Zgryźliwość kojarzy mi się z radością, która źle skończyła.
17. Proces koagulacji w uzdatnianiu wód przeznaczonych do spożycia przez ludzi.
Koagulacja - definiuje się jako proces łączenia cząstek koloidalnych oraz drobnej zawiesiny w większe aglomeraty, które następnie można usunąć w procesie sedymentacji (ewentualnie filtracji)
Cząstki koloidalne - Jest ona wywołana zaadsorbowanymi na powierzchni jądra cząstki jonami z roztworu, które nadają cząstce koloidalnej określony ładunek elektryczny. Ponieważ cząstki tego samego koloidu mają taki sam znak ładunku, to działają między nimi siły elektrostatycznego odpychania, które nie pozwalają na łączenie się cząstek i tworzenie większych aglomeratów, zapewniając tym samym trwałość układu koloidalnego.
Mechanizm procesu koagulacji polega na:
§ destabilizacji koloidów znajdujących się w wodzie (zniszczenie ładunku elektrycznego, czyli obniżenie potencjału elektrokinetycznego cząstek koloidalnych do wartości, przy których możliwe jest oddziaływanie sił międzycząsteczkowego przyciągania),
§ flokulacji cząstek – tworzenie się coraz większych aglomeratów (skupisk).
Pierwszy etap ma miejsce w trakcie tzw. szybkiego mieszania wody z dodawanym środkiem chemicznym – koagulantem. Rolę koagulantów pełnią sole żelaza lub glinu, takie
jak siarczan żelaza (II) – FeSO4, siarczan żelaza (III) Fe2(SO4)3, chlorek żelaza (III) –
FeCl3, siarczan glinu – Al2(SO4)3, czy też koagulant mieszany – żelazowo-glinowy. W
procesach oczyszczania ścieków komunalnych najczęściej stosowany jest PIX – siarczan
żelaza (III). Po dodaniu koagulantu do wody następuje hydroliza, w wyniku której tworzą się
wodorotlenki odpowiednich metali, zgodnie z następującymi reakcjami:
Al2(SO4)3 + 6 H2O = 2 Al(OH)3 + 3 H2SO4
FeCl3 + 3 H2O = Fe(OH)3 + 3 HCl
Tworzące się kwasy mineralne reagują z naturalną zasadowością wody, czyli są zobojętniane
w myśl reakcji:
3 Ca(HCO3)2 + 3 H2SO4 = 3 CaSO4 + 6 H2O + 6 CO2
Ca(HCO3)2 + 2 HCl = 3 CaCl2 + 2 H2O + 2 CO2
(Jeśli nie występuje wystarczająca naturalna zasadowość należy musimy pamiętać o neutralizacji np. za pomocą CaO , Na2CO3)
Natomiast tworzące się koloidalne cząstki wodorotlenku glinu lub żelaza, o ładunku elektrycznym przeciwnym do ładunku cząstek koloidalnych, które już są w wodzie (ściekach), w krótkim czasie przechodzą w postać kłaczkowatej zawiesiny, biorącej bezpośredni udział w procesie koagulacji.
Drugi etap procesu koagulacji to operacja wolnego mieszania czyli flokulacji, w trakcie której
istnieją warunki do częstych zderzeń między cząsteczkami i mogą tworzyć się coraz większe
skupiska, sorbujące na swojej powierzchni zarówno drobne zawiesiny, jak i substancje
rozpuszczone w wodzie czy ściekach. Flokulacja trwa 20 do 30 minut i powinna zakończyć się przed czasem po którym zaznacza się tendencja cząstek zawiesin do sedymentacji. Komory flokulacji nie są przystosowane do tego celu, a więc kolejny etap czyli sedymentacja zawiesin pokoagulacyjnych ma miejsce w osadnikach, filtrach.
Wpływ na proces koagulacji ma:
§ pH
§ temperatura
§ intensywność mieszania(gradient) i warunki flokulacji (czas)
§ Jakość wody surowej
§ Dawka koagulantu
§ Rodzaj koagulantu
Określenie dawki koagulantu – polega ono na określeniu dawki optymalnej, jest to najmniejsza dawka koagulatu z zakresu dawek skutecznych. Dawkę tą wyznacza się doświadczalnie dla danej wody, tak aby zostały usunięta barwa, mętność, zw. Org. do dopuszczalnej wartości.
Wpływ pH na proces koagulacji- Optymalnym zakresem pH dla działania koagulantu glinowego będzie pH 6,2-7,5. Dla koagulantów żelazowych to pH 4,5-5,5 i 8,2-10. Te pH powinno być w komorach flokulacji. Optymalny odczyn zależy od temperatury ścieków; wzrost temperatury powoduje obniżenie wartości odczynu. W niskich temperaturach, zwłaszcza w przypadku siarczanu glinowego jako koagulantu, występują zakłócenia procesu flokulacji. Jednym ze sposobów przeciwdziałania jest dodatek polielektrolitów ułatwiających przebieg flokulacji.
Schematy koagulacji:
Koagulacja objętościowa (klasyczna)
Koagulacja powierzchniowa (kontaktowa)
Koagulacja objętościowa:
Podstawowe parametry eksploatacyjne:
§ KSM
▫ T=1-2min
▫ V=0,8-1,8m/s
§ KF
▫ T=15-60 minut
▫ G=20-65s-1
§ Os
▫ T=2-4 godz
▫ Vpionowa=0,5-0,75mm/s
▫ Vpozioma=2-12mm/s
▫ G=5-8s-1
§ Fp
▫ Vf =8-12m/h
▫ Hzł =0,7-2,0m
Koagulacja kontaktowa (powierzchniowa) jest zalecana dla wód o stałym poziomie zanieczyszczenia 80-100mg/dm3 oraz podatności wody na koagulację przy pomocy siarczanu glinu.
Podstawowe parametry eksploatacyjne:
§ Zb. Wst. W .sur. (Odpowietrzenie wody, tj. usunięcie gazów rozpuszczonych)
▫ T=3-5min
▫ Vpionowa <50mm/s
§ Fk
▫ V<5,5m/h
▫ Hzł = 2m
Porównując oba schematy pod względem ilości, rodzaju urządzeń, prędkości filtracji, zużycia koagulanty, energii etc. Schemat koagulacji powierzchniowej (kontaktowej) jest inwestycyjnie i eksploatacyjnie tańszy o 15-20% (w tym oszczędności w zużyciu koagulantu do 50%). Schemat koagulacji objętościowej (klasycznej) charakteryzuje się wydłużonym czasem trwania oraz zwiększonym zużyciem reagentów.
Proces koagulacji można przeprowadzić w urządzeniach z zawieszonym osadem, które charakteryzują się zespoleniem w jedno urządzenie komór szybkiego mieszania, flokulacji, osadnik.
Komory szybkiego mieszania
Służą do szybkiego i dokładnego wymieszania doprowadzonego roztworu koagulantu z oczyszczoną wod. Proces ten powinien być zakończony przed rozpoczęciem się tworzenia kłaczków osadu. Czas szybkiego mieszania nie powinien przekraczać T=2min. (zależy od rodzaju mieszania, rodzaju reagentu i temp. wody.)
Komory dzielimy na:
§ Komory hydrauliczne
§ Komory mechaniczne
Komory hydrauliczne:
Zalety- nie wymagają dodatkowej energii, dogodne w eksploatacji
Wady – brak możliwości ingerencji w gradient prędkości mieszania, potrzeba wysokiej lokalizacji w stosunku do innych urządzeń.
§ Komora labiryntowa V=0,8-1,0m/s
§ Komora z przegrodami i przepustami V=0,6m/s w korycie ; V=1m/s w przepuście
§ Komora z przegrodami dziurkowanymi V=1,0m/s
§ Komora z wirowym ruchem wody V=1,0m/s
Komory mechaniczne:
Zalety-możliwość zmiany prędkości obrotowej mieszadeł o dostosowanie jej do temp.
Wady - zużycie energii elektrycznej
§ Mieszadło łapowe
§ Mieszadło śmigłowe
§ Mieszadło ramowe
Komory reakcji (flokulacji)
Następuje w niej mieszanie i kłaczkowanie, powiększanie się kłaczków, lecz nie może nastąpić ich osadzanie. Pojemności komór zależą od czasu reakcji i ilości oczyszczanej wody.
Dzielimy je na:
§ Mechaniczne: o przepływie pionowym i o przepływie poziomym
§ Hydrauliczne
Stężenie roztworów.
§ Siarczan glinu 6%
§ Siarczan żelazowy 5-10%
Opłacalność zawiesiny kłaczkowatej
Prędkość opadania zawiesiny kłaczkowatej wzrasta wraz z czasem (a zarazem głębokością) gdyż zawiesina ta łączy się, powiększa swoją objętość, zwiększając ciężar, na jej powierzchni następuje sorpcja.
Nieprawidłowa praca może wynikać z:
§ Niewłaściwa dobrana dawka
§ Sprawdzenie stężenie r-ru w zb. Zarobowo-roztworowym