Образование хлопьев начинается при введении коагулянта, но объем их, массу и особенно способность к слипанию можно увеличить тремя способами:
— путем контакта обрабатываемой воды с уже образовавшимся осадком при наибольшей возможной его концентрации (рециркуляции осадка, взвешенный слой осадка);
— медленным и равномерным перемешиванием для повышения вероятности контакта нейтрализованных коллоидных частиц с хлопьями;
— применением флокулянтов.
Флокулянты
Флокулянты используют для повышения эффективности процессов коагуляции, флокуляции или фильтрования. Они могут ускорить реакцию (флокуляцию) или улучшить качество хлопьев (их плотность, адгезионные свойства).
Флокулянты классифицируют по составу (неорганические или органические), способу получения (синтетические или природные) и электрическому заряду (анионные, катионные, неионогенные).
Активная кремнекислота
Активная кремнекислота была первым нашедшим применение флокулянтом. Ее используют до сих пор и она дает наилучшие результаты в сочетании с сернокислым алюминием.
Активную кремнекислоту получают частичной нейтрализацией щелочности раствора силиката натрия и обычно вводят после коагулянта.
Приготовление активной кремнекислоты в лабораторных условиях:
- по методу Бейлиса: берут 25 мл или 35 г силиката натрия (относительная плотность 1,4; 28% SiO2) и разбавляют до 500 мл водой. При медленном перемешивании (в течение 2 ч) осторожно добавляют 170 мл воды, содержащей 2,4 мл серной кислоты (относительная плотность 1,84). Разбавляют до 2 л. Полученный раствор содержит 0,5% SiO2;
- по методу Гэя: берут 25 мл или 35 г силиката натрия (относительная плотность 1,4; 28% SiO2). Разбавляют до 400 мл водой. При перемешивании медленно добавляют 6,7 г сульфата аммония, растворенного в 100 мл воды. Медленно перемешивают в течение 2 ч, разбавляют до 1 л; полученный раствор содержит 1 % SiO2. Этот раствор более стабилен, чем полученный методом Бейлиса. Присутствие соли аммония затрудняет применение метода Гэя в схемах с первичным хлорированием воды. Оба указанных метода требуют при их использовании в производственных условиях специальных мер предосторожности;
- силикат натрия может быть также активирован соляной кислотой, хлором, углекислотой, бикарбонатом натрия и т. д. в количествах, требуемых для нейтрализации 90% щелочности раствора силиката натрия.
Непрерывное приготовление в производственных условиях. На крупных станциях, однако, удобнее непрерывно регулировать расходы растворов силиката натрия и кислоты. Два эти раствора смешивают в резервуаре, в который может подаваться вода для получения требуемой концентрации SiO2; затем раствор поступает для «созревания» в резервуар (полимеризатор), где он находится в течение получаса.
Для получения 1 кг в час SiO2 требуется соблюдать приблизительно следующие соотношения: 2,5 л/ч силиката натрия (относительная плотность 1,4) и 0,24 л/ч серной кислоты (относительная плотность 1,84) или 850 г/ч бикарбоната натрия и количество воды для доведения общего раствора до 100 л/ч.
Следует регулярно проверять степень нейтрализации силиката натрия измерением общей щелочности раствора активной
кремнекислоты. Общая щелочность 1%-ного раствора SiO2 должна быть около 10—15 мг*экв/л.
Другие неорганические флокулянты
При очистке воды с малым содержанием взвешенных веществ иногда применяют некоторые типы глин, мел или осажденный карбонат кальция, порошкообразный активный уголь (когда необходим этот вид обработки); мелкий песок, кизельгур (диатомовая земля).
Органические флокулянты
Развитие органической химии привело к разработке других более эффективных флокулянтов. Некоторые флокулянты получают из природных материалов: альгинаты (экстракты из водорослей), крахмал (экстракты из семян растений), некоторые вещества, получаемые из целлюлозы, некоторые типы смол и т. д. Альгинаты в основном применяют в качестве флокулянтов с солями железа. Иногда они дают хорошие результаты в сочетании с солями алюминия. Альгинаты получают из альгиновой кислоты, которую экстрагируют из водорослей (особенно рода Laminaria). Они нашли применение во всех странах при подготовке питьевой воды.
Другие флокулянты являются полностью синтетическими. Полиакриламиды имеют длинные цепи и высокие молярные массы [(2—4) *106 г/моль], между тем полиамины обычно имеют более короткие цепи и более низкие молярные массы (1*106 г/моль). Полиакриламиды используют как при очистке воды, так и при обезвоживании осадков; полиамины применяют в основном при очистке воды.
Органические флокулянты можно разделить на две группы: твердые и жидкие. Имеется большое число органических флокулянтов, среди которых следует упомянуть: престол, супер-флок, магнафлок, альгинаты, проседим, пурифлок. Выбор фло-кулянта, который давал бы наилучшие результаты, должен всегда производиться на основе лабораторных экспериментов. Экспериментально также следует определять разрыв во времени между введением коагулянта и флокулянта, так как этот фактор имеет очень большое значение, например, при использовании активной кремнекислоты.
При использовании извести для декарбонизации воды следует выбирать неионные или анионные флокулянты. С целью осветления воды могут быть использованы неионные, слабо анионные или катионные флокулянты. Если вода содержит большое количество органических веществ, а значение pH близко к нейтральному, то испытания следует начать с катионных флокулянтов.
При подготовке питьевой воды очень важно учитывать нормативные документы страны, в которой предполагается осуществить ту или иную схему очистки, так как применение органических флокулянтов регламентируется специальными документами. Все страны опубликовали список разрешенных реагентов. Во Франции на 1 февраля 1978 г. отсутствует разрешение Высшего совета по здравоохранению на применение синтетических органических веществ при подготовке питьевой воды.
Флокуляция
Эффективность флокуляции находится в прямой зависимости от предварительной коагуляции. За быстрым перемешиванием в смесителе следует медленное перемешивание в- камере хлопьеобразования в течение 5 мин при очистке высококонцентрированных сточных вод и значительно дольше при подготовке питьевой воды.
Хлопьеобразование может производиться в отдельной камере хлопьеобразования или внутри осветлителя (в последнем случае для его интенсификации используются турбинные мешалки или воздействие взвешенного слоя).
Тип смесителя и камеры хлопьеобразования выбирают в зависимости от способа отделения взвеси на следующей стадии очистки. Это особенно важно учитывать, когда флокуляция производится в свободном объеме с последующим отстаиванием или флотацией.
Флокуляция происходит в резервуарах, оборудованных перемешивающими устройствами, которые вращаются относительно медленно, чтобы не вызывать разрушения уже образовавшихся хлопьев, но достаточно быстро, чтобы размер хлопьев увеличивался постепенно и предотвращалось отложение осадка на дне резервуара.
Вместимость камеры хлопьеобразования должна обеспечить продолжительность периода флокуляции, определенную лабораторными испытаниями.
Перемешивающее устройство может состоять из лопастей различной формы с вертикальной или горизонтальной осью вращения. Градиент скорости в камере хлопьеобразования рекомендуется 20—50 с-1.
Желательно применять мешалки, работающие от электропривода, с переменной скоростью для регулирования интенсивности перемешивания в зависимости от хода процесса флокуляции.
Если необходимый объем камеры хлопьеобразования велик, желательно использовать несколько последовательных резервуаров. Каждый резервуар должен быть снабжен независимым перемешивающим устройством, скорость вращения которого при необходимости регулируется.
Наконец, важно не разрушить хлопья при подаче воды из камеры хлопьеобразования в зону отстаивания. В зависимости от требуемой степени очистки должны быть приняты следующие скорости потока в коммуникациях, соединяющих зону флокуляции и зону отстаивания: для легких хлопьев гидроксида металла v = 0,2 м/с; прочных v = 0,5 м/с и для хлопьев при обработке сточной воды v = 1 м/с.
Современная промышленная лаборатория практически не может обходиться без качественного оборудования для дефектоскопии, толщиномеров и рентгеновских аппаратов. Касается это и лабораторий металла электростанций. Современное диагностическое оборудование тут — ask-roentgen.ru.