Коагулянты: что это за вещества. Их плюсы и минусы

Коагулянты широко используются для очистки воды уже более 100 лет. Эти вещества помогают извлекать из воды мельчайшие частицы грязи и других загрязнений. Без коагулянтов получить чистую питьевую воду было бы очень сложно или практически невозможно.

Однако в последнее время появляется все больше опасений по поводу безопасности коагулянтов. Некоторые ученые предупреждают, что регулярное употребление воды с остатками коагулянтов может нанести вред здоровью. Давайте разберемся, насколько обоснованы эти опасения.

Что такое коагулянты?

Коагулянты – это вещества, которые используются для очистки воды. Они ускоряют процесс коагуляции - слипания мелких частиц загрязнений в более крупные хлопья, которые затем легче удалить из воды.

Существует два основных вида коагулянтов: неорганические и органические. Неорганические коагулянты представляют собой соли металлов, чаще всего алюминия и железа. Они дешевле, но образуют больше осадка. Органические коагулянты - это полимерные соединения. Они эффективнее и экономичнее, так как требуют меньших доз и образуют меньше осадка.

Все коагулянты действуют по одному принципу - они нейтрализуют электрический заряд частиц загрязнений и тем самым заставляют их объединяться в хлопья. Хлопья под действием силы тяжести выпадают в осадок, который затем удаляется фильтрованием или отстаиванием.

Как действуют коагулянты?

Коагулянты действуют по принципу нейтрализации электрического заряда частиц загрязнений. Большинство примесей в воде имеют отрицательный заряд, поэтому отталкиваются друг от друга и не осаждаются в виде хлопьев под действием силы тяжести. Коагулянт связывается с этими частицами и нейтрализует их заряд.

Рассмотрим действие на примере одного из самых распространенных коагулянтов - сульфата алюминия. При введении его в воду происходит гидролиз с образованием гидроксокомплексов алюминия различного состава. Эти комплексы обладают положительным зарядом и взаимодействуют с отрицательно заряженными частицами загрязнений. В результате частицы теряют заряд и начинают объединяться в хлопья.

Скорость образования хлопьев зависит от pH среды. Каждый коагулянт имеет оптимальное значение pH, при котором он работает наиболее эффективно. Для сульфата алюминия это диапазон от 6 до 8.

Помимо pH также важна оптимальная дозировка коагулянта. Слишком маленькая доза не обеспечит эффективного взаимодействия со всеми частицами загрязнений, слишком большая приведет к перерасходу реагента. Доза подбирается в лабораторных условиях для каждого конкретного случая.

После введения оптимальной дозы коагулянта в загрязненную воду ее необходимо интенсивно перемешать. Это обеспечивает равномерное распределение реагента по всему объему и контакт с максимальным количеством частиц примесей. Затем скорость перемешивания снижают, чтобы образовавшиеся хлопья могли спокойно выпасть в осадок.

Где применяются коагулянты?

Коагулянты широко используются в различных областях, где требуется интенсифицировать процессы отстаивания, фильтрования или разделения суспензий и эмульсий. Рассмотрим основные сферы применения этих реагентов.

Очистка природных и сточных вод

Одна из важнейших областей использования коагулянтов - это очистка питьевой воды и сточных вод на очистных сооружениях. С их помощью удаляется до 98% всех взвешенных веществ и до 90% некоторых растворенных органических соединений.

Процесс заключается в добавлении оптимальной дозы коагулянта (чаще всего сульфата или хлорида алюминия либо железа) в поступающую на очистку воду с последующим перемешиванием. Затем образовавшиеся хлопья отстаиваются и отфильтровываются.

Подготовка питьевой воды

Коагулянты обязательно используются на всех станциях водоподготовки питьевой воды из поверхностных источников. Без предварительного коагулирования очистить воду до нормативных показателей невозможно.

Помимо удаления взвесей, важной задачей является снижение цветности и мутности воды за счет выведения гуминовых веществ. Для этого применяют специальные органические коагулянты.

Обработка промышленных сточных вод

Во многих производствах, например, в горно-обогатительной, целлюлозно-бумажной, металлургической отраслях образуются высококонцентрированные сточные воды, содержащие токсичные вещества, взвеси, нефтепродукты.

Применение коагулянтов позволяет эффективно очистить такие стоки от большинства загрязнений перед сбросом в городские очистные сооружения или повторным использованием воды в технологии.

Обработка осадков сточных вод

Коагуляция активно используется для подготовки осадков сточных вод к обезвоживанию. Добавление реагента в осадок позволяет повысить эффект сгущения и снизить влажность получаемого обезвоженного осадка.

Также с помощью коагулянтов можно стабилизировать осадки, сделать их менее токсичными, облегчить последующую переработку или утилизацию.

Другие области использования

Помимо водоочистки, коагулянты широко применяются:

• В пищевой промышленности – для осветления соков, разделения молочной сыворотки, очистки растительных масел
• В металлургии и металлообработке – для концентрирования руд, удаления металлических опилок и стружек из СОЖ
• В нефтегазовой отрасли – для обессоливания и обезвоживания нефти
• В сельском хозяйстве – для очистки животноводческих стоков, повышения плодородия почв
• В коммунальном хозяйстве – для очистки воды в плавательных бассейнах

В чем опасность коагулянтов?

Несмотря на широкое применение, коагулянты могут представлять опасность как для здоровья людей, так и для окружающей среды. Рассмотрим основные риски, связанные с этими реагентами.

Токсичность

Многие неорганические коагулянты (например, соли алюминия) обладают токсичностью. Попадая в организм человека с питьевой водой, они могут накапливаться в тканях и негативно влиять на здоровье.

Особенно опасен алюминий, который связывают с развитием болезни Альцгеймера. Хотя влияние малых доз до конца не изучено, многие страны ввели ограничения на содержание алюминия в питьевой воде.

Ухудшение органолептических свойств воды

Избыточные дозы коагулянтов могут придавать воде неприятный вкус и запах, делать ее мутной. Это особенно актуально для питьевого водоснабжения.

Кроме того, остаточные количества реагента влияют на кислотно-щелочной баланс воды. При неправильном подборе дозировки вода может приобретать щелочную или кислую реакцию.

Нарушение экосистем при сбросе сточных вод

При коагуляции образуется большое количество осадков, которые необходимо как-то утилизировать. Зачастую они складируются в отвалах, что приводит к накоплению токсинов и загрязнению почв.

Кроме того, некоторая часть металлов может вымываться из осадков и попадать в грунтовые воды.

Сброс недостаточно очищенной воды может привести к нарушению химического состава и экосистемы водоема, гибели рыб и других гидробионтов.

Для минимизации рисков необходим строгий контроль за соблюдением технологии очистки стоков с применением коагулянтов и нормативов допустимых концентраций загрязняющих веществ.