Наладка и обслуживание установки химического обессоливания воды - Коагуляция воды сернокислым алюминием

V. КОАГУЛЯЦИЯ ВОДЫ СЕРНОКИСЛЫМ АЛЮМИНИЕМ

1. СУЩНОСТЬ ПРОЦЕССА

Рассматривается технология процесса коагуляции при применении в качестве коагулянта сернокислого алюминия

При введении в воду сернокислого алюминия происходит его диссоциация с образованием трехвалентных катионов алюминия:

Кроме того, идет гидролиз избытка добавленного к воде сернокислого алюминия с получением коллоида малорастворимой гидроокиси алюминия:

Наряду с гидроокисью алюминия в зависимости от условий гидролиза могут образоваться коллоиды основных солей алюминия:

Коллоидные частицы гидроокиси алюминия и основных его солен при значении рН<б,5 имеют положительный заряд.
При значении pH < 4,5 гидролиз сернокислого алюминия практически не идет: введенный в воду алюминий остается в воде в виде катионов А!3+. При высоких значениях pH коллоидные частицы гидроокиси алюминия имеют отрицательный заряд. При значениях pH ^8 алюминий в водном растворе образует растворимые алюминаты (AIO2-). Оптимальное значение pH при коагуляции воды сернокислым алюминием лежит в пределах 6—7.
Ионы водорода, выделяющиеся при гидролизе сернокислого алюминия, понижают значение pH воды и ухудшаю.· условия коагуляции. Большой избыток водородных ионов прекращает процесс гидролиза. Поэтому для хорошей коагуляции необходимо, чтобы образующиеся при гидролизе водородные ионы удалялись. При очистке природных вод это осуществляется за счет реакции ионов Н+ с присутствующими в воде бикарбонатными ионами:

В процессе коагуляции вода обогащается свободной углекислотой.       

Если величина естественной щелочности природной воды окажется недостаточной для нейтрализации кислотности, развивающейся при гидролизе оптимальной дозы коагулянта, то производится подщелачивание воды едким натром.
Оптимальной дозой коагулянта является такая доза, при которой цветность и окисляемость воды после коагулирования стали наименьшими, а значение pH возможно ближе к 7, так как в этик случаях остаточное содержание в коагулированной воде · А13+ будет наименьшим.
Количество щелочи, необходимой для подщелачивания, определяется по формуле
где Лк— оптимальная доза коагулянта по результатам пробных коагуляций (см. § 5-6), мг-экв/кг.
0,4 — остаточная щелочность коагулированной воды, мг-экв/кг·, щ — общая щелочность исходной воды, мг-экв/кг.
Если при расчете по этой формуле значение Дц получается нулевым или отрицательным, то это указывает на отсутствие необходимости в подщелачивании.
Показателями удовлетворительного коагулирования воды являются: прозрачность осветленной воды по кресту, равная 350 см, отсутствие ее помутнения при стоянии и снижение исходной окисляемости yа 50—70% при значении pH около 7.
Оптимальные значения pH воды при применении -для коагуляции сернокислого алюминия даны в табл. 4.
Таблица 4

Значение pH и дозы коагулянта для данной воды устанавливается проведением пробной коагуляции в лаборатории (§ 5-7). Оптимальной температурой для коагуляции сернокислым алюминием является 30 С.

В процессе коагуляции общая жесткость воды не меняется, но концентрация HCO₃- (карбонатная жесткость) уменьшается, а концентрация(некарбонатная жесткость) увеличивается на величину. эквивалентную дозе коагулянта:

При применении сернокислого алюминия в качестве коагулянта дозирование должно быть очень точным. Достаточно небольшого отклонения от оптимальной дозы, чтобы изменилось значение pH и коагулирование пошло хуже, а в коагулированной воде увеличилось остаточное содержание алюминия. Проведение коагуляции с применением больших доз коагулянта обычно дает хороший эффект, но одновременно приводит к росту солесодержания обрабатываемой воды, например по реакции

Чаще всего дозы сернокислого алюминия лежат в пределах 0,2— 1,0 мг-экв/кг, т. е. примерно 20—100 мг/кг Al2(SO₄)3.
При дефицитных дозах коагулянта осветлитель практически не работает. Нужно стремиться к тому, чтобы введенное в воду количество коагулянта было в последующем максимально выведено из воды в виде осадка.

5-2. УЗЕЛ КОАГУЛЯЦИИ (рис. 9)

Исходная вода подогревается до 30—40° С (в зависимости от схемы обработки для данной воды). Так как для коагуляции воды в осветлителе с помощью сернокислого алюминия, образующего легкие хлопья, постоянство температуры имеет исключительно важное значение, еще большее чем при известковании и коагуляции воды, то на выходе из подогревателя устанавливается прибор, регулирующий температуру подогрева воды па выходе из подогревателя (чаще всего ставят электронные регуляторы различных типов).
От регулирования температуры подогрева воды вручную следует отказаться, так как ® этом случае не может быть обеспечено ее изменение в пределах ±;1°С.
Подогретая вода поступает в осветлитель, куда насосами-дозаторами подается также раствор коагулянта и если есть необходимость — щелочи.
Рассчитанное количество коагулянта запружается погрузочным ковшом в мешалку. Применяемый па водоподготовительных установках коагулянт обычно загрязнен различными примесями. Поэтому целесообразно загрузку коагулянта производить не непосредственно в мешалку, а дооборудовать ее съемным ящиком-корзиной из сетки с ячейками 2X2 мм, рассчитанным на объем одной загрузки коагулянта. Через корзину-приемник коагулянта мешалку заполняют -на 2/з ее объема. Нерастворившиеся механические примеси  вместе со съемной корзиной удаляют из мешалки. Раствор в мешалке перемешиваю.· сжатым воздухом либо насосом по линии рециркуляции.

Перемешивание ведут до получения установившейся концентрации коагулянта, т. е. до тех пор, пока удельный вес взятых из бака двух проб будет постоянен.
Раствор отстаивается до полного осветления. Осветленный раствор из мешалки перекачивают насосом через фильтр в бак рабочего раствора коагулянта. Перекачивание ведут до тех пор, пока идет светлый прозрачный раствор. Оставшийся в мешалке шлам спускают в дренаж, после чего промывают мешалку в течение 10—12 мин проточной водой.
В баке раствора коагулянта приготавливают рабочий раствор, для чего определяют крепость коагулянта по ареометру или гитровацием (см. § 5-6), определяют объем раствора по рейке внутри бака или водомерному стеклу и доливают до нужного объема водок. Тщательно перемешивают деревянным веслом или сжатым воздухом и снова проверяют полученную концентрацию коагулянта.

Рис. 9. Схема узла коагуляции сернокислым алюминием.
1 — исходная вода; 2 — подогреватель; 3 — склад коагулянта; 4 — погрузочный ковш; 4 — мешалка раствора коагулянта; 4 — фильтр раствора коагулянта: 7 — насос раствора коагулянта; 3 — линия рециркуляции; 9 — бак раствора коагулянта; 10 — насос-дозатор коагулянта; 11 — бак раствора щелочи: 12 — насос-дозатор щелочи;  13 — осветлитель; 14 — непрерывная продувка;  14 — периодическая продувка:  14 — приемный короб для выхода воды;  17 — бак коагулированной воды:  14 — насос коагулированной воды; 19— линия промывки; 20 — резиновый шланг; 21 — сжатый воздух; 22 — щелочь со склада; 23 — вода; 4 — коагулянт.

Приготовленный раствор коагулянта насосом-дозатором подастся в осветлитель. Во время работы насоса-дозатора следят за уровнем в баке раствора коагулянта. При достижении минимального уровня насос-дозатор отключают и заполняют бак свежей порцией раствора из мешалки, приготовляя его по описанной выше схеме.
Приготовленный по той же схеме, что и коагулянт, раствор едкого натра из бака раствора щелочи насосом-дозатором подается, так же как и коагулянт, в осветлитель. Удаление из осветлителя образовавшегося шлама производят, как и при известковании, при помощи непрерывной и периодической продувки.
Осветленная вода из сборного короба подается в бак коагулированной воды, откуда насосом подается на осветлительные фильтры.
Для промывки осветлителя во время его остановов необходимо иметь подвод осветленной или исходной воды с гибким шлангом.