Хлорид железа(III) 40% или полиалюминиевый хлорид (ПАХ)? Практическое сравнение для выбора коагулянта.

Многие операторы водоочистных сооружений и инженеры по закупкам задаются вопросом: следует ли использовать хлорид железа(III) железа(III) или полиалюминиевый хлорид (ПАХ или ПАКл)? Оба являются одними из наиболее часто используемых неорганических коагулянтов, и каждый из них имеет свои преимущества. Единого «лучшего» коагулянта для всех типов воды не существует, но понимание различий помогает сузить круг вариантов до проведения испытаний и обеспечивает точность спецификаций закупок.

Что такое полиалюминиевый хлорид (ПАХ)?

Полиалюминиевый хлорид — это не простая соль, как квасцы, а частично предварительно гидролизованный хлорид алюминия. Это означает, что часть хлорид-ионов замещается гидроксильными группами в процессе производства, в результате чего образуются полинуклеарные соединения алюминия. Его общая формула — Aln(OH)mCl(3n-m).

Основность — наиболее важная характеристика, отличающая различные марки полиалюминиевого карбоната (ПАК). Она выражает соотношение гидроксильных групп к алюминию и рассчитывается следующим образом: Основность (%) = (OH/Al) ÷ 3 × 100. Чем выше основность, тем больше доля полимерных компонентов в продукте.

Что означает "PAC 18%"? Это распространенное торговое название жидкого раствора PAC. В инструкциях производителей указывается, что содержание оксида алюминия (Al2O3) составляет около 17%, варьируясь от приблизительно 16,5% до 18% в зависимости от производителя, что составляет около 9% алюминия. Его щелочность обычно находится в диапазоне от 35% до 45%. Также доступны менее концентрированные растворы и твердые (порошковые) марки с более высоким содержанием Al2O3. Поэтому всегда запрашивайте процентное содержание Al2O3 и щелочность в сертификате анализа и не полагайтесь исключительно на торговое название.

Стандартные технические условия: В Европе стандарт EN 17034:2018 охватывает полиалюминиевый хлорид, используемый в водоподготовке, и заменил более старый стандарт EN 883. Что касается хлорид железа(III) то он регулируется стандартом EN 888, последняя версия которого была выпущена в 2023 году.

А как насчет 40%-ного хлорид железа(III) ?

Формула FeCl3 обозначает безводное соединение. Продукт, используемый на станциях, представляет собой сильнокислый красновато-коричневый водный раствор. Например, в техническом паспорте 40%-ного раствора хлорид железа(III) ) от Egy Chem Hub указано, что содержание железа в нем составляет 13–14%, а удельная плотность — 1,42 при 20 °C, что составляет приблизительно 568 г хлорид железа(III) на литр.

При добавлении в воду соль железа разлагается и образует нерастворимый гидроксид железа(III). Этот осадок нейтрализует заряды взвешенных частиц и захватывает их в виде хлопьев. Почти то же самое происходит с алюминием в активированном угле. Разница заключается в том, что часть этого разложения в активированном угле уже произошла на заводе, что объясняет большинство последующих различий.

Основные различия в таблице

PH и щелочность

Здесь становится очевидным первое практическое различие. хлорид железа(III) работает в гораздо более широком диапазоне pH, чем алюминиевые коагулянты. Это реальное преимущество в воде с колеблющимся pH, а также в промышленных сточных водах, которые могут поступать на предприятие в кислой или щелочной среде.

Напротив, хлорид железа(III) потребляет больше щелочности воды, чем квасцы. Алюминиевый карбонат (PAC) потребляет меньше, чем квасцы, поскольку часть кислотности нейтрализуется в процессе производства. Следовательно, PAC снижает pH в меньшей степени и часто требует меньше извести или соды для коррекции.

Что это значит для покупателя? В слабощелочной воде ПАК может сэкономить на стоимости регулирующего агента. Однако в достаточно щелочной воде или там, где уже требуется снижение pH, эффект этой разницы уменьшается, и становится очевидным широкий спектр действия хлорид железа(III).

Тепло и холодная вода

Несколько исследований подтверждают, что активированный уголь менее подвержен воздействию перепадов температуры, чем квасцы. В экспериментах с речной и озерной водой при температуре приблизительно 5–12 °C хлопья активированного угля сохраняли свой размер и осаждение, а остаточное содержание алюминия было меньше, чем у квасцов. Это объясняется наличием предварительно сформированных полимерных частиц в активированном угле.

Однако прямое сравнение хлорид железа(III) и полиалюминиевого карбоната (ПАК) в холодной воде не дало однозначных результатов в изученной нами литературе. Поэтому мы рекомендуем проводить сравнительный тест при самой низкой ожидаемой температуре исходной воды в течение года, а не только летом.

Флокуляция, осаждение и осадок

Железные хлопья обычно крупные и быстро оседают, что является преимуществом в обычных отстойниках. Алюминиевый шлак, напротив, образует относительно связные хлопья и часто требует меньшей дозы квасцов для достижения того же результата.

В обоих случаях осадок представляет собой минеральный гидроксид, добавляемый к осадку очистных сооружений. Его количество и способность к обезвоживанию зависят от дозировки и типа воды, поэтому измерения проводятся на одних и тех же пробах, а не на основе общего правила.

Остаточные количества металлов в питьевой воде

В питьевой воде каждый коагулянт оставляет следы своего минерала, если процесс не контролируется:

• Алюминий: Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) не устанавливает санитарных норм для алюминия, но определяет достижимые практические уровни, которые могут быть достигнуты путем контроля коагуляции: 0,1 мг/л или менее на крупных предприятиях и 0,2 мг/л или менее на небольших предприятиях. Исследования показывают, что активированный уголь оставляет меньше остаточного алюминия, чем квасцы.
• Железо: Для него нет установленных нормативов по содержанию в организме, а общепринятое референтное значение 0,3 мг/л является эстетическим показателем, связанным со вкусом и цветом белья и сантехники.

Другими словами, хлорид железа(III) не добавляет алюминий в очищенную воду, что является важным фактором для некоторых операторов. В обоих случаях точный контроль дозировки, корректировка pH и фильтрация остаются ключевыми факторами для поддержания низкого уровня остаточных металлов.

Области, где хлорид железа(III) особенно эффективны в сточных водах.

В этом и заключается наиболее очевидная дополнительная ценность хлорид железа(III): он действует не только как коагулянт:

1. Контроль сульфидов и запахов: Соли железа осаждают растворимые сульфиды в виде нерастворимых сульфидов железа. Поэтому они используются в дренажных системах, насосных линиях и на очистных сооружениях для снижения выбросов сероводорода (H2S) и запахов. Они также используются для снижения содержания H2S в биогазе, получаемом в анаэробных установках по переработке осадка. Это свойство характерно именно для железа, а алюминиевые коагулянты не упоминаются среди осаждающих сульфиды веществ в рассмотренной нами литературе.
2. Удаление фосфора: Для химического удаления фосфора используются как соли железа, так и соли алюминия; это общая область применения. Мы подробно обсуждали это в предыдущей статье об удалении фосфора с помощью хлорид железа(III).
3. Разделение нефти: В техническом паспорте продукта Egy Chem Hub указано его применение для удаления нефти в установках флотации растворенным воздухом (DAF) на нефтеперерабатывающих заводах, а также в системах закачки воды на нефтяных месторождениях.

На станциях, страдающих от неприятных запахов или требующих снижения содержания фосфора, хлорид железа(III) может выполнять более одной функции в качестве одного вещества. Однако следует отметить, что дополнительная дозировка увеличивает объем осадка, а вещество потребляет щелочь.

Коррозия, обращение и хранение

Оба продукта являются кислотными и едкими, и неверно предполагать, что с каким-либо из них «безопасно» обращаться:

• 40%-ный хлорид железа(III) обладает высокой коррозионной активностью по отношению к большинству металлов, имеет pH менее 1 и классифицируется в паспорте безопасности нашего продукта (SDS) как H290, H302, H314 и H318. Он используется в резервуарах и трубопроводах, изготовленных из стекловолокна (FRP), полиэтилена, полипропилена, ПВХ или стали с резиновой футеровкой.
• Кроме того, активированный уголь вызывает коррозию большинства материалов и требует использования кислото- и хлоростойких материалов, таких как стекловолокно, сталь с резиновой футеровкой и ПВХ, при этом следует избегать соединений из латуни и низкоуглеродистой стали. Растворы активированного угля обладают ограниченной стабильностью при длительном хранении, особенно сильнощелочные варианты.

Практический аспект: если станция оборудована для одного продукта, переход на другой требует проверки резервуаров, насосов, линий впрыска и точки добавления. Правила хранения и обращения хлорид железа(III) рассмотрены в отдельной статье.

В каких случаях выбор склоняется в пользу того или иного из них?

Чаще всего выбор в пользу PAC делается в следующих случаях:

• Щелочность исходной воды низкая, поэтому уровень pH не следует слишком сильно понижать.
• Вода здесь холодная большую часть года, и квасцы в ней пострадали.
• Станция изначально была оборудована для использования алюминиевых коагулянтов.

Обычно это хлорид железа(III) когда:

• Значение pH исходной воды колеблется или выходит за пределы диапазона, допустимого для алюминиевых коагулянтов.
• Помимо коагуляции, необходимо контролировать содержание сульфидов и запахов, а также снижать содержание H2S в биогазе.
• Предпочтительно, чтобы коагулянт не добавлял алюминий в очищенную воду.
• Вода должна быть достаточно щелочной, и должны быть доступны коррозионностойкие материалы для её обработки.

Решающим фактором является проверка в банке.

Предыдущие правила определяют приоритетность, но не решают окончательное решение. Окончательный ответ кроется в результатах лабораторного анализа воды, в ходе которого сравниваются два продукта по отдельности. Дозировка ПАК обычно указывается как продукт с определенной концентрацией Al2O3, а дозировка железа может быть указана как раствор, безводный продукт или железо. В ходе анализа оцениваются: остаточная мутность, pH и щелочность после коагуляции, объем осадка, остаточное содержание металла и общая стоимость за кубический метр обработанного материала, а не только цена за тонну.

40%-ный раствор хлорид железа(III) от Egy Chem Hub

Компания Egy Chem Hub предлагает 40% раствор хлорида хлорид железа(III) (торговое название ECH-FR4014), произведенный в Египте. Согласно технической документации: концентрация до 40% (±2%) по весу, содержание железа 13–14%, содержание двухвалентного железа (Fe2+) не более 1%, свободная кислотность не более 1%. Раствор можно вводить в неразбавленном виде или после разбавления, оптимальная доза определяется методом пробы в пробирке.

Данный продукт производится на предприятии, сертифицированном NSF International, в соответствии со стандартом NSF/ANSI/CAN 60 (Материалы для очистки питьевой воды) для коагуляции и флокуляции, с максимальной нормой расхода 100 мг/л. Он упаковывается в полиэтиленовые бочки высокой плотности (HDPE) по 280 кг и контейнеры IBC по 1400 кг, а также доступен для оптовой продажи. Технические паспорта (TDS) и паспорта безопасности (SDS) предоставляются по запросу. Обратите внимание, что компания Egy Chem Hub не поставляет полиалюминиевый хлорид; данное сравнение предоставлено для того, чтобы помочь вам сделать правильный выбор.

Для запроса ценового предложения или технических характеристик свяжитесь с командой Egy Chem Hub и приложите результаты анализа воды и описание области применения.

Часто задаваемые вопросы

Что означает "PAC 18%"?

Это торговое название жидкого раствора полиалюминиевого хлорида с содержанием оксида алюминия (Al2O3) приблизительно 17%, варьирующимся от 16,5% до 18% в зависимости от производителя. Всегда проверяйте процентное содержание Al2O3 и щелочность в сертификате анализа.

Можно ли напрямую заменить ПАК хлорид железа(III) в той же дозировке?

Нет. Металл другой, концентрация другая, и расход щелочи другой. Поэтому новая дозировка определяется методом лабораторных испытаний, а материалы резервуара и инжекционные линии проверяются перед переоборудованием.

Какая вода больше подходит для питья?

Оба вещества используются в питьевой воде в соответствии с европейскими стандартами (EN 888 для хлорид железа(III) и EN 17034 для полиалюминиевого хлорида). Полиалюминиевый хлорид используется в холодной воде с низким содержанием щелочи, а хлорид железа(III) — в воде с колеблющимся pH, где предпочтительно не добавлять алюминий. Окончательное решение принимается на основе лабораторного анализа.

Почему в очистных сооружениях для сточных вод с неприятным запахом предпочтительнее использовать хлорид железа(III) ?

Поскольку железо осаждает растворимый сульфид в виде нерастворимого сульфида железа, оно снижает выбросы сероводорода и одновременно способствует коагуляции и удалению фосфора.