Коагулянти: алюміній і залізо чи все-таки магній?

Коагулянти: алюміній і залізо чи все-таки магній?

Раніше ми вже писали про те, який складний шлях проходить вода на шляху до крана середньостатистичного жителя України. Одним з етапів на традиційних станціях централізованого очищення води є коагуляція з подальшим осадженням з води зважених часток у відстійниках.

Кілька днів тому наш читач поставив питання про безпеку сульфату алюмінію, що застосовується на більшості станцій централізованого водопостачання в Україні як коагулянта та доцільності заміни його хлоридом магнію (бішофіт). Тож спробуємо простими словами розібратися в цьому питанні.

Що таке коагуляція води?

Якщо набрати дніпровську воду в прозору ємність, особливо влітку, там можна побачити безліч частинок, який плавають в товщі каламутної води. Частинки, які ви бачите, самі осядуть через деякий час, якщо залишити воду постояти. А ось ті, які неозброєним оком ви не помічаєте, є причиною мутності води, і осядуть вони нескоро. Як ви розумієте, відстояти воду для Києва, який споживає її за добу в середньому майже 900 тис.м.куб - нереально, а площі відстійників займали б територію ще одного міста, тому на допомогу приходить коагуляція води. У неї вносяться сполуки, які здатні склеювати навіть найдрібніші частинки, і, відповідно, збільшувати їх вагу. Внаслідок цього укрупнені конгломерати швидше осідають на дно відстійників, і ті процеси, які могли б займати тижні, відбуваються лише за кілька годин, щоб вода швидше потрапила до будинків.

Коагулянти - це неорганічні солі: алюмінію, заліза, магнію, кальцію, титану та ін. При внесенні в воду, вони гідролізують з утворенням гідроксильних форм або просто гідроксидів. Наприклад, розчинні хлориди та сульфати алюмінію перетворюються в товщі води в нерозчинні частинки гідроксидів:

Al³⁺ + 3H₂O → Al(OH)₃ + 3H⁺

Поверхня цих мікрочастинок має заряд протилежний до заряду домішок, тому вони притягуються один до одного і склеюються, прискорено осідаючи на дно. Додатково використовуються флокулянти для води. Вони являють собою полімери органічного та неорганічного походження. Завдяки наявності ланцюжка, який огортає утворені конгломерати, вони стають щільнішими, що дозволяє отримати осади, які містять менше води.

Вийшов досить довгий вступ для тих, хто хоче зрозуміти механізм роботи відстоювання в водопідготовці. Детально про механізм роботи коагулянтів і флокулянтів для води, ми писали раніше. А зараз розглянемо безпосередньо тему реагентів, які застосовуються в цих процесах.

Які коагулянти застосовують в водопідготовці?

Коагулянти - це неорганічні солі, які здатні гідролізувати в воді з утворенням дрібних частинок. Всі вони схильні частково розчинятися в ній і логічно, що завжди є ймовірність проникнення в очищену воду невеликих концентрацій цих речовин. Тому розглянемо різницю між коагулянтами в аспектах їх ефективності, умов роботи, впливу на людину.

Солі алюмінію

Вони є найпоширенішими коагулянтами та ідеально підходять для очищення води з високим вмістом природних органічних речовин (в тому числі зеленої води з Дніпра). Інтервал pH, в якому вони працюють 4 - 8 одиниць. Наприклад, для осадження природних органічних речовин гуматів необхідний pH на рівні 5,5 - 6,5, тому поверхневі води перед їх застосуванням підкислюють. В якості  коагулянтів застосовують сульфат, хлорид і гідрохлорид алюмінію, а також галуни.

Головними перевагами алюмінієвих сполук як коагулянтів є широкий діапазон pH, в якому вони можуть працювати, ефективність стосовно природних органічних речовин, а також невисока вартість. Важливим недоліком є ​​той факт, що вода після очищення може містити залишкові кількості алюмінію.

Сьогодні сполуки алюмінію застосовуються у "Київводоканалі" (сульфат), Норвегії, Німеччині та інших країнах світу.

Солі заліза

Це другий за поширенням коагулянт. Застосовують для очищення каламутних вод з високою твердістю, а також стічних вод. Оптимальний pH для ефективної роботи солей заліза - 9. Залізовмісні сполуки добре проявляють себе при видаленні запахів і присмаків, сприяють осадженню важких металів і органічних сполук. Але, мають й ряд серйозних недоліків. По-перше, це посилення корозії, по-друге, утворення розчинних кольорових комплексів з деякими органічними сполуками, по-третє, солі заліза утворюють менш щільні осади. До переваг можна віднести факт безпеки для людини.

Солі заліза застосовують на Житомирському водоканалі, а також на станціях централізованого очищення води в Нідерландах, Франції та інших країнах.

Солі магнію

Такі коагулянти використовують вкрай рідко і переважно для очищення технологічних вод, проте існують рідкісні приклади використання сульфатів і хлоридів магнію в очищенні води з озерах Шотландії та Канади. В Україні не використовують солі магнію для коагуляції поверхневих вод. Основними їх недоліками є ​​ціна, яка в кілька разів перевищує вартість солей заліза та алюмінію, а також те, що вони можуть підвищувати твердість води. А ось до переваг можна віднести повну безпеку стосовно людського організму.

Основним питанням вибору коагулянта в сучасних українських реаліях є його вартість. Наприклад, ринкова ціна сульфату алюмінію дорівнює приблизно 9 тис.грн за тонну, хлориду тривалентного заліза - 11 тис.грн, а хлористого магнію - 16 тис.грн. Наприклад, "Київводоканал" споживає близько 40 тонн коагулянту на добу або 1200 - в місяць. Навіть при ціні значно нижчій за ринкову - це відчутна частина бюджету підприємства.

Коагулянти та здоров'я: чим небезпечний алюміній у воді?

Основне питання, яке поставив наш читач, полягав в раціональності застосування хлориду магнію (бішофіту) для очищення води на системах централізованого водопостачання, адже він корисніший.

Алюміній створює найбільше неприємностей: його системне споживання пов'язане з неврологічними проблемами, а також з порушенням обміну речовин. Щодо його зв'язку з хворобою Альцгеймера остаточні висновки поки не зроблені, але вчені підтверджують її наявність. Так, дійсно, солі магнію будуть безпечнішими з точки зору очищення питної води. Оскільки магній є не лише безпечним, а навіть корисним, його рекомендований вміст в питній воді - 10 мг/л, а ось що стосується алюмінію і заліза, то їх граничнодопустима концентрація жорстко визначається і дорівнює 0,2 мг/л.

Завдяки результатам досліджень, проведених в компанії Ecosoft, ми маємо такі дані про стан води в Києві: вміст алюмінію у 16% проб перевищує допустимі нормативні значення, в 74% концентрація нижче граничної, і лише в 10% випадків алюміній не було виявлено.

Отже, можна зробити висновок, що застосування інших, безпечніших коагулянтів було б раціональним, але склад водопровідної води в Україні залишає бажати кращого. Вона містить чимало інших компонентів, які мають цілком доведену токсичність: наприклад, хлорорганічні речовини, нітрати, амоній, манган. Більш того, майже всі проби води мають досить високу твердість, що робить використання хлориду магнію небажаним - це призведе до поглиблення проблеми твердої води.

Ситуація в інших містах України буде приблизно такою ж. Тому заміна коагулянта не матиме істотного впливу на поліпшення якості питної води. На щастя, з цим може допомогти або домашній фільтр зворотного осмосу, або використання покупної води.

Екологічні аспекти коагуляції

Що стосується впливу на навколишнє середовище, всі застосовувані в водопідготовці коагулянти є безпечними хімічними речовинами. Вони хімічно інертні та не розкладаються з виділенням будь-яких токсичних компонентів. Завдяки високому вмісту органічних речовин, отримані осади можуть використовуватися як добрива.

Якщо у вас залишилися питання щодо процесів водопідготовки, вашої питної води вдома або будь-які інші водні запитання, будемо раді відповісти :)