Коагулянты: алюминий и железо или все-таки магний?

Ранее мы уже писали о том, какой сложный путь проходит вода на пути к крану среднестатистического жителя городов Украины. Одной из стадий на традиционных станциях централизованной очистки воды является коагуляция с последующим осаждением из воды взвешенных частиц в отстойниках.

Несколько дней назад наш читатель задал вопрос о безопасности сульфата алюминия, применяемого на большинстве станций централизованного водоснабжения в Украине в качестве коагулянта и целесообразности замены его на хлорид магния (бишофит). Сегодня мы попытаемся простыми словами разобраться в этом вопросе.

Что такое коагуляция воды?

Если набрать днепровскую воду в прозрачную емкость, особенно летом, там можно увидеть множество частиц, который плавают в толще мутной воды. Частички, которые вы видите, сами осядут через некоторое время, если оставить воду постоять. А вот те, которые невооруженным глазом вы не замечаете, являются причиной мутности воды, и осядут они нескоро. Как вы догадываетесь, чтобы отстоять воду для города Киева, который потребляет ее за сутки в среднем почти 900 тыс.м.куб нереально, а площади отстойников занимали бы территорию еще одного города. Поэтому нам на помощь приходит коагуляция воды. В нее вносятся соединения, которые способны склеивать даже самые мельчайшие частицы, и, соответственно, увеличивать их вес. Вследствие этого укрупненные конгломераты скорее оседают на дно отстойников, и те процессы, которые могли бы занимать недели, происходят всего за несколько часов, чтобы вода как можно быстрее попала к нам домой.

Коагулянты - это неорганические соли: алюминия, железа, магния, кальция, титана и пр. При внесении в воду, они гидролизируют с образованием гидроксильних форм или попросту гидрокисидов. Например, растворимые хлориды и сульфаты алюминия превращаются в толще воды в нерастворимые частички гидроксидов:

Al³⁺ + 3H₂O → Al(OH)₃ + 3H⁺

Поверхность этих микрочастиц имеет заряд противоположный к заряду примесей. Соответственно, они притягиваются друг к 

другу и склеиваются, ускоренно оседая на дно. Дополнительно используются флокулянты для воды. Они представляют собой полимеры органического и неорганического происхождения. За счет наличия цепочки, которая обволакивает образованные конгломераты, они становятся плотнее, что позволяет получить осадки, содержащие меньше воды.

Получилось довольно длинное вступление для тех, кто хочет понять механизм работы отстаивания в водоподготовке. Детально о механизме работы коагулянтов и флокулянтов для воды мы писали ранее. А сейчас приступим непосредственно к теме реагентов, которые применяются в этих процессах.

Какие коагулянты применяют в водоподготовке?

Коагулянты - это неорганические соли, которые способны гидролизировать в воде с образованием мелких частиц. Все они склонны частично растворяться в ней и логично, что всегда есть вероятность проникновения в очищенную воду небольших концентраций этих веществ. Поэтому рассмотрим разницу между коагулянтами в аспектах их эффективности, условий работы, влияния на человека.

Соли алюминия

Они являются самыми распространенными коагулянтами и идеально подходят для очистки воды с высоким содержанием природных органических веществ (в том числе зеленой воды из Днепра). Интервал pH, в котором они работают 4 - 8 единиц. Например, для осаждения природных органических веществ гуматов необходим pH на уровне 5,5 - 6,5, поэтому поверхностные воды перед их применением подкисляют. В качестве коагулянтов применяют сульфат, хлорид и гидрохлорид алюминия, а также галуны.

Главными преимуществами алюминиевых соединений в качестве коагулянта является широкий диапазон pH, в котором они могут работать, эффективность по отношению к природным органическим веществам, а также невысокая стоимость. Важным недостатком является тот факт, что вода после очистки может содержать остаточные количества алюминия.

На сегодняшний день соединения алюминия применяются на “Киевводоканале” (сульфат), Норвегии, Германии и других странах мира.

Соли железа

Это второй по распространению коагулянт. Применяют для очистки мутных вод с высокой жесткостью, а также сточных вод. Оптимальный pH для эффективной работы солей железа - 9. Использование железосодержащих соединений хорошо показывает себя при удалении запахов и привкусов, способствует осаждению тяжелых металлов и органических соединений. Но есть у них и ряд серьезных недостатков. Во-первых, это усиление коррозии, во-вторых, образование растворимых цветных комплексов с некоторыми органическими соединениями, в-третьих, соли железа образуют менее плотные осадки. К преимуществам можно отнести факт безопасности для человека.

Соли железа применяют на Житомирском водоканале, а также на станциях централизованной очистки воды в Нидерландах, Франции и других странах.

Соли магния

Такие коагулянты используют крайне редко и преимущественно для очистки технологических вод, тем не менее существуют редкие примеры использования сульфатов и хлоридов магния в очистке воды из озер в Шотландии и Канаде. В Украине не используют соли магния для коагуляции поверхностных вод. Основным их недостатком является цена, которая в несколько раз превышает соли железа и алюминия, а также то, что они могут повышать жесткость воды. А вот в преимущества можно отнести полную безопасность по отношению к человеческому организму.

Основным вопросом выбора коагулянта в современных украинских реалиях является его стоимость. Например, рыночная цена сульфата алюминия равняется примерно 9 тыс.грн за тонну, хлорида трехвалентного железа - 11 тыс.грн, а хлористого магния - 16 тыс.грн. Например, “Киевводоканал” потребляет около 40 тонн коагулянта в сутки или 1200 - в месяц. Даже при цене существенно ниже рыночной - это ощутимая часть бюджета предприятия.

Коагулянты и здоровье: так ли опасен алюминий в воде?

Основной вопрос, который задавал наш читатель, заключался в рациональности применения хлорида магния (бишофита) для очистки воды на системах централизованного водоснабжения, ведь он полезнее.

Алюминий создает больше всего неприятностей: его системное потребление связано с неврологическими проблемами, а также с нарушением обмена веществ. Относительно его связи с болезнью Альцгеймера окончательные выводы пока не сделаны, но ученые подтверждают ее наличие. Да, действительно, соли магния будут безопаснее с точки зрения очистки питьевой воды. Так как магний является не только безопасным, а даже полезным, его рекомендованное содержание в питьевой воде - 10 мг/л, а вот что касается алюминия и железа, то их предельно-допустимая концентрация жестко определяется и равняется 0,2 мг/л.

Благодаря результатам исследований, проведенных в компании Ecosoft, мы имеем такие данные по состоянию воды в Киеве: в 16% проб содержание алюминия превышает допустимые нормативные значения, в 74% концентрация ниже предельной, и лишь в 10% случаев алюминий не был выявлен.

Исходя из этого, мы можем прийти к выводу, что применение других, более безопасных коагулянтов было бы рациональным, но состав водопроводной воды в Украине оставляет желать лучшего. Она содержит немало других компонентов, которые имеют вполне доказанную токсичность: например, хлорорганические вещества, нитраты, аммоний, марганец. Более того почти все пробы воды имеют довольно высокую жесткость, что делает использование хлорида магния нежелательным - оно приведет к усугублению проблемы жесткой воды.

Ситуация в других городах Украины будет примерно такой же. Поэтому замена коагулянта не будет иметь существенного влияния на улучшение качества питьевой воды. К счастью, с этим может помочь либо домашний фильтр обратного осмоса, либо использование покупной воды.

Экологические аспекты коагуляции

Что касается влияния на окружающую среду, все применяемые в водоподготовке коагулянты являются безопасными химическими веществами. Они химически инертны и не разлагаются с выделением каких-либо токсических компонентов. Благодаря высокому содержанию органических веществ, полученные осадки могут использоваться в качестве удобрений.

Если у вас остались вопросы относительно процессов водоподготовки, вашей питьевой воды дома или любые другие водные вопросы, будем рады ответить :)