La coagulazione dell'acqua si riferisce ai metodi fisici e chimici preliminari della sua purificazione. L'essenza del processo risiede nell'allargamento e nella precipitazione di impurità meccaniche o sostanze emulsionate. Questa tecnologia è utilizzata nei moderni impianti di trattamento delle acque reflue e delle acque.
Fondamenti fisici
La coagulazione dell'acqua, o in altre parole la sua chiarificazione, è un processo in cui piccole particelle in sospensione vengono combinate in conglomerati più grandi. L'esecuzione di questa procedura consente di rimuovere le impurità finemente disperse dal liquido durante l'ulteriore decantazione, filtraggio o flottazione.
Affinché le particelle "si attacchino", è necessario vincere le forze di reciproca repulsione tra di loro, che assicurano la stabilità della soluzione colloidale. Molto spesso, le impurità hanno una debole carica negativa. Pertanto, per purificare l'acqua per coagulazione, vengono introdotte sostanze con cariche opposte. Di conseguenza, le particelle di sospensione diventano elettricamente neutre, perdono le loro reciproche forze di repulsione e iniziano ad attaccarsi, per poi cadere.nel sedimento.
Materiali utilizzati
2 tipi di reagenti chimici sono usati come coagulanti: inorganici e organici. Del primo gruppo di sostanze, le più comuni sono i sali di alluminio, ferro e loro miscele; sali di titanio, magnesio e zinco. Il secondo gruppo comprende i polielettroliti (melamina-formaldeide, epicloridrindimetilammina, policlorodiallildimetil-ammonio).
In condizioni industriali, le acque reflue sono spesso coagulate con sali di alluminio e ferro:
- Cloruro di alluminio AlCl3∙6H2O;
- cloruro ferrico FeCl3∙6H2O;
- Solfato di Al 2O;
- solfato di ferro FeSO4 7H2O;
- alluminato di sodio NaAl(OH)4 e altri.
I coagulanti formano fiocchi con un'ampia superficie specifica, che ne garantisce una buona capacità di assorbimento. La scelta del tipo ottimale di sostanza e della sua dose viene effettuata in condizioni di laboratorio, tenendo conto delle proprietà del liquido dell'oggetto da trattare. Per la chiarificazione delle acque naturali, la concentrazione dei coagulanti è generalmente compresa tra 25 e 80 mg/l.
In pratica tutti questi reagenti appartengono alla 3a o 4a classe di pericolo. Pertanto, le aree in cui vengono utilizzate devono essere in stanze isolate o edifici indipendenti.
Destinazione
Il processo di coagulazione viene utilizzato sia nei sistemi di trattamento delle acque che per la pulizia industriale eacque reflue domestiche. Questa tecnologia aiuta a ridurre la quantità di impurità nocive:
- ferro e manganese - fino all'80%;
- tensioattivi sintetici - del 30-100%;
- piombo, cromo - del 30%;
- prodotti petroliferi – del 10-90%;
- rame e nichel - del 50%;
- inquinamento organico - del 50-65%;
- sostanze radioattive - del 70-90% (ad eccezione di iodio, bario e stronzio difficili da rimuovere; la loro concentrazione può essere ridotta solo di un terzo);
- pesticidi - del 10-90%.
La purificazione dell'acqua mediante coagulazione seguita dalla sedimentazione consente di ridurre il contenuto di batteri e virus di 1-2 ordini di grandezza e la concentrazione dei microrganismi più semplici di 2-3 ordini di grandezza. La tecnologia è efficace contro i seguenti agenti patogeni:
- Coxsackievirus;
- enterovirus;
- virus dell'epatite A;
- E. coli e i suoi batteriofagi;
- cisti di giardia.
Fattori chiave
La velocità e l'efficienza della coagulazione dell'acqua dipendono da diverse condizioni:
- Grado di finezza e concentrazione delle impurità. L'aumento della torbidità richiede dosi più elevate di coagulante.
- Acidità dell'ambiente. La purificazione dei liquidi saturi di acidi umici e fulvici avviene meglio a valori di pH inferiori. Con la normale chiarificazione dell'acqua, il processo è più attivo a pH elevato. Per aumentare l'alcalinità aggiungere lime, soda, soda caustica.
- Composizione ionica. A bassa concentrazionemiscela di elettroliti, l'efficienza della coagulazione dell'acqua è ridotta.
- Presenza di composti organici.
- Temperatura. Con la sua diminuzione, la velocità delle reazioni chimiche diminuisce. La modalità ottimale è il riscaldamento fino a 30-40 ° С.
Processo tecnologico
Ci sono 2 metodi di coagulazione principali utilizzati negli impianti di trattamento delle acque reflue:
- A volume libero. Per questo vengono utilizzati miscelatori e camere di flocculazione.
- Illuminazione dei contatti. Un coagulante viene prima aggiunto all'acqua, quindi viene fatto passare attraverso uno strato di materiali granulari.
L'ultimo metodo di coagulazione dell'acqua è il più utilizzato per i seguenti vantaggi:
- Alta velocità di pulizia.
- Dosi minori di coagulanti.
- Nessuna forte influenza del fattore di temperatura.
- Non c'è bisogno di alcalinizzare il fluido.
Il processo tecnologico di trattamento delle acque reflue mediante coagulazione comprende 3 fasi principali:
- Dosaggio del reagente e miscelazione con acqua. I coagulanti vengono introdotti nel liquido sotto forma di soluzioni o sospensioni al 10-17%. La miscelazione in contenitori avviene meccanicamente o per aerazione con aria compressa.
- Formazione di fiocchi in camere speciali (contatto, strato sottile, espulsione o ricircolo).
- Decantazione nelle vasche di decantazione.
La sedimentazione delle acque reflue è più efficiente con un metodo a due stadi, quando viene eseguita prima senza coagulanti e poi dopo il trattamento con sostanze chimichereagenti.
Design di rubinetti tradizionali
L'introduzione della soluzione coagulante nell'acqua trattata viene effettuata utilizzando vari tipi di miscelatori:
- Tubolare. Gli elementi statici sotto forma di coni, diaframmi, viti sono installati all'interno della tubazione di pressione. Il reagente viene fornito tramite un venturi.
- Idraulico: cloisonne, forato, vortice, rondella. La miscelazione avviene per la creazione di un flusso turbolento di acqua che passa lungo le tramezzature, attraverso fori, uno strato di sedimenti coagulanti in sospensione o un inserto a forma di rondella (diaframma) con un foro.
- Meccanico (pala ed elica).
Combinazione con flottazione
Il trattamento delle acque reflue mediante coagulazione è difficile da controllare a causa del costante cambiamento della qualità del liquido. Per stabilizzare questo fenomeno viene utilizzata la flottazione: la separazione delle particelle sospese sotto forma di schiuma. Insieme ai coagulanti, i flocculanti vengono introdotti nell'acqua purificata. Riducono la bagnabilità delle sospensioni e migliorano l'adesione di queste ultime con le bolle d'aria. La saturazione del gas viene effettuata negli impianti di flottazione.
Questa tecnica è ampiamente utilizzata per la coagulazione dell'acqua contaminata con prodotti delle seguenti industrie:
- industria della raffinazione;
- produzione di fibre artificiali;
- industria della cellulosa e della carta, pelle e chimica;
- ingegneria meccanica;
- produzionecibo.
3 tipi di flocculanti utilizzati:
- di origine naturale (amido, lievito da foraggio idrolizzato, bagassa);
- sintetico (poliacrilammide, VA-2, VA-3);
- inorganico (silicato di sodio, biossido di silicio).
Queste sostanze consentono di ridurre la dose richiesta di coagulanti, abbreviare la durata della pulizia e aumentare la velocità di decantazione delle scaglie. L'aggiunta di poliacrilammide anche in quantità molto piccole (0,5-2,0 mg/kg) appesantisce notevolmente i fiocchi di decantazione, il che aumenta la velocità di risalita dell'acqua nei chiarificatori di tipo verticale.
Metodi di intensificazione dei processi
Il miglioramento del processo di coagulazione dell'acqua avviene in diverse direzioni:
- Cambia la modalità di elaborazione (coagulazione frazionata, separata, intermittente).
- Regolazione dell'acidità dell'acqua.
- Utilizzo di opacizzanti minerali, le cui particelle svolgono il ruolo di centri aggiuntivi per la formazione di conglomerati, materiali assorbenti (argilla, clinoptilolite, saponite).
- Elaborazione combinata. Combinazione di coagulazione con magnetizzazione dell'acqua, applicazione di un campo elettrico, esposizione agli ultrasuoni.
- Usare una miscela di cloruro ferrico e solfato di alluminio.
- L'uso dell'agitazione meccanica, che riduce la dose di coagulanti del 30-50% e migliora la qualità della pulizia.
- Introduzione degli ossidanti (cloro e ozono).
