Визначення оптимальної дози коагулянту

Для видалення з води речовин, які зумовлюють її колір та каламутність, застосовують обробку води коагулянтами. Як коагулянти використовують солі алюмінію і заліза: сульфат алюмінію, сульфат заліза ІІ, сульфат заліза ІІІ, хлорид алюмінію, хлорид заліза ІІ, хлорид заліза ІІІ, змішаний коагулянт, який складається із сульфату алюмінію та хлориду заліза, взятих у співвідношенні 1:1 або 1:2 та ін.

Коагулянти – це солі сильних кислот і слабких основ, і тому при введенні у воду вони гідролізуються.

Гідролізом називається реакція розкладання речовини водою, в результаті якої відбувається зв’язування продуктів розкладу з одним або обома іонами води з утворенням малодисоційованих або важкорозчинних речовин. Гідроліз солей супроводжується зміною рН середовища:

Al₂(SO₄)₃ + 6H₂O  Al(OH)₃ + 3H₂SO₄;

або:

FeCl₃ + 3H₂O    Fe(OH)₃ + 3HCl.

Реакції гідролізу оборотні. Тому, щоб забезпечити повноту протікання гідролізу (пряма реакція) необхідно зв’язувати (нейтралізувати) кислоту, що утворюється за гідролізу. Цю функцію виконують присутні в природних водах гідрокарбонат-іони (НСО₃^-), які зумовлюють природну лужність води:

Н ₂SO₄ + 2НСО₃^-  = 2Н₂СО₃ + SO₄^2- = 2Н₂О + 2СО₂ + SO₄^2-.

Якщо лужність оброблюваної води невелика, або застосовується значна доза коагулянту, кислота, що утворюється при гідролізі коагулянту, може нейтралізуватись неповністю. Наслідком цього є погіршення процесу утворення пластівців, поява у воді залишкового алюмінію або заліза. Щоб уникнути цього, воду додатково підлуговують введенням вапна Са(ОН)₂ або соди Na₂CO₃:

H₂SO₄ + Ca(OH)₂ = CaSO₄ + 2H₂O;

2HCl + Na₂CO₃ = 2NaCl + H₂CO₃ = 2NaCl + H₂O + CO₂.

Гідроксиди алюмінію та заліза надзвичайно мало розчинюються у воді і виділяються з неї у вигляді колоїдних позитивно заряджених частинок з великою сумарною поверхнею.

Гумусові речовини, що надають воді забарвлення, і частинки порід і ґрунтів, які визначають її каламутність, являють собою негативно заряджені колоїди. Внаслідок великої вільної поверхневої енергії і різності зарядів ці дві системи взаємодіють: на позитивно зарядженій поверхні гідроксидів добре адсорбуються гумусові речовини, а самі частинки гідроксидів адсорбуються на поверхні частинок ґрунту, глини та інших завислих речовин.

Разом з тим наявність у воді від’ємно заряджених іонів призводить до коагуляції колоїдних частинок гідроксидів, тобто відбувається зниження їх заряду і втрата ними стійкості. В результаті цього частинки починають злипатися між собою, створюючи так звану надміцелярну структуру. Остання під впливом гідродинамічних сил потоку розривається у найслабших місцях, внаслідок чого утворюються мікропластівці, котрі потім укрупнюються при взаємних зіткненнях. Осідання такої коагульованої зависі призводить до видалення із води речовин, які надають їй каламутності й забарвлення.

Для успішного перебігу процесу необхідно правильно вибрати дозу коагулянту. Оптимальною називається така найменша доза коагулянту, яка забезпечує забарвлення очищеної води < 20 град. при мінімальній її каламутності і доброму утворенні пластівців (достатньо швидке утворення великих, добре осідаючих пластівців).

Оптимальна доза коагулянту залежить від природи й інтенсивності забарвлення оброблюваної води, її каламутності, лужності, рН, температури; цей показник визначають під час пробного коагулювання води різними дозами коагулянту.