Сульфат алюминия как коагулянт
Очистка воды сульфатом алюминия: практическая польза
Разнообразной является сфера применения сульфат алюминия.
Однако особенное распространение данный коагулянт получил в области очистки воды. Трудно переоценить участие сульфат алюминия в обеспечении ее качества, к которому потребителями выдвигаются высочайшие требования. Практически безальтернативный для большинства предприятий, работающих в сфере водоподготовки коагулянт является средством, эффективно использующимся на протяжении многих лет.
Как работает сульфат алюминия в процессе очистки воды?
В современном мире сложилась неприглядная тенденция, которая не с лучшей стороны характеризует направление развития человеческого общества: доступная природная вода не полностью соответствует гигиеническим нормам. Для того, чтобы потребители использовали для технических целей или без вреда здоровью употребляли питьевую воду, проводиться трудоемкая работа по ее подготовке соответствующими предприятиями.
Водоподготовка как процедура состоит из нескольких важнейших этапов:
Осветление воды – ключевой этап.
За счет коагулянтов – таких, как алюминия сульфат, происходит непосредственно коагуляция, а также задача таких веществ заключается в ускорении этого процесса. Их отличительное свойство состоит в способности обеспечивать флокуляцию, что значительно упрощает после ее завершения фильтрацию загрязняющих частиц из воды.
Трудно переоценить фактор влияния сульфат алюминия на процесс очитки воды. С ним отфильтровывание примесей становиться эффективнее и быстрее. Это важный компонент в технологической цепочке водоподготовки. Ведь за счет раствора коагулянта ускоряется процесс устранения загрязняющих воду частиц.
В большей мере сульфат алюминия, который производится, применяется различными предприятиями для очистки питьевой воды, а также станциями по очистке сточных вод. Это коагулянт, который доказал свою эффективность, ведь не зря его используют в такой важной отрасли, как очистка воды.
Реагенты для флотатора
Коагулянты
Сточные воды некоторых производств содержат большое количество коллоидных веществ и являются по сути коллоидным раствором. Коллоидные частицы создают мутность и цветность сточной жидкости и не могут быть удалены ни отстаиванием, ни фильтрацией.
Для осаждения коллоидных частиц в очищаемый раствор вводят коагулянты.
Сульфат алюминия: неочищенный/очищенный Al2(S04)3⋅18Н20
При обработке сточных вод сульфатом алюминия происходит гидролиз, в результате которого образуются гидроокиси алюминия и основные сульфаты. Коллоидные частицы загрязнений захватываются гидроксидом алюминия и образуют хлопья в виде геля.
При использовании сульфата алюминия не требуется дополнительного оборудования для приготовления реагента, так же благодаря своей товарной форме он удобен в транспортировке.
Оксихлорид алюминия (ОХА) Al2(ОН)nСl6-n
В процессе коагуляции с использованием ОХА образуются мономерные, полимерные или аморфные агрегаты благодаря наличию поверхностной кислотной оболочки. Это повышает интенсификацию очистки стоков от взвесей и металлов. Высокая способность к полимеризации ускоряет образование хлопьев и их осаждение.
Алюминат натрия NaAlO₂
В сточных водах алюминат натрия снижает значения рН путем взаимодействия с молекулами воды и образованием тетрагидроксоалюмината натрия. Натриевая соль алюминиевой кислоты при гидролизе образует гидроксид натрия в достаточном количестве, поэтому нет необходимости в подщелачивании очищаемой жидкости.
Нерастворимый гидроксид алюминия выпадает в осадок.
Эффективным методом коагулирования является совместное использование алюмината натрия с сульфатом алюминия. Поливалентные катиона алюминия нейтрализуют отрицательно заряженные частицы загрязнений, а ионы алюминия воздействуют на частицы с положительным зарядом. Это позволяет снижать цветность сточной воды.
Алюминат натрия легко осаждает ионы магния, что позволяет использовать его для смягчения жесткой воды.
Хлорное железо FeCl₃· 6Н₂О
Процесс коагуляции основан на гидролизе хлорида железа с образованием малорастворимого гидроксида железа. При гидролизе захватываются частицы загрязнений, формирующие рыхлые хлопья. Хлопья имеют высокую сорбционную способность и включают в себя микроорганизмы растительного и животного происхождения, коллоидные частицы, ионы металлов.
При применении хлорного железа в качестве реагента ускоряется процесс осаждения шлама и облегчается его биохимическое разложение.
Хлорированный железный купорос Fe₂(SO₄)₃+ FeCl₃
Хлорированный железный купорос не дает отложений при низких температурах, создает равномерное осаждение хлопьев и эффективное осветление воды.
Сульфаты железа (II) и (III) Fe₂(S0₄)₃· 2Н₂О
Сульфаты железа работают в диапазоне рН 3,5–6,5 или 8,0–11,0 и при низких температурах. Но при введении в раствор необходима точная дозировка, иначе при избытке коагулянта повышается содержание катионов и соединений железа.
Для повышения эффективности коагуляции сульфат железа используют вместе с сульфатом алюминия, что повышает скорость отстаивания. Вводят коагулянты последовательно или предварительно смешивая.
Железный купорос FeSO₄·7Н₂О
Механизм действия сульфата алюминия в качестве коагулянта
Коагулянт (как правило, положительно заряженный) вызывает сжатие двойного слоя и, таким образом,нейтрализует электростатический заряд поверхности частиц.Полученные дестабилизированные частицы окружают коагулянт, когда контакт установлен.
На выходе чистая вода не должна содержать коагулянт, но этого не происходит т.к., в основном, вода содержит в достаточном количестве гидроксид кальция и карбонат натрия (жесткая вода) что приводит к осаждению алюминия в виде нерастворимого гидроксида (образуется бесцветный студенистый осадок гидроксида алюминия).
Если вода мягкая и не содержит ни гидроксида кальция, ни карбоната натрия, то в нее добавляют известковую воду или соду, из расчета 0.35 г. известковой воды или соды на 0.5 г. сульфата алюминия.Химические уравнения реакции могут быть записаны в следующем виде:
1. Al2(SO4) 3 + 3Са(НСО3) 2 = 2Al(OH)3 + 3CaSO4 + 6CO2;
2. Al2(SO4) 3 +3Ca(OH)2 = 2Al(OH)3 +3CaSO4;
Условия наибольшей эффективности сульфата алюминия
Чтобы рассчитать количество необходимого сульфата алюминия для коагуляции большого объема воды, нужно провести пробу в лаборатории. Флоккулы, по размеру, не должны превышать булавочную головку, если же образуются перистые хлопья – это означает, что количество коагулянта было превышено.
2. После стадии коагуляции и оседания воду необходимо пропустить через фильтр.
3. Благодаря использованию сульфата алюминия, вода, на выходе, будет не только очищена от взвешенных частиц, но и от содержащихся в ней карбонатов, гидрокарбонатов кальция и натрия.
Конкурентной заменой, имеющей большие преимущества является коагулянт алюминат натрия, о применении которого Вы можете узнать в статье о применении алюмината натрия в качестве коагулянта для очистки воды.
+7 (495) 508 65 64
Работаем с физ.лицами и юр.лицами, почта для заявок юр.лиц: waterhim@yandex.ru
Коагулянты
Коагулянты – химические реагенты, ускоряющие в водоочистке процесс сцепления (при соударении) мелких взвешенных частиц и вследствие этого увеличивающие скорость выпадения осадка или образования геля.
Полиоксихлорид алюминия
Сульфат алюминия
Водный раствор сульфата алюминия (алюминий сернокислый технический)
Раствор алюмината натрия (SAX-18)
Раствор хлорида железа на основе трехвалентного железа (Fe3+)
Полиоксихлорид алюминия
Синонимы: полиалюминий гидрохлорид UltraPAC-30-V, UltraPAC-30-S, Аква-Аурат30, Гранкол, РАХ-18, PAC (PAX-PS)
Неорганический катионный полимерный коагулянт обладает свойством образовывать комплексные соединения со многими органическими и неорганическими соединениями, обеспечивая высокую степень очистки воды от нежелательных примесей.
Преимущества использования полиоксихлорида алюминия:
Фасовка мешки по 25 кг
Назначение и применение:
Хлорид алюминия РАХ-18 может применяться для очистки как питьевой воды, так и сточных вод. РАХ-18 удовлетворяет требованиям европейского стандарта EN883 «Реагенты, применяемые для очистки воды предназначенной для потребления людьми».
Отрасли промышленности:
Водоканалы, косметическая, пищевая, пивоваренная, кожевенная промышленность, металлургия, металлообработка, химическая и т.д.
Сульфат алюминия
Водный раствор сульфата алюминия (алюминий сернокислый технический)
Сульфат алюминия 10% раствор – коагулянт для водообработки основанный на солях алюминия. Особенно подходит для подготовки питьевой воды.
Назначение и применение:
Сульфат алюминия (алюминий сернокислый) используется в качестве коагулянта при очистке воды хозяйственно-питьевого и промышленного назначения, а также применяется в бумажной, текстильной, кожевенной и других отраслях промышленности.
Описание химического реагента
Водный раствор сульфата алюминия (алюминий сернокислый технический), 7,2% – коагулянт для водообработки основанный на солях алюминия. Особенно подходит для подготовки питьевой воды. Производится в соответствии с ТУ 2141-001-58318296-2002.
Алюминий сернокислый технический используется в качестве коагулянта при очистке воды хозяйственно-питьевого и промышленного назначения, а также применяется в бумажной, текстильной, кожевенной и других отраслях промышленности.
Сульфат железа (водный раствор), FERIX-3
Сульфаты железа Кемиры — эффективные первичные коагулянты, основанные на трёхвалентном железе (Fe3+), отлично подходят для подготовки питьевой воды и обработки канализационных стоков, а также обработки осадков. Продукты предотвращают образование запаха устранением образования сульфида водорода.
Назначение и применение:
Отрасли промышленности:
Водоканалы, косметическая, пищевая, пивоваренная, кожевенная промышленность; металургия, металлообработка, химическая и т.д.
Содержание трёхвалентного железа в продукте — 19–21%. Продукты растворимы в воде до концентрации примерно 10% по железу (около 36% Fe2(SO4)3. Это эффективные первичные коагулянты, отлично подходящие и для подготовки питьевой воды и для обработки сточных вод в широком диапазоне рН.
Назначение и применение:
Водный раствор сульфат железа используется для подготовки питьевой воды и обработки канализационных стоков, а также обработки осадков. Данный коагулянт на основе железа предотвращает образование запаха устранением образования сульфида водорода.
Отрасли промышленности:
Раствор сульфат железа имеет широкое применение в химической промышленности. Используется на водоканалах, в косметической, пищевой, пивоваренной, кожевенной промышленности; металлургии, металлообработке и т.д.
Фасовка мешки 25 кг и 40 кг
Канистра 20 литров
Раствор алюмината натрия (SAX-18)
Очистка цветных вод коагулянтами
Обесцвечивание и осветление воды
Методы коагулирования достаточно хорошо освоены и повсеместно применяются на многих станциях водоподготовки. В то же время, использование коагулянтов рождает дополнительные проблемы воды, которые необходимо устранять другими методами очистки:
Для устранения многих недостатков метода коагуляции хорошо зарекомендовал себя реагент оксихлорид алюминия (ОХА), который в очистке воды используется взамен более традиционного сульфата алюминия (СА) ‒ Al₂(SO₄)₃. Формула оксихлорида алюминия в общем виде выглядит как:
Применение оксихлорида алюминия в качестве коагулянта позволило не только уменьшить количество реагента, но и существенно улучшить качество очищенной воды. Максимальная эффективность ОХА наблюдается при обесцвечивании мутных вод, с показателями по шкале цветности 30-50 градусов; а также в холодный период года, когда скорость протекания коагуляции замедляется.
Применение сульфата алюминия выгоднее для очистки воды с незначительной мутностью и низким содержанием солей. Использовать оксихлорид алюминия для подготовки воды такого типа нецелесообразно.
Причина разной эффективности при очистке воды с разными показателями мутности и цветности заключается в том, что извлечение загрязняющих веществ у них происходит разными путями.
Эффективность и скорость процесса обесцвечивания воды коагулированием зависит от следующих свойств:
Несмотря на то, что реакция среды, величина pH, играет существенную роль в протекании физико-химических процессов очистки воды, в условиях станций водоподготовки контроль этого показателя практически никогда не ведется. Показатель pH контролируется только в рамках нормативов СанПиНа для воды. Изменение и контроль реакции среды для отслеживания оптимальных условий протекания процессов коагуляции на действующих станциях не ведут.
Показателем протекания реакции может служить степень диссоциации гидроксида алюминия, которая минимальна в среде, близкой к нейтральной (pH 6,5–7,5). Коллоидные частицы гидроксида алюминия в такой среде нейтральны (не несут в себе заряда).
При проведении процессов обесцвечивания и осветления сульфатом алюминия оптимальные показатели pH, при которых будет образовываться и выпадать в осадок гидроксид алюминия, составляют 6,7–7,0. Для такой среды присущи процессы сорбции и агрегирования. Агрегация коллоидных частиц органического происхождения и минеральных взвесей в хлопья происходит при участии гидроксида, который играет роль связующего.
В среде с рН поликатионы алюминия:
Для этих веществ присущ большой положительный заряд, за счет чего они будут адсорбироваться на поверхности коллоидных частиц с отрицательным зарядом. Это свойство приобретает значение для снижения цветности воды. Если процессы коагулирования пойдут в этом направлении, то при pH>7 качество обесцвечивания воды ухудшится. Оптимальные значения pH среды при сохранении качества очистки составляет 5-6.
Механизмы коагуляции органического гумуса имеют общие черты с процессами очистки от минеральных веществ, но с некоторыми отличиями.
Природная вода с pH 5–8 при обработке коагулянтом (сульфатом алюминия) демонстрирует следующие процессы:
Механизм захватной коагуляции протекает при pH среды свыше 7 за счет адсорбции гумусовых веществ на частицах Al(OH)₃.
Снижение мутности воды идет за счет обволакивания минеральных частиц новообразующейся массой гидроксида алюминия. Чтобы захватная коагуляция стала возможной, необходимо добавление большого количества коагулянта для образования значительного по объему осадка гидроксида алюминия.
Первый описанный механизм (нейтрализационно-адсорбционная коагуляция) возможен и при небольших дозах коагулянта, однако доза должна возрастать пропорционально росту содержания коллоидных загрязняющих частиц.
Если вода сильно мутная, то имеет смысл вести коагулирование при повышенных значениях pH. В этом случае реакции образования гидроксида будут преобладать над механизмами адсорбции положительных ионов коагулянта.
Присутствие минеральных частиц ускоряет осаждение гидроксида алюминия и интенсифицирует образование зародышей коагуляции. Гуминовые вещества достаточно устойчивы и передают эту устойчивость при взаимодействии с гидроксидами. При этом процесс коагуляции может приостановиться и не дойти до конца.
Устойчивость гуминовых коллоидов растет вместе с величиной pH обрабатываемой воды. С понижением pH и ростом кислотности среды устойчивость гуминовых веществ снижается. Адсорбция катионов коагулянта тоже вносит свою лепту, и процесс коагуляции улучшается.
Отсюда следует, что очистку цветных вод целесообразно вести при пониженных значениях pH. Адсорбция катионов алюминия придает гуминовым коллоидам свойство активного хлопьеобразования даже без присутствия в воде гидроксида алюминия. Этим гуматы коренным образом отличаются от взвешенных веществ, и этот факт стоит учитывать при выборе коагулянта для очистки воды от цветности.
Очистка воды с высокой цветностью и малой мутностью балансирует между этими двумя механизмами. Какой из процессов коагулирования в растворе будет преобладать, определяется качественным составом исходной воды.
С увеличением цветности воды оптимальное значение pH понижается с ростом концентрации водородных ионов. Соблюсти условия для коагулирования особенно важно, если воду необходимо очистить от фульвокислот, удалить которые из воды обычно труднее, чем гуминовые кислоты.
Для очистки цветных вод с невысоким солесодержанием оптимальный диапазон реакции среды достаточно узкий. Для этого необходимо достичь pH, при котором из раствора удаляются гуминовые вещества при наименьшей добавляемой дозе коагулянта.
На интенсивность процессов коагуляции при очистке цветных вод также оказывает влияние присутствие некоторых ионов, входящих в состав коагулянта. В наибольшей степени коагулирующее обесцвечивающее действие присуще анионам сульфатам.
Эти ионы оказывают влияние на протекание многих химических процессов:
Улучшение процессов обесцвечивания воды теоретически можно объяснить тем, что сульфат-анионы служат противоионами для положительно заряженных частиц— продуктов реакции гидролиза в кислой среде (при pH
Если в качестве коагулянта используется сульфат алюминия, то стимулирующее процесс коагуляции влияние анионов представляет собой следующий ряд:
При повышении значения pH (уменьшении кислотности среды) ионы Cl⁻ тоже проявляют тенденцию к образованию нерастворимых соединений гидроксида алюминия. Но если у воды низкие значения pH (малая щелочность), то увеличение содержания хлоридов приводит к стабилизации процесса коагуляции и прекращению образования хлопьев гидроксида алюминия. Если в воде присутствуют бикарбонат-ионы HCO³⁻, то гидролиз коагулянта (сульфата алюминия) проходит более интенсивно и в более широком диапазоне значений pH, чем в присутствии щелочных гидроксид-ионов OH⁻.
Если по своему солесодержанию очищаемая вода относится к мягкой, а содержание бикарбонатов в ней невелико, то в этом случае реакция образования гидроксида протекает не полностью, процессы коагуляции-обесцвечивания ухудшаются, уменьшается хлопьеобразование, растет концентрация остаточного алюминия. По этим причинам для улучшения обесцвечивания воду подщелачивают.
Переход коллоидной гидроокиси в гидроксид может затрудняться оттого, что в воде имеются вещества, которых называют защитные коллоиды. Еще одна причина — повышенная щелочность воды, поскольку гидроксид алюминия в щелочной среде преобразуется в растворенные вещества.
В мутной воде с высоким содержанием гуминовых кислот последние взаимодействуют с гидроксокомплексами алюминия. За счет этого расчетное повышение кислотности от добавления коагулянта превышает реальные показатели. Остаточная щелочность воды имеет значение 0,1–0,2 мг-экв/л.
Из-за стабилизации коллоидных частиц коагуляция может идти неодинаково. Это важно учитывать при выборе реагента-коагулянта — сульфата алюминия или оксихлорида алюминия. Если для осветления о обесцвечивания воды используется сульфат алюминия, то оптимум по pH и минимальная излишняя щелочность достигаются при меньшем количестве коагулянта, чем при использовании оксихлорида.
Если очищаемую воду предварительно подщелачивают (добавлением соды), остаточная щелочность увеличивается от 0,1 до 0,45 мг-экв/л (при сульфате алюминия) и от 0,5 до 0,8 (при оксихлориде алюминия). При этом изменяются значения цветности воды и содержания остаточного алюминия: при сульфате алюминия значения уменьшаются, при оксихлориде – растут.
Чтобы реализовать нейтрализационно-адсорбционный механизм коагуляции для максимального удаления гуминовых веществ, необходимо строго выдерживать оптимальную область pH — как для сульфата, так и для оксихлорида алюминия в качестве коагулянтов.
С ростом содержания бикарбонатов выше предельного значения возрастает доза коагулянта.
Если pH>7,5 возрастает скорость образования гидроксида алюминия, что теоритически можно объяснить исходя из механизма захватной коагуляции. При этом дозы для обоих коагулянтов растут, но эффективность очистки ОХА выше, чем при СА.
Как показывают теоритические исследования коагуляции и практический опыт обесцвечивания воды, при низких значениях pH, щелочности и солесодержания (мягкости воды), для очистки более пригоден сульфат алюминия. Его используют для очистки воды с высокой цветностью и малой мутностью. В противных случаях оправдано применение в качестве коагулянта оксихлорида алюминия.
На практике оказалось, что вода из некоторых природных источников в течение года может существенно отличаться по качеству. Поэтому в зависимости от показателей исходной воды для ее обесцвечивания и осветления могут применяться оба коагулянта — СА и ОХА. Иногда наилучшие результаты дает совместная обработка воды обоими коагулянтами — СА и ОХА.
Содержание остаточного алюминия невозможно снизить только за счет применения оксихлорида алюминия, ведь вода отличается по своему составу и качеству. При использовании ОХА для обесцвечивания мутной воды содержание остаточного алюминия меньше, чем при обработке СА. Но при обработке цветной воды на результат сильно влияет pH обработанной воды. Так как оптимальные диапазоны pH и щелочности для обоих коагулянтов мало отличаются, то при незначительных колебаниях условий может ощутимо меняться эффективность одного или другого коагулянта.
Выбор коагулянта для определенного источника воды должен вестись с учетом параметров воды во все сезоны года:
Для оксихлорида алюминия определяющее значение имеет показатель основности, вычисляемый по формуле:
Практические исследования показали, что качество обесцвеченной воды, так же как добавляемая доза реагента-коагулянта, прямо зависят от марки и основности оксихлорида алюминия.
Высокоосновный ОХА применяют для очистки мутной воды со средней цветностью и невысокой концентрацией органики. С понижением температуры воды должна повышаться и основность коагулянта.
Понижение основности оксихлорида алюминия должно происходить вслед за увеличением цветности воды и ростом перманганатной окисляемости.
Низкоосновные ОХА или сульфат алюминия в качестве коагулянта применяются для очистки воды, требующей соблюдения особых условий pH среды — это относится к воде с повышенной цветностью и низким солесодержанием.
Осветление методом отстаивания для снижения мутности эффективнее вести с высокоосновным коагулянтом ОХА, а при использовании сульфата алюминия снижается мутность фильтрата. По той же закономерности изменяется показатель остаточного алюминия. Более эффективное удаление органики — по показателю перманганатной окисляемости— происходит при использовании сульфата алюминия.
Применение смешанных коагулянтов комплексной природы для обесцвечивания цветных вод дает расширенные возможности. К смешанным коагулянтам относятся: