Технологии

Теоретические основы процессов коагуляции и применяемое оборудование

22 сентября 2014

Автор статьи: Игорь Ливен

Рассмотрение процессов коагуляции является одним из важных моментов теоретических основ очищения сточной воды, так как большая часть загрязнений находится в состоянии коллоидных растворов. Частицы, входящие в их состав, невозможно отделить с помощью механических способов очищения воды, так как они не задерживаются фильтровальными системами и не поддаются действию осаждающих гравитационных сил. Размеры таких частиц находятся в пределах от 1 до 100 нанометров и системы, которые они образуют в водной среде, по своим свойствам напоминают истинные растворы. Отличительной особенностью коллоидных растворов является существование двойного электрического слоя вокруг каждой из его частиц.

Первый слой является неподвижным и состоит из ионов, адсорбированных на поверхности коллоидной частицы, которые называются потенциалопределяющими ионами. К ним примыкают слой противоинов, который состоит из двух частей. Первая из них является неподвижной и в ней находятся ионы, соединенные с потенциалопределяющими ионами силами адсорбционного и электростатического взаимодействия, а вторая находится в движении и представлена диффузным слоем ионов, удерживаемых уже только за счет электростатических сил, величина которого может быть довольно большой. При движении коллоидной частицы происходит разрыв двойного электрического слоя, проходящий по границе между его неподвижной и подвижной частью. При этом на плоскости скольжения этих подвижного и неподвижного слоя образуется так называемый «дзета-потенциал». Он являющется разностью между потенциалом неподвижного слоя, окружающего коллоидную частицу, и потенциалом подвижного ионного слоя. Высокое его значение определяет стабильность коллоидного раствора, препятствующее объединению составляющих его частиц. Низкое значение дзета-потенциала определяет склонность частиц коллоидного раствора к коагуляции и флокуляции. Критическим его значением, после которого начинается процесс коагуляции находящихся в состоянии коллоидного раствора частиц, является величина 0,03 В. С этой целью, в водную среду коллоидного раствора вводится сильный электролит, который при диссоциации на ионы увеличивает количество протиовоионов, находящихся в подвижном слое, что увеличивает его потенциал и приводит к снижению дзета-потенциала. Но так как этот процесс происходит при значительном увеличении кислотности среды, то добавление сильных электролитов такого плана будет способствовать повышению концентрации солей (ведущему к дополнительному загрязнению воды), а так же, коррозии очистительного оборудования.

Поэтому для уменьшения дзета-потенциала используется процесс взаимной коагуляции коллоидных растворов, для чего к водной среде добавляются соли с многозарядными положительно заряженными ионами - катионами, образующие коллоидные растворы из частиц, имеющих положительный заряд. Вследствие этого происходит компенсация заряда неподвижного ионного слоя, окружающего коллоидные частицы загрязняющих веществ, что ведет к снижению дзета-потенциала и их объединению в более крупные образования. В этой роли чаще всего используются соли серной, или же соляной кислот, практически полностью диссоциирующие в водной среде.

В качестве многозарядных катионов, образующих слабые основания, используются алюминий и железо, легко подвергающиеся гидролизу с образованием слаборастворимых гидратов. Наиболее устойчива гидроокись алюминия в нейтральной среде, так как при кислотности среды 5,5 она полностью растворяется в воде, а при повышении рН до 8 начинают образовываться ионы алюмината, то есть оптимальный диапазон в воде, в которой не содержится других ионов, составляет от 7,6 -8,2. На практике это значение меньше на 1-1,5, так как посторонние ионы склонны к адсорбции на поверхности частиц, что снижает необходимость отвода ионов Н+ и понижает значения оптимального диапазона рН. Наиболее часто применяющимися коагулянтами на основе алюминия являются гидратированный сульфат алюминия, имеющий в своем составе молекулы связанной воды, алюминат натрия, гидроксихлорид алюминия, а более редкими являются алюминиево-калиевые и алюминиево-аммониевые тетраоксисульфаты.

Необходимую щелочность раствора, при которой сульфат алюминия образует устойчивый гидроксид, обеспечивают гидрокарбонаты. В случае применения гидроксихлорида алюминия не требуется соблюдения такого жесткого интервала щелочности среды. К коагулянтам на основе железа относятся гидратированные сульфаты двух- и трехвалентного железа, а также его хлорид трехвалентного железа. Их особенность состоит в том, что за счет переходной валентности железа эти коагулирующие реагенты могут быть использованы так же и для проведения реакций окисления-восстановления, в результате которых идет образование осадка, который поддается отделению от водной среды.

При коагуляции нарушается агрегативная устойчивость системы коллоидного раствора и происходит коагуляция частиц. То есть нарушается способность системы коллоидного раствора к сохранению размера частиц и их независимого состояния. Течение этого процесса в результате приводит к нарушению седиментационной, или кинетической устойчивости, то есть степени возможного разделения фаз в дисперсной системе коллоидного раствора, что позволяет после формирования достаточно устойчивых агрегатных образований провести процесс их отделения от водной среды. Это говорит о том, что процесс коагуляции является одной из стадий физико-химических процессов очистки сточной воды, на которой сдвигается равновесие коллоидных растворов, и фактически представляет собой один из подготовительных этапов.

Гидроксиды металлов, способствующие явлению взаимной коагуляции загрязняющих веществ, находящихся в состоянии коллоидного раствора, образуют хлопьевидные образования с развитой поверхностью. На ней идут процессы адсорбции и абсорбции, то есть собирания на поверхности и внедрения в поверхностный слой не только коллоидных частиц, но, так же, молекул и ионов растворенных веществ.

Для получения более полной информации, надо обратиться к нашим специалистам по телефону
+7 (495) 268-0242, или почте info@nomitech.ru, они окажут помощь в подборе необходимого оборудования, которое будет соответствовать вашим требованиям как в части технических характеристик, так и в ценовом плане.