Осветление воды. Осветлением воды называется процесс выделения из нее различных твердых частиц.
В воде, поступающей на ликерно-водочные заводы, находятся различные частицы взвешенных в ней веществ. Одни из них видимы простым глазом, другие можно рассмотреть лишь с помощью микроскопа.
Кроме взвешенных частиц в воде могут находиться органические и неорганические вещества в коллоидном состоянии. Крупные частицы взвесей могут быть осаждены отстаиванием и фильтрованием. При наличии трудно-отделяемой взвешенной мути воду осветляют специальными коагулянтами - веществами, обладающими способностью при растворении образовывать хлопья, которые, обволакивая мельчайшие частицы мути, увлекают их за собой в осадок.
Этот процесс осветления воды называется коагуляцией. В качестве коагулянтов на ликерно-водочных заводах применяют сульфат алюминия и реже железный купорос концентрацией 5 . При введении в воду сульфат алюминия вступает в реакцию с содержащимися в ней гидрокарбонатами кальция или магния. Хлопья образующегося гидроксида алюминия имеют сильно развитую поверхность, на которой адсорбируются органические вещества и коллоиды воды. В результате вода очищается теряет неприятный привкус. Реакция лучше протекает в слабощелочной среде рН 7,5-7,8 . При рН 8,2 хлопья гидроксила алюминия не образуются.
Кроме того, из части гидроксида алюминия получается комплексная соль, хорошо растворимая в воде. Поэтому нельзя совмещать обработку воды сульфатом аммония с умягчением ее известково-содовым способом. При введении в воду раствора железного купороса последний взаимодействует с солями, обусловливающими карбонатную жесткость воды, аналогично сульфату алюминия. Полученный гидрокарбонат железа II способен терять углекислоту, в результате чего получается гидроксид железа и выделяются хлопья.
Однако этот процесс происходит медленно, и образующиеся хлопья могут быть небольшими. Для ускорения выделения углекислоты к воде добавляют гашеную известь, способствующую выделению углекислоты и ускорению образования хлопьев гидроксида железа II Образующийся гидроксид железа II обладает заметной растворимостью, но присутствующий в воде свободный кислород окисляет его в гидроксид железа III , который выпадает в виде коричневого хлопьевидного осадка.
Гидроксид железа II лучше окисляется в щелочной среде при рН 8,2. Так как в отличие от Аl ОН 3 хлопья Fе ОН 3 не разрушаются при избытке щелочи, коагуляция железным купоросом вполне совместима с содово-известковым умягчением воды. Коагуляция железным купоросом FеSО4-7Н2О по сравнению с коагуляцией сульфатом алюминия Аl2 SО4- 18Н2О протекает быстрее, так как плотность гидроксида железа больше плотности гидроксида алюминия в 1,5 раза. Для ускорения гидролиза коагулянта температуру воды поддерживают в пределах 18-25 С. Непрерывное коагулирование - применяется на Ленинградском ликерно-водочном заводе, где смонтирована непрерывно действующая установка.
Процесс коагуляции осуществляется следующим образом. Водный раствор коагулянта концентрацией 4-5 приготовляют в двух попеременно работающих чанах, снабженных механическими мешалкам. Для этого в чан засыпают 40- 50 кг коагулянта и приливают половину расчетного количества воды 500 л, тщательно перемешивают и добавляют остальное количество воды 500 л, затем все перемешивают в течение 2-2,5 ч и оставляют на 4-6 ч для отстаивания.
Отстоявшийся раствор по трубе, установленной выше дна чана на 15 см, подают насосом в напорный бак, откуда он самотеком поступает в дозатор, снабженный поплавковым регулятором уровня. Из дозатора раствор непрерывной струей сливается в приемную воронку, а из нее - в коммуникацию, подводящую воду в контактный осветлитель фильтр. Подлежащая осветлению вода из водопроводной сети поступает в напорный бак, снабженный поплавковым регулятором уровня и паровым змеевиком для подогрева.
На трубе, подающей смесь в фильтр, установлен регулирующий кран с электроприводом, который в комплекте с датчиком уровня и балансным реле образует систему, поддерживающую заданный уровень воды в напорном баке. Фильтр представляет собой стальной цилиндрический резервуар высотой 4,5 м и диаметром 2,2 м, покрытый изнутри кислотоупорным лаком.
В резервуаре имеется решетка, установленная на расстоянии 0,5 м от днища. Фильтр заполнен гравием трех фракций в следующем порядке, начиная снизу слой высотой 20 см с частицами размером 4-2 мм, слой высотой 60 см с частицами 2-1,2 мм и слой высотой 1,2 м с частицами 1,2-0,8 мм. Под -гравием помещают фильтрующий слой песка. Смесь воды и раствора коагулянта поступает в верхнюю часть фильтра. Проходя через насадку из гравия и песка, образующиеся хлопья создают сверху фильтрующую пленку, не пропускающую даже тонкодисперсные частицы.
Фильтр работает 23-30 ч, после чего фильтрующий слой гравия и песка промывают. Перед промывкой перекрывают подачу осветляемой воды и раствора коагулянта и в течение 35-45 мин подают воду с большой скоростью через дренажный коллектор с помощью насоса снизу вверх. При этом слой песка взрыхляется, пленка разрушается и загрязнения вместе с промывной водой удаляются из фильтра через сливное устройство в канализацию. Промывку ведут до тех пор, пока вода станет совершенно прозрачной.
При необходимости, для более эффективного взрыхления, в фильтр подают воздух через барботер. При переводе фильтра в рабочее состояние в начале процесса осветления вводят на 50 больше раствора коагулянта, чем рассчитано для ускорения образования фильтрующей пленки. Процесс коагуляции таким способом довольно длителен и требует больших производственных площадей. Кроме того, в результате коагуляции в осветляемой воде увеличивается содержание анионов СН или S02- в зависимости от применяемого коагулянта.
Для интенсификации процесса коагулирования специалистами Украинского научно-исследовательского института спирто-вой промышленности УкрНИИСПа разработано несколько других способов, которые применяются на некоторых предприятиях в зависимости от состава используемой воды. Двойное коагулирование заключается в том, что сульфат алюминия Аl2 S04 з-18Н20 применяется вместе с небольшим количеством алюмината натрия. Вначале добавляют в виде 0,2 -ного раствора, который образует хлопья. Это повышает эффект коагуляции хлопьев, появляющихся при последующем введении сульфата алюминия, а также способствует поддержанию в процессе коагулирования оптимального значения рН исходной воды. Двойное коагулирование позволяет получить более прочные хлопья и значительно ускоряет их осаждение.
Контактная коагуляция -способ осветления, когда к воде добавляют все расчетное количество коагулянта и смесь сразу же фильтруют через зернистую среду, например через слои песка. При этом мелкие частички загрязнений прилипают к песчинкам и полное осветление достигается за 5-10 с, в то время как при обычной коагуляции затрачивается 20 - 40 мин. Раздельное коагулирование - процесс осветления осуществляется введением всей дозы коагулянта в часть объема воды, чаще всего в половину ее объема.
При этом в обработанной воде образуются крупные хлопья. Затем обработанную воду смешивают с необработанной, создавая условия прилипания мелких частиц взвеси к сформировавшимся хлопьям.
При этом достигается экономия времени обработки и расхода коагулянта. Флокуляция - процесс, при котором происходит ускорение коагуляции за счет добавления специальных веществ флокулянтов. Флокулянты подразделяются на минеральные и органические. Из минеральных флокулянтов наибольшее распространение получила активированная кремниевая кислота АКК , которую получают из силиката натрия путем нейтрализации его 1-2 -ным раствором серной кислоты. Применение АКК эффективно при очистке мало-мутных окрашенных вод. К органическим флокулянтам относятся полиакриламид, полиакрилат натрия, щелочной крахмал, альгинат натрия.
Наибольшее применение получил полиакриламид ПАА . При взаимодействии его с гидроксидом алюминия образуются крупные быстрооседающие хлопья. Небольшие добавки до 1 мг л полиакриламида позволяют ускорить процесс в 15-20 раз и уменьшить расход коагулянта в 2-3 раза. ПАА добавляют в воду в виде раствора концентрацией не выше 0,1 . 2.3.