Очистка воды при помощи флокулянтов

Флокулянты для водоподготовки – одна из разновидностей реагентов, применяемых при очистке воды в бассейнах, искусственных водоемах, на производственных объектах и не только. В статье мастер сантехник расскажет, о видах флокулянтов и принципе их действия.

Что такое флокулянты

Флокуляция представляет собой процесс образования хлопьевидных агрегатов видимых размеров из более мелких невидимых частиц коллоидного раствора. В коллоидном растворе твердые частицы твердой фазы представлены группами молекул, находящимися во взвешенном состоянии.

В водных растворах эти взвешенные частицы окружены своего рода оболочкой из молекул воды и заряженных ионов, что не дает им приблизиться друг к другу, чтобы сцепиться между собой и образовать более крупные конгломераты с разветвленной пространственной структурой. Для того, чтобы запустить процесс такого объединения, и применяются специальные химические реагенты, называемые флокулянтами или полимерами.

Большей частью, флокулянты представляют собой высокомолекулярные электролиты природного или синтетического происхождения.

К природным флокулянтам относятся высшие полисахариды:

• Целлюлоза;
• Крахмал;
• Их производные.

Синтетическим флокулянтом является:

• Полиэтилен и производные полиэтилена;
• Полиакрилы;
• Полиамиды;
• Полиамины.

Большинство флокулянтов поставляются в виде порошков, но продается и флокулянт жидкий в виде эмульсии.

Виды флокулянтов

Подразделяются флокулянты в основном на три вида:

• Анионные.
• Катионные.
• Существуют на практике и неионные химикаты, но их применение ограничено.

Название химикатов связано с электродами электро-химического процесса:

• А – анод с положительным потенциалом;
• К – катод с отрицательным потенциалом.

Использование анионитов и катионитов позволяет отказаться от дорогостоящего электротехнического оборудования и, в некотором смысле, сделать процесс более безопастным.

Флокулянт анионный

Анионо-активный флокулянт, притягивающий к себе загрязнения с отрицательным зарядом. Основой для изготовления флокулянта анионного служат сополимеры акриламида. Это может быть акриловая кислота со стабилизирующими добавками.

Флокулянт катионный

Эти флокулянты очищают воду от осадка с положительными ионами на поверхности благодаря хемосорбции. Свои отрицательным зарядом они нейтрализуют положительный заряд и связывают загрязнения в длинные молекулярные цепочки.

Флокулянт неионогенный

В отличие от флокулянтов с предварительным зарядом, эти реагенты не несут ионов с определенным зарядом. Их действие связано с образованием водородных мостиков, которыми реагенты связывают в макрохлопья загрязнения в воле.

Принцип работы флокулянтов в воде

При добавлении реагентов в загрязненную воду происходит следующий процесс:

• Все флокулянты вступают во взаимодействие с коллоидными частицами. Сначала оседают на их поверхности, значительно нарушая водно-солевой баланс оболочки. Параллельно флокулянты сводят на нет электрический заряд коллоидных примесей. Изначально все коллоидные соединения как бы окружены мешающей слипанию частиц оболочкой. Ее и разрушает флокулянт.
• За счет своего высокого молекулярного веса и уже произошедших в воде реакций происходит фиксация реагентов на поверхности сторонних примесей. При этом они образуют своеобразные мостики, благодаря которым формируется связь между молекулами флокулянтов.
• В результате все взвешенные частицы коллоидных растворов слипаются в большие видимые хлопья. Их еще называют флоккулами.

После прошедшей реакции сторонние примеси в виде хлопьев можно легко удалить из осветляемой жидкости. Делается это с помощью механических фильтров.

Отличие от коагулянтов

Коагулянты, как и флокулянты, способствуют очищению воды от мелкодисперсного мусора, объединяя между собой загрязнения и осаждая их.

Цель применения очень похожа, однако механизм течения несколько отличается:

• В основу коагуляционного процесса входит дестабилизация зарядов загрязняющих частиц. Коллоидная грязь, которая делает воду мутной, состоит из микроскопических отрицательно заряженных частиц. Они настолько малы, что проходят через песчаный фильтр, а одноименный электрический заряд заставляет их постоянно находиться в движении. Одинаковый заряд так же мешает им объединяться в группы. Введение коагулянтов приводит к потере заряда и устранению электростатического взаимодействия.
• Флокуляция образует более крупные соединения за счет полимерной связи. Происходит укрепление и увеличение объема фильтруемых веществ, которые можно потом без труда удалить со дна емкости.

Различие заключается не только в механизме течения, но и во временном периоде проведения химической реакции:

• Коагуляция проходит в течение 1-3 минут после тщательного перемешивания и при строгом соблюдении температуры в пределах 20-25 градусов.
• Флокуляция может длится 30-60 минут, требуя некоторого времени для отстаивания. Это объясняется длительной стадией формирования осадка.

Приминение

Чаще всего действие флокулянтов дополняет процесс коагуляции коллоидных растворов, так как при этом не только сокращается время, идущее на образование хлопьев, но и увеличивается плотность этой субстанции, ее размеры. Это связано с тем, что при флокуляции связи между взвешенными частицами образуются не только за счет их контакта, как при действии коагулянта, но и путем образования дополнительных связей между молекулами флокулянта. Практический интерес представляет в основном флокуляция в водной среде, так как этот процесс применяется достаточно широко в таких сферах, как осветление воды из природных водоемов, очистка бытовых и промышленных стоков.

Также флокуляция используется во многих технологических процессах, в том числе обогащения, производства химических веществ, лекарственных препаратов и нефтепеработке.

Без флокуляции не обходится также получение концентратов и микробиологическое производство.

Этот процесс не является обособленным и чаще всего является частью сложной технологической цепочки, работая в сочетании с фильтрацией, гравитационным разделением, флотацией, другими методами обогащения и очистки сточных вод.

Существует так же и избирательная флокуляция, при которой флоккулы образуются только из частиц одной природы, благодаря действию флокулянта только на один из компонентов коллоидного раствора. Такой вид разделения востребован при разделении тонких неорганических взвесей, для увеличения эффективности обогащения, а так же при очистке буровых растворов от мельчайших частиц горной породы.

Особенности выбора флокулянтов

Наибольше распространение в очистке промышленных и сточных вод получили полимерные флокулянты – это полиэлектролиты, способные растворяться в воде. Они выпускаются в виде порошка, который добавляется в воду в требуемой концентрации. Такие вещества помещаются в распределительные камеры для дозирования перед добавлением в жидкость для очистки. При обработке они обеспечивают быстрое разделение загрязненной воды на твердые и жидкие фракции.

Применяемые в промышленной водоочистке катионные и анионные флокулянты могут иметь различную степень заряда и молекулярную массу: она варьируется от 2 до 26 млн. различных мономеров в составе. При выборе учитывается тип присутствующих в воде примесей и используемого оборудования: для каждого вида фильтрующей техники можно подобрать наиболее подходящее решение.

Производители

Ведущими компаниями, которые занимаются вопросами разработки оборудования и технологий получения современных флокулянтов, являются Франция, Япония, Великобритания, Южная Корея, Финляндия, СЩА и Германия.

На рынке России представлены 3 основных лидера:

• Besfloc (Бесфлок). Флокулянт южнокорейского производства компании «KolonLifeScience, Inc». Выпускают полный спектр реагентов и имеют широкую популярность по всему миру.
• Zetag (Зетаг). Флокулянт Zetag от швейцарской компании Ciba Specialty Chemicals.
• Praestol (Праестол). Флокулянт, созданный по совместной технологии России и Германии. На рынке появился в 1998 году и быстро занял свою нишу –коммунальное хозяйство.

В продолжение темы посмотрите также наш обзор Методы очистки сточных вод от сульфатов