Коагуляция воды как метод очистки воды

В состав воды входят различные вещества. Нередко вода содержит взвеси – частицы мельчайших размеров и с очень маленькой массой. Это могут быть органические и минеральные вещества, фрагменты глины, ила или песка, микроорганизмы (вирусы, бактерии), соли жёсткости (кальция и магния), железо и другие металлы.

Именно взвешенные включения делают воду мутной. Она теряет прозрачность, может обретать желтый, коричневый, зеленоватый, серый, белый, рыжий или другой оттенок. Также возможен неприятный запах. Мутность обусловливается малым весом частичек и их одинаковым электрическим зарядом, как правило, отрицательным.

Одноимённый заряд обусловливает отталкивание веществ. Заряженные отрицательно мелкие фрагменты не поддаются силе притяжения. А из-за очень маленького веса частицы постоянно отталкиваются более тяжёлыми молекулами воды. То есть они никогда не опускаются вниз и постоянно находятся во взвешенном состоянии.

Откуда в воде взвеси? Источники загрязнения разные, зависят от вида воды. Так, в стоки различные вещества попадают из дождей и осадков в виде града, отходов жизнедеятельности людей и животных, тающих снегов, городских канализаций, систем полива сельскохозяйственных культур и других растений, из промышленных предприятий. Грунтовые воды насыщаются примесями, просачиваясь через пласты почвы. В подземных природных источниках содержатся мелкие фрагменты горных пород. Водопроводная вода загрязняется частицами старых и ржавых труб.

Чем взвеси опасны? Они делают воду непригодной для питья, термической обработки продуктов питания и даже для бытовых нужд. Мутная, содержащая взвешенные растворённые вещества вода может засорять трубопровод, насосы, смесители и бытовую технику, такую как бойлер, стиральная машина, котёл, посудомоечная машинка.

Обнаружить взвешенные растворённые примеси можно при тщательном визуальном осмотре. Вода будет мутной, непрозрачной. А определить точный состав можно только с помощью лабораторного анализа. Домашний тест не подходит для получения достоверной информации о важных показателях воды.

Что такое коагуляция воды? Коагуляция – метод очистки воды, главная цель которого заключается в слипании, соединении друг с другом мельчайших частиц для их укрупнения и формирования относительно больших хлопьев, которые впоследствии выпадают в осадок.

Коагулирование воды предполагает переход загрязнений из фазы коллоидного раствора, то есть мелкодисперсной системы с распределёнными в водной жидкой среде твёрдыми веществами, в форму хлопьев. Как это происходит? При коагуляции идёт реакция, обусловленная влиянием используемых для очистки реагентов. Последние называются коагулянтами. Они имеют заряд, противоположный электрическому заряду взвешенных частиц. Также коагулянты повышают концентрацию ионов, содержащихся в диффузном слое, уменьшают данный слой и трансформируют мицеллы в изоэлектрический вид.

Если описывать процесс простыми словами, то элементы взвеси под действием коагулянтов начинают притягиваться друг к другу, прилипать. Они формируют хлопьевидные образования, которые под влиянием силы собственной тяжести подвергаются осаждению, то есть выпадению в осадок, который далее фильтруется.

Метод коагуляции воды нужен, прежде всего, для осветления жидкости при её мутности и для обесцвечивания при наличии постороннего оттенка. Но также данный способ очистки способствует обеззараживанию. Сам по себе он не уничтожает патогенные микроорганизмы, но обеспечивает устранение растворённых частиц, к которым вирусы и бактерии обычно прикрепляются.

Важно! Коагулянты – это вещества, влияющие на физико-химические свойства жидкости. Но состав непосредственно после коагуляции не изменяется, ведь все примеси остаются в водной среде, зато они образуют хлопья.

Очистка воды методом коагуляции осуществляется двумя методами:

1. Контактным. При нём процесс коагуляции воды проходит в зернистой загрузке – материале, который находится в отдельном модуле фильтрующей установки. Коагулянт помещается на поверхность зёрен, где вступает в реакцию с обрабатываемой водой, движущейся потоком снизу вверх. Такая очистка протекает интенсивнее и быстрее по сравнению со вторым видом. На процесс не влияют температурные условия.
2. Свободным. При очистке воды в этом случае используется смесительная ёмкость или камера, где непосредственно в жидкость вводится коагулянт. Там же, в жидкой среде протекает реакция хлопьеобразования с последующим выпадением на дно резервуара осадка. Процесс протекает дольше. Вариант обычно применяется для обработки сточных вод.

Фильтрация воды необходима практически повсеместно, и коагуляция – метод, востребованный в разных сферах, например, таких:

• Промышленность. На некоторых промышленных предприятиях в технологии производства с использованием воды вводят очищающие системы и фильтрующее оборудование, в том числе с дозированным добавлением коагулянтов.
• Питьевая водоподготовка. В данной области метод применяют при очистке многоэтапной, комплексной, включающей механическую фильтрацию, иногда другие способы обработки. Коагуляция питьевой воды обычно осуществляется на первом этапе подготовки и требует особенно ответственного подхода к выбору коагулянтов, а также к их грамотному дозированию.
• Обработка сточных вод. На очистных сооружениях для обработки стоков коагуляция применяется свободным способом. Коагулянт добавляется в очищаемую жидкость, находящуюся в камере, активно размешивается. После образования хлопьев осадок выпадает в специальном отстойнике.
• Очистка содержимого бассейнов: как общественных, так и частных, устанавливаемых на придомовых территориях и дачных участках. Реагенты для коагуляции воды обычно дозированно подаются в питающий трубопровод до зоны монтажа фильтра, но после насоса, чтобы образующиеся хлопья не разрушались, а направлялись в фильтрующий модуль. При первом наполнении коагулянты вводятся прямо в заполненную чашу.

Полезная информация! Обычно коагуляция питьевой воды используется в качестве предварительного, первого этапа очистки. Она включается в схему водоподготовки в частных домах, на дачах и в загородных коттеджах. Содержимое городских водопроводов перед подачей обрабатывается на очистных станциях, в том числе осветляется. Поэтому в квартирах коагуляция обычно не применяется.

Какими бывают коагулянты для очистки воды? Рассмотрим их виды:

• Неорганические. Наиболее популярны и востребованы коагулянты синтетические на основе алюминия и железа. Обычно это хлориды и сульфаты. Они стоят недорого, для очистки требуются небольшие дозы реагентов. Чаще всего применяются соли железа и алюминия, а также диоксид титана. Последний дорогой, но имеет экономичный расход и демонстрирует отличный эффект, обеспечивает качественную водоподготовку, в том числе питьевую. Сульфаты алюминия и железа отличаются безопасностью и быстрым растворением в воде, невысокой стоимостью. Грамотно подобранный коагулянт может поспособствовать уменьшению жёсткости. Также соединения оказывают влияние на значение pH и электропроводность.
• Органические. Это природные реагенты для коагуляции воды или же разрабатываемые искусственно на основе органики. Такие соединения стоят дороже неорганических, но зато подходят для питьевой водоподготовки и не оказывают воздействия на уровень pH. Также они быстро осветляют растворы с взвешенными примесями, экономичны в применении, обеспечивают быстрое образование осадка и могут использоваться даже в холодных водных средах температуры от 10-15 градусов Цельсия.

Как выбрать подходящий, самый лучший коагулянт для очистки воды? При выборе нужно учитывать:

1. Тип реагента. Органические чаще используют для питьевой водоподготовки, а неорганические соединения применяют для обработки бассейнов, стоков, искусственных водоёмов.
2. Форма выпуска. Это может быть порошок, гранулы или жидкость. Жидкие коагулянты легче дозировать, они готовы к применению. Но порошкообразные и гранулированные препараты зачастую имеют меньшую цену.
3. Необходимый результат, степень обработки. Какую воду после очистки коагуляцией нужно получить: прозрачную техническую или питьевую? В последнем случае подойдут только безопасные для человека препараты.
4. Экономичность расходования. Она зависит от дозировки и периодичности добавления коагулянтов в воду. Эта информация указывается производителем.

Очистка воды с помощью коагуляции имеет несколько преимуществ:

• Эффективность. Качество очистки действительно высокое: вода светлеет, становится полностью прозрачной.
• Нетребовательность метода к условиям: температурам, составу воды, её уровню кислотности (обычно требуется нейтральный pH).
• Невысокая стоимость очистки воды по данной технологии. Она обходится дешевле других механических и реагентных способов.

Недостатки метода:

• Обязательный точный расчёт дозы, от которой зависят скорость процесса, конечная степень очистки.
• Необходимость фильтрации для удаления вторичных образующихся отходов – выпавших в осадок хлопьев.
• Проблемы при самостоятельном применении коагуляции. Своими руками очищать воду в домашних условиях без профильных знаний и опыта работы в данной сфере практически невозможно.

Если коагулированная жидкость после очистки всё равно содержит мелкие включения, которые не выпадают в осадок и не поддаются механической фильтрации, то выполняют флокуляцию. Так называется процесс, при котором сформированные хлопья склеиваются с образованием более крупных частиц – флокул. Их проще удалять, они быстрее осаждаются на дне отстойника или задерживаются в фильтрующем материале.

Задача флокулянтов – интенсификация коагуляции, то есть усиление её эффекта, упрочнение связей между мелкими частицами. Эти вещества представляют собой полимеры линейного типа, имеющие форму макромолекул-цепочек. Флокулянты бывают органическими, природными и неорганическими.

В группу природных флокулянтов входят фруктовые и ягодные жмыхи, дрожжи с белковой основой, крахмалы. Органические вещества, запускающие процесс флокуляции, – это анионный полиакриламид и некоторые его сополимеры, а также катионные соединения. Один из неорганических флокулянтов – силикат натрия, который при синтезе активируется до кремниевой кислоты с нерастворимыми солями.

Иногда флокулянты применяются для слипания и укрупнения взвесей без предварительного введения коагулянтов. И такое решение имеет несколько плюсов:

• уменьшение количества формирующегося осадка с одновременным увеличением числа больших хлопьев, лучше поддающихся удалению;
• стабилизация растворов даже при добавлении меньших объёмов реагентов;
• ускоренное отделение твёрдой фазы от жидкой;
• способность работать в широком диапазоне pH;
• отсутствие минерализации коагулируемых растворов ионами железа или иных металлов;
• сохранение исходного уровня кислотности раствора.

Процесс очистки методом коагуляции включает несколько основных этапов, каждый из которых имеет свои особенности:

1. Выбор оптимального реагента. Например, коагулянт для очистки питьевой воды должен быть безопасным и не образующим побочных продуктов процесса.
2. Подготовка препарата. Если это гранулы или порошок, то необходимо приготовить раствор по инструкции, предоставленной производителем. Жидкие коагулянты обычно готовы к применению.
3. Введение коагулирующего компонента в очищаемую воду. Добавляют нужную дозу, затем выполняют тщательное перемешивание для запуска и активного протекания процесса.
4. Хлопьеобразование. Мелкие взвешенные частицы за счёт разных зарядов притягиваются, слипаются, превращаются в хлопья.
5. Флокуляция. Этот этап не является обязательным, но флокулянты позволяют ускорять образование хлопьев и увеличивать их размер.
6. Отстаивание. В ходе данного этапа образуется осадок.
7. Фильтрование. Сформировавшийся осадок эффективно удаляется механическим фильтром: картриджным, засыпным (с загрузкой в виде гравия или кварцевого песка), дисковым, мешочным или сетчатым.

Важно! В процессе очистки нужно следить за растворением коагулянтов и за условиями протекания реакции: температурой, уровнем pH.

На результаты коагуляции воды влияют следующие факторы:

• Состав подвергающейся обработке воды. На итог напрямую влияют тип взвешенных веществ, а также их содержание, то есть концентрация.
• Размеры подвергающихся коагуляции взвешенных частиц. Чем они меньше, тем дольше протекает процесс. Например, если относительно большие соединения превращаются в хлопья буквально за несколько минут, то для слипания веществ микроскопичных размеров нужно гораздо больше времени – от нескольких часов до нескольких дней.
• Состав добавляемых в воду коагулянтов, их количество. Эти показатели подбираются с учётом состава и степени загрязнённости воды.
• Температура. Процесс коагуляции может протекать в температурном диапазоне от +10 до +40℃, но оптимальными считаются значения 20-25 градусов выше нуля. При колебаниях температур с разницей больше 1 градуса возможно временное помутнение и замедление процесса.
• Интенсивность перемешивания коагулянта в растворе. Чем активнее размешивается, распределяется и реагирует со взвесями реагент, тем быстрее идёт реакция.
• Уровень pH. Оптимальные значения зависят от вида коагулянта, а также от свойств взвешенных примесей. Например, при выпадении в осадок гидроксида алюминия уровень в идеале составляет от 6 единиц до 6,5, для гуматов – от 5,5 до 6,5, для соединений железа – от 6,5 до максимальных 7,5. Если вода щелочная, то коагулянт может искусственно подкисляться добавлением серной кислоты высокой концентрации.
• Использование дополнительных веществ. Так, окислители усиливают эффект коагуляции, озон и хлор создают оптимальные условия для протекания процесса, флокулянты укрупняют хлопья.
• Дополнительные воздействия. К ним относятся электрокоагуляция с применением тока, ионизирующее излучение, магнитное поле, ультразвук.

Коагуляция – уникальный процесс, при котором происходит превращение взвешенных мельчайших частиц в более крупные образования, хлопья. Аналогов и альтернативных методов с такой реакцией не существует. Но полного удаления всех загрязнений можно добиться использованием фильтров обратного осмоса, а также применением комплексных систем с многоэтапной обработкой, например, с предварительной грубой очисткой, оборудованием ионного обмена или обратноосмотической подготовкой и тонкой фильтрацией.

Но обратноосмотическое оборудование требует предварительной тщательной очистки, так как примеси быстро засоряют и выводят из строя мелкопористую мембрану. А комплексные системы обычно отличаются большими размерами и требуют настроек для бесперебойной работы.

В некоторых случаях коагуляция демонстрирует отличные результаты, работает максимально эффективно и позволяет добиваться высокого качества воды: её чистоты, прозрачности, отсутствия запаха и отличного вкуса.

Но подбор метода очистки должен осуществляться с учётом состава воды. Если он выяснен в ходе анализа, но вы не знаете, что выбрать, обратитесь к специалисту нашей компании и опишите свою проблему. Контакты есть на сайте.