Mario C. Uy — Руководство по коагуляции и флокуляции

Все природные воды содержат взвешенные частицы, которые могут быть вредными для дальнейшего использования воды. Проблемы могут варьироваться от низкого качества продукта, высокого содержания вредных веществ, эксплуатационных расходов и преждевременной неисправности оборудования.

Когда вода подвергается дальнейшей обработке, например, в системах отопления, охлаждения, очистки, она собирает частицы на пути, которые в итоге и являются загрязняющими веществами в сточных водах.

Чтобы минимизировать эти проблемы, взвешенные частицы, как правило, необходимо устранить или уменьшить до приемлемого уровня перед использованием.

Крупные частицы могут быть легко удалены механическим путем фильтрации или отстаиванием. Более мелкие частицы, также известные как коллоидные частицы, удалить труднее и необходима фильтрация или осаждение.

Коллоидной частицы и помутнение.

Коллоидные частицы очень мелкие, размер от 0,1 до 1 мкм. Это больше, чем молекулы, но меньше, чем песчинка, они достаточно малы и поэтому обнаружить их невооруженным глазом не удается.

Коллоидные частицы придают воде помутнение. Чем больше количество частиц, тем более мутная вода.

Незначительные помутнения можно и не заметить, но это до тех пор, пока луч света не пройдет через коллоидные частицы. Частицы приводят к рассеиванию света таким образом, что путь луча света можно ясно увидеть.

Коллоидные частицы электрически заряжены. Все частицы данного коллоидного состава принимать тот же заряд (положительный или отрицательный) и, таким образом, отталкиваются друг от друга.

Как правило, рН выше 4, коллоидные частицы отрицательно заряженные и ниже 4 они положительно заряженные. У заряда образует энергетический барьер, в результате чего частицы отталкиваются друг от друга, так они остаются дисперсными на неопределенный срок.

Кроме того, отталкивание частиц находиться в постоянном движении, так как они постоянно отталкиваются друг от друга.

Коллоидных частиц в некоторых сточных водах еще более сложны, в том случае, если сточные воды содержит частицы, которые были химически диспергированы, например, в производстве суспензий. Достаточно сказать, что коллоидные частицы слишком мелкие и так как длительный срок дисперсии, то они не могут быть удалены из воды.

Чтобы преодолеть это, применяются методы коагуляции и флокуляции, далее происходит помочь частицам агломерата. Частицы могут быть эффективно удалены с помощью фильтрации или отстаивания.

Взаимозаменяемые термины?

Понятия коагуляции и флокуляции часто используются как синонимы. Они оба будут агломератами коллоидных частиц, но они выполняют это по-разному.

Коагуляция нейтрализует заряды на частицах, они отталкивания между сабой, что позволяет им приблизиться к агломерату.

Флокуляция соединяет частицы чтобы сделать их еще больше, таким образом они могут быть удалены более эффективно и результативно.

Если коллоидные частицы отрицательно заряженные, то положительно заряженные частицы коагулянта используется, и наоборот. Передозировка коагулянтов приведет заряд в разворот, редиспергирующий их под той же "как" принцип дисперсии заряда.

Силы Ван-дер-Ваальса

Высокоскоростное перемешивание применяется, чтобы помочь сблизить коллоидные частиц друг с другом, столкновения дают им возможность собираться в агломерат, естественно через принцип Ван-дер-Ваальса. Проще говоря, Ван-дер-ваальсовый принцип утверждает, что существует сила тяготения между частицами.

Когда частицы приближаются достаточно близко друг к другу, происходит столкновение и сила тяжести тянет частицы вместе на дно.

По сути, происходит свертывание процесса разрушения или дестабилизации энергетического барьера. После того, барьер дестабилизируется, частицы образуют хлопья, которые обычно выше 50 мкм в размерах и видны невооруженным глазом.

Помимо нейтрализации заряда, некоторые коагулянты, такие как алюминий и ионная соль, добавляются в избытке по отношению к осадку с образованием водных оксидов металла.

Если щелочность, естественно, не существует, или недостаточно, она может быть увеличена добавлением каустика или других подобных веществ. В этом процессе, коллоидные частицы в буквальном смысле захвачены в водном осаждение оксида металла.

Это называют техникой развертки хлопьев, так же, как с использованием масляного абсорбента, чтобы впитать разлитую нефть. Недостатком этого метода является большое производство осадка.

Популярные коагулянты — алюминия и соли железа. Новые коагулянты на основе полимера полиэлектролитов, таких как Dadmacs и Epi-Amines.

Полимеры являются более дорогостоящими, но их эксплуатационные расходы могут быть ниже в связи с сокращением объемов шлама и уменьшения необходимости корректировки рН.

Добавление флокулянтов

После коагуляции размер хлопьев, как правило, еще слишком мал, этого недостаточно чтобы фильтрация прошла эффективно. Флокулянты добавляют для того, чтобы сформировать большие хлопья, улучшая их фильтруемость или скорость оседания.

Флокулянты обладают высокой молекулярной массой и имеют длинные молекулярные цепи. Можно было бы думать о флокулянте как о щупальцах осьминога с несколькими присосками.

Флокулянты могут быть анионными, катионными или неионными и выпускаются в виде порошка или эмульсии. В любой форме, флокулянт должн быть разбавлены до 0,5 процента перед использованием.

Это разбавление делает полимерной цепь для оптимального преодоления. В противном случае, полимерная цепь будет оставаться гибкой и будет менее эффективной.

Разбавление также способствует более быстрой дисперсии и распределение флокулянта к частицам.

Разбавленный полимер не имееет очень долгий срок хранения. Через несколько дней, он начинает терять свою эффективность. Лучше всего, чтобы подготовленный флокулянт использовался только один день.

Смешивание также используется для воды во время добавления флокулянта, чтобы обеспечить адекватное распределение флокулянта. Смешивание делается на гораздо меньшей скорости, чтобы предотвратить сдвиг уже сформированной хлопьев.

Перекрытие характеристик

Коагулянты и флокулянты обладают некоторым дублированием возможностей. Помимо мостов, флокулянты (анионные или катионные) также могут нейтрализовать заряды на коллоидных частицах. Однако, коагулянты все еще более эффективны, поскольку они имеют более высокую плотность заряда.

Помимо нейтрализации заряда на полимерной основе коагулянтов также есть некоторые возможности преодоления. Естественная структура цепи полимера позволяет ухватить коллоиды, соединяя их друг с другом и образующих большие хлопья.

Несмотря на полимерную основу коагулянта может иметь некоторые преодоление свойств, флокулянты еще более эффективным в устранении, потому что они имеют значительно выше молекулярный вес и имеют намного больше молекулярных цепей.

Из-за этих перекрывающихся возможности, условия коагулянтов и флокулянтов часто используются взаимозаменяемо.

Что касается рН, наиболее хорошо работают коагулянты и флокулянты при рН от 4 до 10. Тем не менее, вода имеет свой собственный оптимальный уровень рН, так что это полезно для тестирования производительности коагулянтов и флокулянтов с различными условиями рН и позволяет отрегулировать рН раствора для удовлетворения этого оптимального уровня.