Анализа фактора који утичу на ефикасност коагулације у индустријском третману воде

Коагулација је кључни корак у третману индустријске воде. Директно утиче на ефикасност уклањања суспендованих честица и колоидних нечистоћа у води, а такође утиче на стабилност и економичност наредних процеса као што су филтрација, омекшавање и десалинизација. Међутим, ефекат коагулације није одређен само дозом реагенса, већ је под утицајем комбинације фактора укључујући хидрауличне услове, температуру воде, пХ вредност, тврдоћу воде и алкалност. Овај чланак систематски анализира факторе који утичу на ефикасност коагулације из инжењерске праксе и из теоријске перспективе, и користи једначине хемијских реакција и формуле за израчунавање како би помогао читаоцима да стекну дубље разумевање овог кључног процеса.

Суштина процеса коагулације је сусрет и реакција реагенаса са честицама нечистоћа у води, чиме се на крају формирају веће и стабилније флокуле. Ако су хидраулични услови недовољни, реагенси се не могу у потпуности мешати са водом, што резултира ниском ефикасношћу реакције; међутим, ако су хидраулички услови сувише јаки, већ формиране флокуле ће се разбити. Због тога се интензитет мешања мора контролисати у разумном опсегу. Уобичајени хидраулички индикатор је вредност градијента интензитета мешања Г, израчуната на следећи начин.

У формули: Г је градијент интензитета мешања, с⁻¹; је насипна густина воде, Н/м³ или кг/м³; х је губитак главе у опреми за коагулацију, м; μ је динамички вискозитет воде, Па·с или Н·с/м³; Т је просечно време задржавања воде која протиче кроз опрему, с.

У стварном раду, одговарајући опсег Г вредности за фазу мешања је обично 600–1000 с⁻¹; одговарајући опсег Г вредности за фазу флокулације је обично 20–70 с⁻¹.

Температура воде је још један кључни фактор који утиче на ефикасност коагулације. Када се температура смањи, вискозност воде се повећава, могућност судара између честица се смањује, а стопа формирања флока значајно се успорава; у исто време, ниска температура такође инхибира реакцију хидролизе реагенаса, што доводи до смањења ефикасности коагулације. Када је температура воде изнад 15 степени, реакција хидролизе се убрзава, раст флока је брз, а седиментација је добра. Када је температура воде испод 10 степени, хидролиза агенса је отежана, сила везивања међу честицама је слаба, флокуле су лабаве, а седиментација је отежана. Када је температура воде испод 5 степени, потребно је значајно повећати дозу коагуланта, а потребно је и подешавање алкалности да би се обезбедио ефекат.

Због тога је у зимском раду често потребно предузети мере као што су повећање дозе средства и повећање интензитета мешања како би се компензовали штетни ефекти ниске температуре.

Реакција хидролизе коагуланата у води је уско повезана са пХ вредношћу раствора. Узимајући као примере соли алуминијума и соли гвожђа, њихови производи хидролизе и стања преципитације ће се значајно променити са различитим пХ вредностима.

1. Реакција коагуланта са алуминијумском соли

Под одговарајућим пХ условима, соли алуминијума могу да формирају преципитат алуминијум хидроксида, као што је приказано у следећој формули.

Ефекат коагулације је оптималан када је пХ вредност воде у опсегу од 5,5 до 7,5.

2. Реакције коагуланата жељезне соли
Хидролиза фери соли у води је сложена, углавном укључује следеће реакције:

Одговарајући пХ опсег је 6,0-8,0. Ако је пХ испод 3, соли гвожђа тешко могу да формирају флокуле фери хидроксида; ако је пХ изнад 9, Фе³⁺ ће се трансформисати у растворљивије комплексне јоне, смањујући ефекат коагулације. У условима високе алкалности, гвожђе соли пролазе кроз следеће реакције.

Због тога је ефекат коагулације фери соли најидеалнији у неутралним или благо алкалним условима.

Јони бикарбоната, калцијума и магнезијума у ​​води могу значајно утицати на хидролизу коагуланата и формирање флока услед следећих нежељених реакција.

Одговарајућа алкалност је корисна за реакцију. Ако је алкалност воде прениска, потребно је додати додатно креч (ЦаО) или сода пепео да би се обезбедило формирање довољне количине хидроксида. Следећа формула се може користити за процену дозе компензације алкалности.

У формули: [ЦаО] је доза чистог креча (ЦаО), мг еквивалент/Л; [а] је доза коагуланта, мг еквивалент/Л; [з] је алкалност сирове воде, мг еквивалент/Л; [δ] је резидуални алкалитет, обично узет као 0,5–1,0 мг еквивалента/л.

Закључак: Коагулација није појединачна хемијска реакција, већ свеобухватан процес који укључује комбиноване ефекте физичких, хемијских и хидрауличких услова. Промене било ког фактора, од интензитета мешања до температуре воде, од пХ до алкалности, могу довести до разлика у коначном ефекту. Стога, само дубоким разумевањем ових механизама можемо постићи оптималне резултате третмана воде прилагођавањем локалним условима. У будућности, како индустрија пречишћавања воде тежи очувању енергије, смањењу емисије и ефикасном раду, префињена контрола процеса коагулације ће постати све важнија, а разумевање фактора који утичу на њега ће постати једна од кључних компетенција инжењера.