и технических целях.

Классификация

Полимеры для очистки воды классифицируются по различным признакам. В частности, выделяют следующие классификации:

По способу получения (природные, синтетические);
По составу/происхождению (неорганические, органические);
По электрическому заряду (катионные, неиногенные, анионные флокулянты);
По агрегатному состоянию (гранулы, порошки, гели, жидкие эмульсии).

На заметку! К природным соединениям относятся крахмал, водорослевая крупка, дрожжи, картофельная мезга, неорганическим – диоксид кремния, кремниевая кислота, синтетическим – полиэтилен, полиамины, полиамиды, производные акриламида.

Флокулянты для очистки воды: преимущества метода

Эти полимеры позволяют ускорить фильтровальный процесс, обеспечивают удаление примесей больших масштабов при минимальных затратах. Их принцип действия основан на разделении жидкой и твердой фазы. Для максимального эффекта следует применять такие реагенты после коагулянтов.

К основным достоинствам использования растворов флокулянтов для очистки воды относят следующие факторы:

ускорение процесса осаждения, придание жидкости прозрачности;
сокращение продолжительности процедуры фильтрации, что позволяет снизить затраты при значительных объемах;
продление эксплуатационного срока фильтрующих систем за счет удаления крупных загрязнений;
отсутствие влияния на показатель pH обрабатываемой субстанции;
частичное удаление вирусов, бактерий, водорослей;
повышение эффективности процедуры на 30% по сравнению с аналогичными методами.

Продукция также не требует подключения дополнительных очистных установок, что позволяет увеличить производительность предприятия. Может применяться там, где другие способы не работают. Не повышает концентрацию растворенных металлов, при соблюдении рекомендованных дозировок безопасна для здоровья.

Отличия от коагулянтов

Коагулянты способствуют удалению мелкодисперсного мусора, объединяя его частицы между собой и впоследствии осаждая их. Но они имеют немного другой механизм действия: в его основе лежит дестабилизация зарядов загрязняющих веществ и устранение электростатического взаимодействия.

Процесс флокуляции протекает за счет создания полимерной связи. В результате фильтруемые частички укрепляются и значительно увеличиваются в объеме, а затем с легкостью удаляются со дна емкости.

Время воздействия данных реагентов тоже различается: коагуляция проходит в течение 1-3 минут при температуре 20-25°C после тщательного перемешивания, флокуляция – от 30 до 60 минут, так как требует большего времени для отстаивания. Это обусловлено продолжительной стадией формирования осадка.

Принцип действия флокулянтов

В соответствии с составом обрабатываемой субстанции и сферой ее применения выбирают отрицательно, положительно или нейтрально заряженные продукты. При этом сам процесс флокуляции осуществляется в две стадии:

При попадании в воду полимеры помогают объединению и склеиванию загрязнений. Хлопья становятся более плотными, тяжелыми, увеличиваются в размерах, позволяя фильтрационным системам легко уловить их. При необходимости осаждения определенной группы соединений может быть применена избирательная флокуляция. Этот метод востребован для разделения тонких органических взвесей, повышения эффективности обогащения.

Основные типы

Как уже было указано в классификации, одной из главных характеристик флокулянтов является электрический заряд. В зависимости от него, полимерные соединения делятся на катионные, анионные и неионогенные.

К катионным флокулянтам относятся материалы, предназначенные для удаления положительно заряженных органических взвесей. Это обусловлено образованием прочных молекулярных цепочек между анионами загрязняющих частиц и катионами полимера. Рекомендуется для фильтрации жидкости промышленного назначения.

Анионная группа – это чистый полиакрилат, полиметакрилат натрия и прочие активные органические соединения. Они притягивают вещества, противоположные по заряду, формируя водородные связи. Используются для устранения фосфорных и других неорганических соединений, ускорения процедуры осаждения.

К неионогенным относят нейтрально заряженные реагенты, действие которых основано на формировании водородных связей. Водород в их составе реагирует с атомами кислорода, азота и прочими органическими составляющими, образуя плотное соединение. Имеют меньшую активность, поэтому применяются для очищения слабозагрязненных субстанций.

Применение флокулянтов

Полимерные соединения используются для физико-химической очистки промышленных, коммунальных стоков (обезвоживания осадка, водоочистки, водоподготовки), в химической отрасли при производстве магния, фосфорной кислоты, двуокиси титана, гидрофосфата кальция, при электролизе солей и пр.

Также продукция нашла применение в следующих сферах:

горно-обогатительной индустрии (при обработке хвостов флотации, сгущении концентратов: меди, железа, цинка, алюминия, золота, урана, бокситов, очищении стоков для предотвращения загрязнения окружающей среды, обеспечения замкнутого цикла водооборота);
целлюлозно-бумажной промышленности (для улучшения проклейки, дренажа, удержания наполнителей, волокон в бумажной массе, обеспечения замкнутого цикла воды);
нефтедобыче (при увеличении нефтеотдачи полимерными гелями, редкосшитыми полимерными системами, снижении гидравлических сопротивлений в трубопроводах, регулировании стабильности, реологических свойств, водоотдачи буровых растворов на водной основе, укреплении стенок скважин, полимерном заводнении);
сельском хозяйстве (в системах для гидропоники, для удержания влаги в почве, образования корки на поверхности грунта, улучшения его структуры, снижения формирования тумана при искусственном орошении).

Продукция может использоваться и в других отраслях промышленности, в зависимости от выбранного производителя.

Основные производители

Главными производителями флокулянтов являются такие страны, как Япония, Франция, Великобритания, Финляндия, Южная Корея, США, Германия. В России представлена следующая продукция зарубежного производства: Besfloc (Бесфлок), Zetag (Зетаг), Praestol (Праестол) и другие марки. Рассмотрим подробнее тройку лидеров.

Besfloc (Бесфлок) – материалы производства южнокорейской компании Kolon Life Science, Inc. Они выпускаются в форме эмульсий, порошков, гранул, растворов. Применяются, главным образом, для доочистки после использования коагулянтов в нефтехимической, горнодобывающей, текстильной, целлюлозно-бумажной отраслях промышленности, при фильтрации коммунальных стоков.

На заметку! Эта продукция отличается экономичным расходом (0,01-0,5 мг/л), а также значительным молекулярным весом, за счет чего преобразует мелкие частицы в объемные хлопья.

Zetag (Зетаг) – полимеры от швейцарской фирмы Ciba Specialty Chemicals. Предназначены для ускорения процедуры устранения твердых взвесей, органических примесей. Обеспечивают выпадение твердой фазы в крупнофракционный осадок. Нашли применение при подготовке жидкости из водоемов для использования в коммунальном водопроводе.

Важный момент! Продукт следует вводить, постоянно помешивая, в противном случае реакция будет неполноценной. Необходимо сведение турбулентности к минимуму, иначе возможность разрушения предварительно сформированных хлопьев увеличивается.

Praestol (Праестол) – полимерные соединения, разработанные по совместной технологии Германии и России. Способствуют ускорению процесса фильтрации, уплотнению осадка. Уменьшают электрическую активность жидкости, обеспечивая более эффективное объединение загрязняющих частиц. Используются для очищения, дезинфекции жидкости питьевого назначения. Наиболее востребованы в коммунальном хозяйстве, химической, нефтехимической индустриях.

На заметку! Препарат выпускается в виде гранул на основе акриламида, разбавляется водой температурой 15-20°C для получения концентрации 0,1%, затем отстаивается в течение часа. Для лучшего хранения производитель рекомендует делать раствор 0,5% и при необходимости доводить до рабочей концентрации.

Выводы

Флокулянты – эффективные и практически безвредные реагенты для очистки воды. Они помогают быстро сформировать из загрязнений хлопья, легко удаляемые фильтрами. В сочетании с коагулянтами позволяют полностью реконструировать фильтрующую систему без временных вложений и лишних затрат.

Для очистки больших объемов питьевой воды из открытых водоемов (сильно загрязненной) при водоканалах существуют фильтровальные станции.

На этих объектах на промышленном профессиональном оборудовании работники доводят состав воды до требований существующих нормативных документов.

На начальных этапах проведения очистки воды выполняется извлечение из коллоидной суспензии (каковой является вода из водозабора) твердых и расчиненных остатков органических и химических соединений.

Этот этап очистки состоит из нескольких стадий:

Стадия коагуляции (образование микрохлопьев остатков загрязнений).
Стадия флокуляции с образованием макрохлопьев. На этой стадии используется флокулянт для очистки воды.
Выпадение и извлечение осадка.

Рассмотрим стадию флокуляции.

Что такое флокулянты?

Сначала коллоидные частицы связываются в хлопья коагулянтом, а флокулянт производит агломерирование этих малозаметных хлопьев в большие образования с достаточным для осаждения весом. Загрязнения в виде осадка легче фильтровать и удалять из очистных сооружений.

Флокуляция сточных вод

Большей частью, флокулянты представляют собой высокомолекулярные электролиты природного или синтетического происхождения. К природным флокулянтам относятся высшие полисахариды:

целлюлоза;
крахмал;
их производные.

Синтетическим флокулянтом является:

полиэтилен и производные полиэтилена;
полиакрилы;
полиамиды;
полиамины.

Большинство флокулянтов поставляются в виде порошков, но продается и флокулянт жидкий в виде эмульсии.

Очистка воды при помощи флокулянтов

Алгоритм флокулирующего процесса следующий: нейтрализация заряда микрохлопьев; химическое взаимодействие с микрохлопьями; связывание отдельных частиц полимерными мостиками. Подразделяются флокулянты в основном на два вида:

Существуют на практике и неионные химикаты, но их применение ограничено.

Название химикатов связано с электродами электро-химического процесса: А – анод с положительным потенциалом; К – катод с отрицательным потенциалом. Использование анионитов и катионитов позволяет отказаться от дорогостоящего электротехнического оборудования и, в некотором смысле, сделать процесс более безопастным.

Флокулянт анионный

Анионо-активный флокулянт, притягивающий к себе загрязнения с отрицательным зарядом. Основой для изготовления флокулянта анионного служат сополимеры акриламида. Это может быть акриловая кислота со стабилизирующими добавками.

К анионным флокулянтам относится, например, продукциякомпании ЭнвироХЕМИ :

Envifloc 1100;
Envifloc 5110;
Envifloc 5100.

Конкретная марка реагента выбирается по результатам химического анализа неочищенной воды и применяемого в технологическом процессе очистки коагулянта. Еще раз следует отметить, что применение флокулянтов наиболее эффективно при очень сильных загрязнениях воды.

Флокулянт катионный

Эти флокулянты очищают воду от осадка с положительными ионами на поверхности благодаря хемосорбции. Свои отрицательным зарядом они нейтрализуют положительный заряд и связывают загрязнения в длинные молекулярные цепочки. Примером таких химикатов могут быть:

Envifloc 5215;
Envifloc 5700;
Envifloc 5644.

Катионные флокулянты решают вопрос очистки воды от многих промышленных загрязнений. Химики-технологи фильтровальных станций хорошо осведомлены о составе и количестве загрязнений в воде из водозабора, знают применяемую технологию коагуляции, поэтому только они могут сделать окончательный выбор марки реагента для флокуляции.

Не лишним будет проконсультироваться с производителем или дистрибутором препарата.

Флокулянт неионогенный

В отличие от флокулянтов с предварительным зарядом, эти реагенты не несут ионов с определенным зарядом. Их действие связано с образованием водородных мостиков, которыми реагенты связывают в макрохлопья загрязнения в воле.

Как пример, можно привести неионогенные флокулянты BESFLOC.

В отличие от ионогенных (катионных, анионных), флокулянты этой группы менее эффективны. Особенно эта разница заметна при очистке маломутных вод.

Эффективность данного метода очистки воды

Очистка вод с применением флокулянтов эффективна при больших объемах очищаемой воды и ее сильном загрязнении. Применение их в таких случаях позволяет:

Исключить перенос загрязняющих частиц на следующую стадию очистки.
Значительно ускорить этап осаждения загрязнений.
Значительно уменьшить расходы, связанные с длительностью процесса очистки и удалением осадка.
Отказаться от дополнительных капитальных затрат для увеличения производительности очистных сооружений.
Увеличит время службы механических фильтров на следующих этапах очистки.

Априори принимаем при оценке эффективности, что фильтровальная станция уже имеет налаженный поэтапный процесс очистки и необходимое оборудование для удаления осадка и фильтрации воды на конечных стадиях. Только в таком случае применение флокулянтов эффективно, сам по себе метод не работает.

Если уже существующие очистные сооружения требуют увеличения количества очищенной воды, но средств на капитальные затраты нет, достаточно добавить в технологию очистки флокулянты. Коагулянты и механические фильтры, обычно, на фильтровальных станциях уже присутствуют и необходимо понести затраты только для приобретения порошка или эмульсии флокулянта.

Выбор конкретной марки реагента и его количества будет зависеть от состава загрязнений в заборной воде и определяются они химиками фильтровальной станции после консультации с продавцами.

Применение флокулянтов – самый эффективный метод реконструкции фильтровальной станции без больших затрат.

Читайте также: