Продолжаем приводить теоретические аспекты коагуляционной очистки воды, которые полезны для понимания причин повышенного содержания соединений алюминия в воде, обработанной алюминийсодержащими коагулянтами. В первой части статьи разъяснялись причины агрегативной устойчивости коллоидных загрязнений природных вод и приводились аргументы в пользу выбора низких значений рН для проведения коагуляции.
Считается, что при осветлении цветных вод, кроме так называемой концентрационной, происходит и так называемая нейтрализационная коагуляция, при которой ионы алюминия снижают взаимоотталкивающий отрицательный заряд гумусовых частиц за счёт образования координационных связей с образованием частично растворимых комплексов металла – гуматов алюминия. Хотя разделение механизмов коагуляции условно и не имеет чёткой границы, для нас крайне важным является факт достаточно устойчивого химического связывания ионов металла с коллоидной частицей ещё до момента потери этой частицей агрегативной устойчивости. Поэтому, если коагуляция не прошла полностью, т.е. не внесено достаточное количество коагулянта для достаточной нейтрализации взаимооталкивающего отрицательного заряда частиц, то в воде остаются не скоагулировавшие коллоидные гуматы алюминия. Таким образом:
Если не преодолен так называемый порог коагуляции, то будет наблюдаться завышенная концентрация ионов алюминия в очищенной воде.
То есть, чем ниже доза коагулянта и чем дальше эта доза от оптимальной для данных условий величины, тем выше остаточная концентрация ионов алюминия в обрабатываемой воде.
Поскольку в нашей стране в основном используются алюминийсодержащие коагулянты, далее уделим внимание некоторым существенным химическим свойствам алюминия. Ионы алюминия являются амфотерным электролитом, растворяющимся и в щелочной среде, и в кислой среде в анионной и катионной формах соответственно. Минимальную растворимость гидроокись алюминия, в которую переходят ионы алюминия при гидролизе алюминийсодержащих коагулянтов при их контакте с обрабатываемой водой, приобретает при нейтральном водородном показателе рН = 6,0-6,5 ед. При таком значении водородного показателя равновесная концентрация ионов алюминия в чистой воде минимальна и составляет менее 0,04 мг/дм3.
При снижении рН ниже 6,0 единиц концентрация растворённого алюминия начинает экспоненциально нарастать, начиная с рН в 5,7 ед. достигает аналитически заметных значений, а при рН 5,5 ед. обычно уже преодолевает ПДК. Если же в обработанной коагулянтом природной воде при нейтральном рН в диапазоне 6,0-7,0 ед. обнаруживается достаточно высокая остаточная концентрация алюминия, например, 0,40 мг/дм3, то это говорит о наличии алюминия не в растворённой, а в коллоидной форме. Этим алюминийсодержащим коллоидом могут быть:
·условно растворённые органокомплексы – гуматы – алюминия в случае недостаточности дозы коагулянта;
· непрореагировавшая с загрязнениями воды гидроокись алюминия в случае нарушения коагуляции или при значительно завышенной дозе коагулянта;
· скоагулировавшие, но прошедшие через очистные сооружения алюминийсодержащие хлопья загрязнений, определяемые как мутность воды – т.н. забарьерный проскок.
Касательно проскока очевидно, что с мутностью мигрирует и алюминий – он входит в коллоидные частицы, определяющие мутность, поэтому, если доза коагулянта по всем признакам достаточна, но обнаруживаются остаточные мутность и алюминий, борьба с остаточным алюминием эквивалентна борьбе с мутностью. Бороться с мутностью можно с помощью адекватного применения флокулянтов (подбора марки флокулянта, точки его введения, условий смешения с водой и т.п.), оптимизации режимов перемешивания, снижения гидравлической нагрузки на сооружения и т.п. Зачастую проскок мутности обусловлен либо состоянием фильтров – плохим состоянием дренажной системы, что вызывает неравномерность фильтрации и промывки (наличие застойных зон), плохим состоянием загрузки, либо высокими гидравлическими нагрузками на фильтры.
В итоге повышенное остаточное содержание алюминия в очищенной воде объясняется следующим:
-
· неадекватная для существующих уровня загрязнений и рН доза коагулянта;
· неоптимальный водородный показатель коагуляции: неверная доза подщелачивающего реагента или неверный момент его введения;
· кинетические проблемы, вызванные ухудшением скоростей гидролиза ионов алюминия и хелатирования его гумусом, ростом вязкости воды и падением коэффициента диффузии (эти причины становятся наиболее актуальными при обработке холодной воды);
· недостаточная интенсивность перемешивания воды с коагулянтом – градиент не менее 400 сек-1 для контактной коагуляции и 1000 сек-1 для объёмной коагуляции, что также можно отнести к кинетическим проблемам;
· малое время контакта воды с реагентом, что также относится к вопросам химической кинетики;
· повышенная остаточная мутность воды.
Итак, с одной стороны, при снижении рН уменьшается растворимость и улучшается вывод загрязнений природной воды, но с другой стороны, при рН ниже 5,7-5,8 ед. радикально увеличивается растворимость алюминия. Наоборот, чем выше рН и дальше он от оптимальных значений в 5,8-6,0 ед., тем хуже протекает коагуляция загрязнений, определяющих цветность и окисляемость воды, что требует повышения дозы коагулянта и способствует риску проскока алюминия из-за «недокоагулированности» этих загрязнений.
