Тема 7

1. ТЕМА 7. Реагенти, що застосовуються для обробки питної води
1. Коагулянти.
2. Флокулянти.
3. Інші реагенти.
1. Коагулянти
В якості коагулянтів найчастіше застосовують Al2(SO4)3 і FeCl3. Для
господарсько-питного водопостачання переважно використовують розчини
коагулянтів:
– неочищеного сульфату алюмінію Al2(SO4)318H2O, що містить 30-33%
безводного Al2(SO4 )3, 23-30% нерозчинних домішок і до 35% вологи;
– очищеного сульфату алюмінію Al2(SO4)3 14H2O, що містить 45%
безводного Al2(SO4 )3 і не більше 1% нерозчинних домішок.
Неочищений сульфат алюмінію (глинозем по ГОСТ 5155-74) – це
грудки сірого або зеленуватого кольору, що одержують в результаті обробки
бокситів або глин (речовин, що містять Al2O3) сірчаною кислотою. Глину або
боксит попередньо подрібнюють і обпалюють при температурі 600 oC –
H2SO4 для реакції підігрівають. Отриманий у результаті реакції Al2(SO4)3
очищають. Для цього його розчиняють, відфільтровують домішки, упарюють
розчин до визначеної концентрації, після чого дають застигнути у тверду
масу. Очищений сульфат алюмінію (ГОСТ 12966-67) одержують у вигляді
плит сірувато-перламутрового кольору.
У нашій країні випускають також 23-25% розчин Al2(SO4)3. При його
застосуванні відпадає необхідність у спеціальних пристроях і обладнанні для
розчинення коагулянту, зменшуються затрати на вантажно-розвантажувальні
роботи і транспортування.
Істотним недоліком застосування сульфату алюмінію для прояснення
і знебарвлення води є його чутливість до рН і температури води, що
очищується. Це пояснюється великою гідратацією золю гідроксиду алюмінію
Al(OH)3 при низьких температурах. Підвищення стійкості золю дуже
позначається на швидкості пластівцеутворення. Цим пояснюється те, що при

2. використанні Al2(SO4)3 в умовах низьких температур (нижче 4ºС)
спостерігається процес уповільнення пластівцеутворення, попадання
залишкового алюмінію в очищену воду й осадження Al(OH)3 у трубах.
Оптимальні умови застосування сульфату алюмінію є рН в межах від
6,5 до 7,8, в якій Al(OH)3 має мінімальну розчинність. За нижчих значень
рН утворюються частково розчинні основні солі, за більш високих –
алюмінати (добре розчинні солі).
Окрім чутливості до рН і температури, сульфат алюмінію має суттєвий
недолік – це значне зниження лужності води, що вимагає коригування рН
шляхом застосування лужних реагентів. А також підвищений вміст
залишкового алюмінію у очищеній воді. Проте, за умови дотримання
оптимальних умов ведення технологічного процесу очищення води
сульфатом алюмінію, можливе забезпечення високого ефекту очищення за
низьких матеріальних витрат.
Коагулянт оксихлорид алюмінію Al2(OH)5Cl6H2O. На даний час
розроблено технології виготовлення висококонцентрованого коагулянту
нового покоління – основного AlCl3, – оксихлориду алюмінію, який має
вигляд зеленуватих кристалів і готується розчиненням свіжоосадженого
гідроксиду алюмінію в 0,5–1,0 %-му розчині НСl. Оксихлорид алюмінію
здатний утворювати більш міцний осад, ніж сульфат алюмінію, має меншу
гігроскопічність, не злежується при зберіганні, не курить при завантаженні.
Ступінь мінералізації води при його використанні зростає, а лужність
знижується в меншій мірі, ніж для Al2(SO4)3. Має полімерні властивості, що
дозволяє уникнути використання флокулянтів; високу бактерицидну
здатність, широкий діапазон рН і температури його застосування. Витрати на
очищення води оксихлориду алюмінію менші, ніж Al2(SO4)3. У результаті
застосування оксихлориду алюмінію, навіть при випадковому передозуванні
коагулянту, вміст залишкового алюмінію не перевищує нормативного
показника.
Коагулянт хлорне залізо FeCl3 у вигляді FeCl36Н2О. Являє собою

3. темні кристали з металевим блиском, які одержують хлоруванням залізної
стружки при 700 o
C. Це добрерозчинна у воді речовина, що утворює великі,
швидкоосідаючі пластівці Fe(OH)3, утворення яких не залежить від рН і
температури. Проте використання хлориду залізу дає найбільше високі
результати спільно з Al2(SO4)3 і вапном.
Недоліком хлориду заліза є його гігроскопічність, тому при
транспортуванні коагулянту потрібна герметична тара. Розчин хлориду заліза
можна отримувати на водоочисній станції, шляхом хлорування стальної
стружки у водному середовищі.
Коагулянт сульфат заліза (ІІ) FeSO4·7H2O – залізний купорос.
Застосовують у вигляді прозорих кристалів зеленого кольору, що швидко
буріють на повітрі. Як і хлорид заліза, являє собою добре розчинну у воді
речовину, утворює великі, швидкоосідаючі пластівці Fe(OH)3. Швидкість
осадження пластівців у 1,5 рази вище швидкості осадження пластівців
Al(OH)3.
Одержують шляхом розчинення заліза в сірчаній кислоті з наступним
розпарюванням (до насиченого стану) і кристалізацією розчину. Утворений у
воді Fe(OH)2 окислюється в Fe(OH)3 спеціально введеним Cl2 або
розчиненим у воді O2. Однак, процес окислювання відбувається швидко
тільки при рН=8. Це часто викликає необхідність у підлужненні води
(додаванням вапна або соди). Недоліком коагулянту є використання
додаткових реагентів. Але, на установках реагентного зм'якшення води для
коагуляції домішок він використовується часто.
Коагулянт сульфат заліза (ІІІ) Fe2(SO4)3 у вигляді Fe2(SO4)32Н2О.
Являє собою кристалічну, дуже гігроскопічну речовину, що добре
розчиняється у воді. При його вико-ристанні поліпшується коагуляція при
низьких температурах; на нього мало впливає pH середовища;
прискорюється осадження зкоагульованих часточок; скорочується тривалість
відстоювання; щільність утворених пластівців більша, ніж Al(OH )3.
Недоліками Fe2 (SO4)3 є:

4. 1) Цей коагулянт повільніше гідролізується, ніж інші залізовмісні
коагулянти;
2) необхідність ретельного дозування, тому що порушення кількості
введеного в оброблювану воду Fe2 (SO4 )3 призводить до проникнення заліза
в очищену воду;
3) пластівці Fe(OH)3 осаджуються нерівномірно, тому у воді залишається
велика кількість дрібних пластівців, які потім надходять на фільтри.
Недоліки усувають додаванням Al2 (SO4 )3 .
Коагулянт хлорований залізний купорос Fe2(SO4)3+ FeCl3.
Одержують безпосередньо на очисних спорудах обробкою розчину FeSO4
хлором. Ступінь гідролізу такого коагулянту більший, процес
пластівцеутворення протікає інтенсивніше, ніж у кожного з них окремо.
Утворюються великі, легкоосідаючі пластівці, знебарвлення води досягається
при менших дозах коагулянту. До недоліків даного коагулянту відносяться
корозійна активність розчинів; велика витрата хлору; ретельний контроль
реагентів, тому що відхилення призводять до неповного гідролізу; з'являється
вірогідність проникнення заліза в питну воду, й отже, підвищується її
кольоровість і каламутність, вода здобуває неприємний смак.
Хлорований залізний купорос застосовується на водоочисних станціях
США, Англії, Бельгії, Голандії, Японії.
Змішаний алюмозалізний коагулянт готують із розчинів сульфату
алюмінію (очищеного або неочищеного) і хлориду заліза (ІІІ) у
співвідношенні [1:1], що відповідає такому ваговому еквіваленту: на одну
тонну хлориду заліза (ІІІ) – три тонни неочищеного сульфату алюмінію,
оскільки він містить близько 30% чистого Al2(SO4)3. При використанні
змішаного коагулянту, його складові можна вводити як окремо, так і
попередньо змішавши.
При застосуванні цього коагулянту очищена вода не утворює
відкладень навіть за низьких температур, тому що коагуляція й осадження
закінчуються в основному до фільтрів; пластівці осаджуються рівномірно, у

5. відстійниках досягається більш повне прояснення води; зменшується витрата
реагенту.
2. Флокулянти
Флокулянтами називаються речовини, що інтенсифікують процес
коагуляції гідроксидів алюмінію, заліза (III).
Флокулянти належать до класу лінійних полімерів, для яких характерна
ланцюгова форма макромолекул. Молекулярна маса флокулянтів
знаходиться в межах від декількох десятків тисяч до декількох мільйонів;
довжина ланцюжка, що складається з ряду повторюваних ланок, становить
сотні нанометрів.
В якості флокулянтів використовують високомолекулярні речовини,
що мають властивість добре розчинятись у воді. Вони є істинними розчинами
– тобто це гомогенні стійкі однофазні термодинамічні системи. Флокулянти
бувають органічні (природні, синтетичні) і неорганічні. До органічних
природних відносяться крохмаль, водоростева крупка, білкові гідролізні
дріжджі, макухи та ін. До органічних синтетичних належить поліакриламід
ПАА, флокулянти катіонного типу ВА-2, ВА-3. До неорганічних відносять
активну кремнієву кислоту АК.
Крохмаль являє собою суміш двох вуглеводів: лінійного полімеру
амілози і сильно розгалуженого полімеру амілопектину. Крохмаль виділяють
з картоплі, кукурудзи, рису. Крохмаль – флокулянт аніонного типу (має
невеликий від'ємний заряд).
ПАА – біла, аморфна, добре розчинна в полярних розчинниках
речовина. ПАА гідролізується водою, лугами і кислотою з утворенням
акрилової кислоти і її солей. ПАА відноситься до поліелектролітів, дисоціює
на високомолекулярний полівалентний аніон і катіони. Механізм дії полягає
в адсорбції його молекул на часточках Al(OH)3 або Fe(OH)3. Молекули ПАА
здатні утворювати асоціати-пачки довжиною 130 нм. Застосовують два сорти
ПАА - вапняний і аміачний. Обидва випускають у вигляді прозорої жовто-

6. зеленої желеподібної маси, що прилипає до дерева, тканин, паперу або у
вигляді порошку.
MAGNAFLOCK (Магнафлок) – органічний синтетичний флокулянт,
призначений для підвищення ефективності видалення тонкодисперсних
часток з водного середовища і їхньої наступної обробки, наприклад,
седиментації і фільтрації. При обробці суспензії видом реагентом
MAGNAFLOCK тверді частки у процесі седиментації утворюють великі
пластівці, що швидко осідають, забезпечуючи осідання розчину. Флокулянт
додає структурі осаду великої пористості, забезпечуючи більш високі
швидкості фільтрації і більш ефективне проми-вання. MAGNAFLOCK
використовують у дуже малих кількостях. Поставляється у вигляді білих
вільно текучих порошків, знекурених мікрокульок або рідких дисперсій, що
дають водні розчини високої в'язкості. Для очищення природних вод
використовують аніонну групу, яка досить добре себе зарекомендувала при
видаленні мінеральних та інших неорганічних речовин, особливо в
нейтральних лужних середовищах, або спеціальний MAGNAFLOCK LT – для
очищення питної води.
ВА-2 (полі-4-виніл-N-бензилтриметиламонійний хлорид) –
порошкоподібний або 7-15%-ний рухомий розчин поліелектроліту. Взаємодіє
з гумусовими речовинами, утворюючи нерозчинні агрегати. ВА-2 має
позитивний заряд і, отже, адсорбується на негативно заряджених колоїдно-
дисперсних домішках, зв'язуючи їх у великі агрегати. Тому
пластівцеутворення при застосуванні флокулянтів катіонного типу
відбувається без звичайних мінеральних коагулянтів Al2(SO4)3 і FeCl3.
Присутні у природній воді високомолекулярні гумінові кислоти утворюють
із флокулянтом ВА-2 нерозчинні агрегати. Фенольні й OH  групи гумінових
кислот, взаємодіючи з основними групами флокулянтів, утворюють
малодисперговані солі.
Активована кремнієва кислота АК – колоїдний водний розчин
рідкого скла з активною частиною SiO2. Одержують частковою або повною

7. нейтралізацією Na2SiO3. Молекули кремнієвої кислоти, що утворюються,
конденсуючись, виділяються з розчину у вигляді негативно заряджених
колоїдних часточок.
Механізм взаємодії АК з Al(OH)3 і Fe(OH)3 пояснюється взаємною
коагу-ляцією різнойменно заряджених часточок; впливом на надміцелярну
структу-ру, що виникає при обробці води коагулянтами. АК готують на місці
безпосередньо перед використанням, сировиною служить силікат натрію
(роз-чинене скло) і активатор ( Al2(SO4)3 , (NH4 )2SO4 , H2SO4 , Cl2 та ін.).
Використання флокулянтів дозволяє:
– прискорити в камерах пластівцеутворення і відстійниках формування
пласті-вців і їх осадження;
– поліпшити ефект прояснення води;
– збільшити швидкість руху води на очисних спорудах;
– у прояснювачах зі зваженим осадом сприяє збільшенню концентрації
часто-чок у зваженому шарі і зменшенню виносу зважених речовин при
одночасному підвищенні швидкості висхідного потоку води;
– на фільтрах і контактних прояснювачах подовжується час захисної дії
заван-таження, поліпшується якість фільтрату, підвищується швидкість
фільтрування і відносно скорочуються витрати промивної води.
Додавання невеликих доз флокулянтів перед відстійниками і
прояснюва-чами інтенсифікує і поліпшує їхню роботу. Для поліпшення
процесу фільтру-вання флокулянти додають безпосередньо перед
надходженням води на фільт-ри або контактні прояснювачі.
У період паводків, низької температури та ін. використання
флокулянтів дозволяє зберегти необхідну продуктивність очисних споруд.
Флокулянти мо-жуть поліпшити якість води, що очищується, якщо
показники роботи очисних споруд не відповідають вимогам. У ряді випадків
флокулянти дають змогу збі-льшити продуктивність очисних споруд у 1,5
рази. Пошуки нових нетоксичних флокулянтів є актуальним й у даний час.

8. 3. Інші реагенти
При обробці води окрім зазначених вище реагентів у необхідних
випадках застосовують хлор, хлорне вапно або інші сполуки хлору;
активоване вугілля (АВ), кремнієфтористий натрій або алюміній, аміак,
сірчанокислий газ і ін.
Хлор, хлорне вапно використовують для руйнування захисних
колоїдів, що перешкоджають успішному протіканню процесу коагуляції, для
знебарв-лення води, вони підтримують очисні споруди в надійному
санітарному стані і використовуються для знезаражування. Доза хлору
визначається пробним хлоруванням.
Активоване вугілля АВ, NH3, сірчаний газ використовуються для
дезо-
дорації води. Найбільше застосування для боротьби із запахом має АВ, дозу
якого встановлюють експериментально. Активоване вугілля дозволяє
усувати майже всі запахи, присмаки, з якими можна зустрітися при обробці
питних вод. Вуглювання можна застосовувати періодично в разі потреби за
допомогою не-складних пристроїв, воно до деякої міри дозволяє звільняти
воду від мікроор-ганізмів. У процесі вуглювання води відбувається дифузія
розчинених речовин у пори вугілля і сорбція органічних речовин на
внутрішній поверхні останньо-го. Найбільший ефект дає вугілля з високою
адсорбційною активністю (вугілля марки ВА-лужний, АГ-3, ОВ-кислий).
NH3 іноді використовують разом із пре-паратами хлору для знезаражування у
співвідношенні 1:5, 1:10.
Препарати фтору, зокрема кремнійфтористий натрій, використовують
для фторування води.