Technologie pro recyklaci vody

Typ procesu

Fyzikálně chemické procesy

Skupina technologií

Chemické procesy

Název procesu

Koagulace

Popis technologie

Odstranění koloidních částic (velikostně cca mezi 1 µm - 1 nm) přídavkem chemikálií, tzv. koagulantů.

Nejběžněji používanými koagulanty jsou ve vodě rozpustné soli železité (Fe³⁺), železnaté (Fe²⁺) a hlinité (Al³⁺), které hydrolýzou poskytují sraženinu hydroxidů a hydratovaných oxidů železa a hliníku, ve které dochází k zachycení koloidních částic. Za vhodných podmínek má vzniklý kal formu vloček, které jsou dostatečně velké na to, aby mohly být odstraněny sedimentací, filtrací nebo flotací.

Poznámka: V některých případech lze anorganické koagulanty nahradit organickými koagulačními činidly na bázi polymerů, které nevnášejí do vody anorganické soli (nezvyšují parametr RAS) a obejdou se bez nutnosti regulace hodnoty pH. 

Proces koagulace lze intenzifikovat použitím pomocných chemikálií - flokulantů, což jsou také sloučeniny organického polymerního charakteru.

Koagulace může být realizována vsádkovým i kontinuálním způsobem. V každém případě musí celý proces zahrnovat 4 základní fáze:

1. Dávkování chemikálií
2. Rychlé míchání pro rozmíchání chemikálií do vstupní vody a spuštění procesu koagulace
3. Pomalé míchání pro tvorbu dostatečně velkých vloček
4. Separace vzniklých vloček

V energetice je pro tuto technologii často používán termín čiření k odstraňování suspendovaných, organických, koloidních látek a snížení obsahu koloidního SiO₂. Podle toho, při jakém pH je proces prováděn, rozlišujeme čiření kyselé, neutrální a alkalické. Při alkalickém čiření je dávkován alkalizační prostředek (obvykle Ca(OH)₂, nebo NaOH)) a probíhá současně dekarbonizace (vylučování CaCO₃). Při kyselém čiření se solnost čiřené vody nemění. Alkalické čiření je výhodné pro úpravu vody s vysokou koncentrací hydrogenuhličitanů (HCO₃->2 mmol/l). Zásadité čiření neprobíhá optimálně v „měkkých“ vodách. Problém nízké alkality vstupní vody byl eliminován alkalizací (obvykle Ca(OH)₂, nebo NaOH), což zvyšuje nároky na technologii a především zvyšuje solnost upravené vody, což dále negativně ovlivňuje provoz demineralizace. Proto je velmi efektivní část dávky anorganického koagulantu nahradit koagulantem organickým, polymerním (viz poznámka výše). Před výběrem typu čiření je nutné provést testy, záleží na složení vstupní vody, pro ověření použitelnosti a optimalizaci procesu, včetně zjištění dávky anorganického, případně organického koagulantu a u alkalického čiření dávka alkalizačního činidla.

Aktuálnost

stávající běžná

Vhodné pro srážkové vody

Pokud už došlo k významné kontaminaci.

Typické reaktory a jejich uspořádání

Vsádkové reaktory, kde v jedné nádrži postupně probíhají všechny fáze procesu.

Systém protékaných nádrží pro jednotlivé fáze.

Kompaktní zařízení kombinující koagulaci se separací kalu:

• Flokulátor (pro dávkování a rychlé míchání) + flotace
• Systém Actiflo® (koagulace se zátěžovou sedimentací a lamelovou usazovací nádrží)
• EVH filtr (kombinace koagulace ve vločkovém mraku a separace sedimentací a filtrací přes plovoucí vrstvu)
• In-line koagulace s membránovou separací, kde se činidla dávkují před membránový separační modul
• V případě vodárenských aplikací (úpravy vody) tzv. čiřiče

Typické schéma

Cílené znečištění

Koloidní částice

Typické koncentrace cílového znečištění

stovky až tisíce mg/l

Kritické parametry

Typ koagulantu a flokulantu

Dávka činidel

Optimální hodnota pH: Přídavek anorganických koagulantů (solí kovů) vede ke změně hodnoty pH, pH také ovlivňuje účinnost procesu. Proto je nalezení optimální hodnoty a následná úprava tohoto parametru v provozu nedílnou součástí návrhu a provozování technologie.

Tyto parametry zásadním způsobem ovlivňují účinnost procesu, nicméně v podstatě neexistuje čistě teoretický způsob jejich přesného určení, je třeba zjistit je experimentálně. Součástí studie proveditelnosti a návrhu koagulačního zařízení musí být koagulační pokusy.

Díky uvedené závislosti na dávce činidel je proces silně ovlivněn kolísáním jakosti a množství vstupní vody.

hydraulická doba zdržení: desítky sekund ve fázi rychlého míchání, desítky minut ve fázi pomalého míchání (flokulace)

Další relevantní parametry

Množství a separační vlastnosti (např. sedimentační rychlosti) kalu - informace opět poskytne koagulační pokus.

Dosažitelné koncentrace cílového znečištění

Obvykle dosahované účinnosti se pohybují v rozsazích 50 - 90 %, vyjádřeno v parametrech ChSK , BSK₅, NL₁₀₅.

Hygienizační funkce

částečná

Investiční náklady

Pro samotnou koagulaci nízké, zahrnují především systém dávkování a reakční nádoby/nádrže.

Významnou položkou je separační stupeň. Záleží na jeho typu: sedimentace, filtrace, flotace, nebo jejich kombinace.

Prostorová náročnost

Zastavěná plocha záleží především na typu reaktoru a způsobu separace (např. sedimentace versus flotace či filtrace).

Bezpečnostní rizika

Používání kyselin či zásad pro úpravu hodnoty pH

Koagulanty jsou korozivní/žíravé.

Energetická náročnost

Dána především čerpáním a mícháním.

Náročnost na obsluhu

Nároky samotné obsluhy jsou nízké, kvalifikace na středoškolské úrovni (laborant) je nutná pro posouzení účinnosti dávek činidel a jejich případnou změnu.

Provozní náklady

Stěžejní podíl na provozních nákladech představují používané chemikálie. Nezanedbatelnou položku může představovat i likvidace vzniklého kalu.

Chemikálie

Koagulanty: obvykle soli železité (Fe³⁺), železnaté (Fe²⁺) a hlinité (Al³⁺), např. Fe₂(SO₄)₃, FeCl₃, NaAlO, existují i koagulanty na organické bázi

Flokulanty: ionogenní i neionogenní organické polymery např. na bázi polyakrylátu či polyamidu

Kyseliny a hydroxidy pro úpravu hodnoty pH

Měření a regulace

Měření průtoku, hodnoty pH, dávky činidel

Pevné

vzniklý kal

Vyžadovaná předúprava

Odstranění hrubých nečistot

Vyžadované dočištění

Koagulace je obvykle používána jako předstupeň před biologickým čištěním či membránovými procesy.

Typická průmyslová odvětví

Potravinářský průmysl Chemický průmysl Farmaceutický průmysl Petrochemický průmysl Povrchová úprava kovů Textilní průmysl Papírenský průmysl Koželužský průmysl Skládkové výluhy Energetika

Tchobanoglous, G., et al. (2014). Wastewater engineering: treatment and resource recovery. New York, NY, McGraw-Hill Education.

Cheremisinoff, N. P. (2002). Handbook of water and wastewater treatment technologies. Boston, Butterworth-Heinemann.

Davis, M. L. (2011). Water and wastewater engineering: design principles and practice. New York, McGraw-Hill.