Осветление воды - процесс, основанный на осаждаемости грубодисперсных частиц под действием силы тяжести. Для ускорения процессов осаждения взвеси применяют ее коагулирование, для чего в воду добавляют химические вещества – коагулянты. В результате образуются коллоидные хлопья, быстро осаждающиеся и увлекающие за собой частицы взвеси. В качестве коагулянтов используют используют сернокислый алюминий Al2(SO4)3, сернокислое Fe2(SO4)3 и хлорное FeCl3 железо или железный купорос FeSO4·7H2O. Коагулянт вступает в химическую реакцию с содержащимися в воде гидрокарбонатными солями кальция и магния.
В схемах с одной коагуляцией без извести хорошие результаты дает применение флокулянта — полиакриламида, ускоряющего осаждение хлопьев коагулянта [А1(ОН)3]. Известкование в осветлителях (в необходимых случаях с коагуляцией) и фильтрование является основным, наиболее универсальным способом предочистки. Расход (доза) реагентов определяется экспериментально по ГОСТ 2676-44 и ГОСТ 2919—45 упрощенными методами или расчетом.
Al2(SO4)3 + 3Ca(HCO3)2 = 3CaSO4 + 2Al(OH)3 + 6CO2;
Al3(SO4)3 + 3Mg(HCO3)2 = 3MgSO4 + 2Al(OH)3 + 6CO2.
При коагулировании с помощью Al2(SO4)3 происходящий гидролиз заканчивается образованием гидроксида алюминия 2Al(OH)3, который в виде хлопьев выпадает в осадок, и свободной углекислоты CO2
Коагулирование взвешенных веществ происходит хорошо в мягких природных водах. При низкой щелочности воду подщелачивают гашеной известью Ca(OH)2.
Ориентировочная потребность в коагулянте (Al2(SO4)3 или Fe2(SO4)3или FeCl3) может быть ориентировочно определена по приведенной справа таблице.
С повышением температуры ускоряются химические реакции и кристаллизация осадков, улучшается их осаждение. Колебания температуры ухудшают условия осаждения. При коагуляции температура должна быть не ниже 20 0С, при известковании оптимально 35-40 0С. Колебания температуры при осаждении шлама в осветлителе не должно превышать ±1 0С.
При наличии в воде магния известкование приводит к следующей реакции: Mg(HCO3)2 + 2Ca(OH)2 = 2CaCO3↓ + Mg(OH)2↓ + 2H2O. Хлопья Mg(OH)2 выпадают в осадок медленнее, чем CaCO3. При осветлении необходимо соблюдать следующие требования:
При наличии в воде магния известкование приводит к следующей реакции: Mg(HCO3)2 + 2Ca(OH)2 = 2CaCO3↓ + Mg(OH)2↓ + 2H2O. Хлопья Mg(OH)2 выпадают в осадок медленнее, чем CaCO3. При осветлении необходимо соблюдать следующие требования:
- постоянство качества воды по удаляемым примесям;
- постоянство концентрации (±5% от расчетной) растворов реагентов;
- постоянство дозировки реагентов с отклонениями от средней оптимальной не более чем на 2-3%;
- постоянство производительности осветлителей или плавное повышение ее не более чем на 5-10% в минуту во избежание выноса хлопьев;
- энергичное перемешивание воды с реагентами при скорости движения (входа воды) в зону смешения 0,5-1,5 м/сек;
- пребывание воды в зоне смешения 3-10 мин, в зашламленном (реакционном) объеме – 30-60 мин, в зоне осветления не менее 40-80 мин;
- содержание сухого вещества в зоне зашламления 5-10 г/л, а в продуваемом шламе – не менее 30 г/л.
Глубина умягчения зависит от наличия в обработанной воде осаждаемых ионов и осадительных реагентов. Так при наличии в обработанной воде избытка карбоната натрия Na2CO3 (0,5 ммоль/л) и при температуре до 60 0С остаточная жесткость содоизвестко-ванной воды равна 0,2-0,3 ммоль/л за счет протекания реакции
CaSO4 + Na2CO3 = CaCO3↓ + Na2SO4.
При отсутствии избытка Na2CO3 остаточная жесткость в 2 раза выше. При понижении температуры остаточная жесткость повышается.
Применение едкого натра (NaOH) взамен части извести и соды рекомендуется только в количествах, заменяющих соду и не повышающих остаточную щелочность воды, если это оправдано технически и экономически (NaOH в 3-4 раза дороже соды Na2CO3 и в 15 раз – извести 2Ca(OH)2).
Так, если при коагуляции имеем
Al2(SO4)3 + 3Ca(HCO3)2 = 3CaSO4 + 2Al(OH)3↓ + 6CO2↑,
а затем CaSO3 + Na2CO3 = CaCO3↓ + Na2SO4,
то при применении NaOH сразу имеем
Ca(HCO3)2 +2NaOH → CaCO3↓ + Na2CO3 + 2H2O;
Mg(HCO3)2 +4NaOH → Mg(OH)2↓ + 2Na2CO3 + 2H2O.
Попадание в осветлитель воздуха вследствие плохой работы воздухоотделителя (скорость опускания воды более 5 см/сек) приводит к взмучиванию и выносу осадка. Иногда возможно выделение в осветлителе мельчайших пузырьков воздуха и углекислоты, если вода пресыщена ими при данной температуре. Так, при нагреве вода, насыщенная воздухом при +10 0С, становится пересыщенной им в 1,5-2 раза при 35-40 0С. Выделяются мельчайшие газовые пузырьки, которые могут не успеть отделиться в воздухоотделителе. Они растворяются в воде в нижней части осветлителя под давлением столба жидкости и вновь выделяются в верхней его части. Поднимаясь, эти газовые пузырьки увлекают с собой хлопья осадка. Последние дробятся на дроссельной решетке и выносятся из осветлителя током теперь уже не осветленной воды.
| Содержание взвешанных частиц, мг/л | Доля безводного коагулянта, мг/л |
| <50 | 20-30 |
| 50-100 | 25-35 |
| 100-200 | 30-45 |
| 200-400 | 40-60 |
| 400-600 | 45-70 |
| 600-800 | 55-80 |
| 800-1000 | 60-90 |
| 1000-1400 | 65-105 |
| 1400-1800 | 75-115 |
| 1800-2200 | 80-125 |
Осветлитель
Имеются различные конструкции осветлителей. Их объединяет использование ранее выпавшего взвешенного осадка для улучшения осветления воды. Осветляемая вода в осветлителе поднимается вверх через осаждающуюся взвесь. Схема осветлителя представлена на рисунке. Корпус осветлителя 1, как правило, стальной. С целью удаления из воды растворенного воздуха оборудован воздухоотделитель 2. Для подачи реагентов оборудованы вводы. Известковое молоко подается через ввод 3, а коагулянт через ввод 4. Флокулянт вводится через ввод 5. Осветленная вода отделяется от флокул верхней дроссельной решеткой 6 и попадает в сборный желоб 7. Шлам, образовавшийся в процессе осветления воды, отводится через шламосборные трубы с окнами 8. Поступление воды из воздухоотделителя на осветление регулируется запорным устройством 9.
Уплотнение шлама осуществляется в шламоуплотнителе 10, а отделение воды от шлама – дроссельной решеткой 11 шламоуплотнителя. Отвод осветленной воды из шламоуплотнителя регулируется задвижкой 12. Через вентиль 13 осуществляется подвод воды для промывки верхней дроссельной решетки. Осветленная вода выводится из осветлителя через приемный карман 14. Грязь из грязевика удаляется линией периодической продувки 15. Для очистки шламонакопителя оборудованы две линии продувки: периодической 16 и непрерывной 17.
