Коагуляция воды
Слово «коагуляция» латинского происхождения и означает свертывание.
Коагуляцией называется процесс укрупнения коллоидных частиц, завершающийся выпадением вещества в осадок, удаляемый осаждением или фильтрованием.
Коллоидные растворы отличаются высокой устойчивостью, потому что коллоидные частицы обладают одноименным электрическим зарядом и взаимно отталкиваются, что препятствует их укрупнению. Для устранения этого препятствия в обрабатываемую воду, содержащую обычно отрицательно заряженные коллоидные частицы, вводят искусственно созданные коллоидные частицы, имеющие положительный электрический заряд. Эти реагенты называют коагулянтами. Их взаимодействие приводит к взаимному притяжению, нейтрализации зарядов и укрупнению частиц.
К положительно заряженным коллоидам относятся гидраты окислов металлов, из которых наибольшее применение получили гидраты окислов алюминия Al(OH)3 и железа Fe(OH)3.
Для получения этих коллоидов в воду вводят хорошо растворимые соли этих металлов, которые в результате гидролиза образуют малорастворимые гидраты окислов, выпадающие в виде коллоидных частиц с положительным зарядом.
На химводоочистках в качестве коагулянтов применяют сернокислое железо Fe(SO4) 7H2O и сернокислый алюминий Al2(SO4)3 18H2O, дозируемые в обрабатываемую воду в виде разбавленных растворов 5-10% концентрации.
Процесс образования коллоидов можно представить в виде двух последовательных стадий:
-
растворение и электролитическая диссоциация солей алюминия и железа
Al2(SO4)3 = 2Al3++3SO42-
FeSO4 = Fe2++SO42-
-
гидролиз солей:
а) сернокислого алюминия
в молекулярном виде
Al2(SO4)3
+ 6H2O
= 2Al(OH)3
+ 3 H2SO4
в ионно-молекулярном виде
2Al3+
+ 3SO42-
+ 6H2O
= 2Al(OH)3
+ 6H+
+ 3SO42-
исключив из уравнения те ионы, которые не изменяются в ходе реакций, получим
2Al3+ + 6H2O
= 2Al(OH)3
+ 6H+
б) сернокислого железа
в молекулярном виде
FeSO4 + 2 Н2О = Fe(OH)2 + H2SO4
в ионно-молекулярном виде
Fe2++ SO42- + 2 Н2О = Fe(OH)2 + 2H+ + SO42-
в сокращенном виде
Fe2++2 Н2О = Fe(OH)2 + 2H+
гидрат закиси
При взаимодействии с кислородом, растворенным в воде, гидрат закиси железа переходит в гидрат окиси железа, выпадающий в виде хлопьев:
4 Fe(OH)2
+ О2 + 2Н2О = 4 Fe(OH)3
гидрат окиси
Образование гидроокисей алюминия и железа связано с появлением в воде катионов водорода, которые связываются с присутствующими в природной воде бикарбонатными анионами с образованием воды и углекислого газа
H+
+
= Н2СО3 = Н2О + СО2↑
Следовательно, при коагуляции щелочность воды уменьшается. Поэтому в тех случаях, когда щелочность обрабатываемой воды недостаточна, ее необходимо подщелачивать во избежание получения после коагуляции кислой воды.
Известкование воды
Известкование воды производится в тех случаях, когда необходимо снизить щелочность исходной воды.
При известковании в воду дозируют 0,1% раствор известкового молока Са(ОН)2. Для приготовления известкового молока гасят известь
СаО + Н2О = Са(ОН)2
Известковое молоко подается в осветлитель-отстойник, где перемешивается с обрабатываемой водой
Са(НСО3)2 + Са(ОН)2 = 2СаСО3↓+ 2Н2О
Mg(HCO3)2 + Са(ОН)2 = Mg(OH)2↓ + 2CaCO3↓ + 2Н2О
Кроме того, СО2, растворенный в воде, также связывается известковым молоком
Са(ОН)2 + СО2 = CaCO3↓ + Н2О
Вывод: при известковании снижается карбонатная жесткость, щелочность воды, частично удаляется углекислый газ, уменьшается сухой остаток, так как CaCO3 и Mg(OH)2 выпадают в осадок.
Известкование и коагуляцию проводят в специальных осветлителях-отстойниках, а затем воду подают в осветлительный (механический) фильтр.