В данной статье приведём некоторые теоретические аспекты коагуляционной очистки воды, которые могут быть полезны для понимания причин повышенного содержания соединений алюминия в воде, обработанной алюминийсодержащими коагулянтами. Эта проблема особо остро проявляется при производстве воды хозяйственно-питьевого назначения из природных вод поверхностных водоисточников.
Опишем причину агрегативной устойчивости коллоидных загрязнений природных вод. Почему мелкодисперсные и коллоидные частицы, к которым относятся минеральные и органические частицы, придающие мутность природным водам – органический детрит, алюмосиликатные глинистые частицы, кварцевые, карбонатные частицы и т.д.; органический водный гумус, определяющий цветность воды и в значительной степени её окисляемость; микроорганизмы и другие микрочастицы не слипаются при соударениях, не укрупняются и не выпадают в осадок самостоятельно? Этого не происходит, поскольку описанные взвешенные и коллоидные вещества несут на своей поверхности отрицательный заряд и как одноименно заряженные частицы при сближении испытывают взаимоотталкивание. Опытным путём электростатическое поле, рожденное зарядом коллоидной частицы, может быть довольно просто измерено по электрокинетическим проявлениям, например, электрофорезу. У отрицательно заряженных коллоидных частиц природных вод электрокинетический потенциал, соответственно, отрицательный, и лежит в области -10…-30 мВ.
Отрицательный заряд дисперсоида природных вод обусловлен следующими факторами:
· у минеральных частиц – гидролизом поверхностных силикатных, алюмосиликатных и карбонатных групп;
· у органических частиц, к которым относятся и гумусовые кислоты, – за счет кислородного окисления органического вещества до устойчивых анионных отрицательно заряженных групп – карбоксильных и фенольных;
· у микроорганизмов – за счет обилия анионных групп на клеточной мембране, в основном фосфатных групп фосфолипидов и тейхоевых кислот.
Для протекания коагуляции средний электрокинетический потенциал частиц должен быть увеличен, т.е. уменьшен по модулю, до значений ± 3-5 мВ.
Для нейтрализации отрицательного, анионного, заряда частиц и вызова их агрегации (коагуляции) в обрабатываемую коллоидную систему вносят положительно заряженные частицы – катионы металлов в виде солей (сульфат алюминия и т.п.), ионы водорода в виде подкисления воды или полиэлектролиты, например катионоактивные полиакриламидные флокулянты, полиамины или полиДАДМАХ. Коагуляцию можно вызвать не только солями трехвалентных алюминия или железа, но и, например, кислотой (кислотная коагуляция) или обычной поваренной солью – хлоридом натрия. Как известно, солёная морская вода гораздо прозрачнее речных и озёрных вод, что как раз объясняется высоким содержанием в морской воде одновалентных ионов натрия, вызывающих коагуляцию. Но эффективность указанных агентов как коагулянтов весьма различна. Например, эффективность ионов натрия примерно в 1000 раз ниже эффективности ионов алюминия (т.н. правило Шульце-Гарди).
Гумусовые кислоты, определяющие естественную цветность и окисляемость природных вод, являются устойчивыми к биологическому разложению нестехиометрическими, частично окисленными органическими веществами – продуктами разложения растительных остатков, находящимися в коллоидном состоянии. Гумусовые кислоты, или водный гумус, условно делятся на менее окисленные гуминовые кислоты и более окисленные фульво-кислоты. Сумма этих кислот имеет изоэлектрическую точку в диапазоне 1,5-2,5 ед.рН, что означает, что при рН ≈ 2 ед. суммарный потенциал коллоидных частиц водного гумуса близок к нулю, что делает коллоидную систему гумусовых веществ неустойчивой к агрегации. Иными словами можно сказать, что при таком водородном показателе средняя растворимость коллоидных веществ природных вод минимальна.
Таким образом, мы пришли к важному заключению: при снижении рН эффективность осветления природной высокоцветной воды увеличивается, а дозы применяемых для этого коагулянтов уменьшаются.
Итак, для цветных вод: чем ниже рН, тем меньше доза коагулянта (любого коагулянта), и наоборот, чем выше водородный показатель, тем больше доза коагулянта, необходимая для равного удаления цветности и окисляемости.
Продолжение здесь.
