Лабораторная работа № 7 Определение оптимальной дозы коагулянта при обработке воды

Цель работы: Ознакомление с методикой определения оптимальной дозы коагулянта на ВПУ ТЭС и АЭС.

Общие сведения

Коллоидно-дисперсные примеси (размер частиц от 1 до 100 нм), находящиеся в поверхностных водах, относятся к наиболее трудноудаляемым. В коллоидно-растворенном состоянии в воде преимущественно присутствуют органические соединения, а также некоторые органические вещества (различные формы органических кислот, некоторые соединения алюминия, железа).

Одним из основных классов органических веществ, находящихся в природных водах, являются гуминовые вещества, которые определяют окраску воды (от желтоватой до бурой в зависимости от концентрации гуматов).

По своему химическому составу гуминовые вещества являются достаточно сильными кислотами и способны образовывать соли (гуматы) с различными катионами. Гуматы натрия и калия хорошо растворимы в воде; гуматы кальция и магния, а так же свободные гуминовые кислоты в воде труднорастворимы и образуют в ней коллоиды.

Все виды органических и минеральных коллоидных примесей, оказывают вредное влияние на внутрикотловые физико-химические процессы.

Коллоидные примеси нельзя удалить из воды путем естественного осаждения, так как их частицы имеют на своей поверхности отрицательные электрические заряды и, взаимно отталкиваясь, держатся во взвешенном состоянии. Нельзя удалить из воды коллоидные примеси и путем фильтрования через осветлительные фильтры, так как размеры их частиц (0,01-0,1 микрон) настолько малы, что они, не задерживаясь, проходят через фильтрующий слой.

Коагуляцию проводят, добавляя в воду положительно-заряженные (т.е. противоположно заряженные) коллоиды, как правило это коллоидные соединения трехвалентных металлов алюминия или железа, которые образуются в результате реакции гидролиза таких коагулянтов, как сернокислый алюминий Al₂(SO₄)₃, сернокислое железо FeSO₄.

В результате реакций гидролиза

Al₂(SO₄)₃+6H₂O=2Al(OH)₃+3H₂SO₄, (1.21)

4FeSO₄+10H₂O+O₂=4Fe(OH)₃+4H₂SO₄ (1.22)

образуются гидраты окиси алюминия Al(OH)₃ и железа Fe(OH)₃, обладающие свойством укрупнять взвешенные в воде частицы коллоидных примесей и осаждать их.

Образующаяся при гидролизе серная кислота Н₂SO₄ нейтрализуется содержащимися в воде Са(НСО₃)₂ и Мg(НСО₃)₂, а при их отсутствии или недостатке добавляемыми в воду NaOH, Na₂CO₃ или Са(ОН)₂ по реакциям:

H₂SO₄+Ca(HCO₃)₂=CaSO₄+2H₂O+2CO₂  ; (1.23)

Н₂SO₄+Mg(HCO₃)=MgSO₄+2H₂O+2CO₂  ; (1.24)

H₂SO₄+2NaOH=Na₂SO₄+2H₂O; (1.25)

H₂SO₄+Ca(OH)₂=CaSO₄+2H₂O. (1.26)

Наилучший эффект коагуляции сернокислым алюминием получается при рН=6,5…7,5, а сернокислым железом – при рН=8…10.

Коагуляция воды сернокислым железом обычно сочетается с известкованием воды, что позволяет гарантировать требуемые значения показателя рН. Процесс коагуляции улучшается при подогреве воды до 30-40⁰С.

Установлено, что, применяя коагуляцию, можно удалить из воды 60-80% органических веществ и 25-50% кремниевой кислоты, находящихся в коллоидном состоянии.

К перспективным коагулятам можно отнести неорганические коагулянты, в частности полиоксихлориды алюминия Al_m(OH)_nCl_3m-n (ОХА). Коагулянт получают при взаимодействии гидроксида алюминия с соляной кислотой и гидроксидом натрия. В зависимости от способа проведения гидролиза и полимеризации получены различные его модификации, характеризующиеся модулем основности и степенью основности. Модуль основности определяется молярным отношением ОН/ОН+Сl, а степень основности – молярным отношением ОН/Al³⁺. Чем выше модуль основности, тем в меньшей степени при проведении коагуляции происходит снижение величины рН, щелочности и увеличение в обрабатываемой воде концентрации хлоридов, более глубоко идет удаление органических примесей и снижение цветности воды.

Коагулянт ОХА смешивается с водой в различных пропорциях. Концентрация рабочего раствора коагулянта при очистке поверхностных вод составляет, как правило 2 – 10%. Дозы коагулянта в различных случаях его использования составляют 1–10 мг/дм³ товарного продукта для очистки поверхностных вод невысокой цветности и мутности до 100–300 мг/дм³. ОХА работает в диапазоне рН=5–9 и может использоваться для очистки воды с низкой щелочностью.

Правильно выбранная доза коагулянта имеет большое значение для нормального протекания процесса коагуляции воды. Оптимальная доза коагулянта не может быть определена расчетным путем, поэтому для ее установления выполняются лабораторные опыты. Эффект проведения коагуляции определяют по уменьшению органических примесей в воде после коагуляции (по окисляемости).