Коагуляция и флокуляция

Коагуляция - это процесс дестабилизации (путем нейтрализации их заряда) частиц нерастворимых осадков и коллоидных частиц тяжелых металлов, которые образуются на стадии осаждения. Коллоиды способствуют предварительной агрегации тонкодисперсной суспензии. Частицы перестают отталкиваться друг от друга и приобретают способность к объединению.

В случае водной суспензии заряд органических и неорганических коллоидных частиц, как правило, нейтральный. В силу наличия электростатической силы положительные ионы притягиваются отрицательно заряженными коллоидами.

На рисунке представлена схема снижения электрического заряда на поверхности коллоидных частиц за счет применения коагулянтов, что обеспечивает объединение коллоидных частиц.

Флокуляция

Флокуляция - это процесс объединения дестабилизированных или коагулированных частиц для достижения более высокой агломерации флокулянта при физическом смешивании с химическими коагулянтами, их добавлении или при использовании обоих способов.

На рисунке представлена схема формирования флокулянтов с заданными параметрами из агломерированных коллоидных частиц.

Теория и исследование процессов

Электрохимический потенциал поддается измерению, иногда он используется для прогнозирования потенциала коагуляции. Эффективная коагуляция отмечалась в ходе эксперимента при создании электрохимического потенциала ± 0.5 mV. В качестве коагулянтов повсеместно применяются неорганические соединения (как правило, производные железа и алюминия).

При диссоциации катионы нейтрализуют заряд частиц и эффективно увеличивают расстояние двойного слоя, таким образом, понижая электрохимический потенциал. В случае неорганических коагулянтов, трёхвалентный ион может иметь в 1000 раз большую эффективность, чем одновалентный ион. Это является причиной исключительной эффективности солей железа и алюминия в качестве коагулянтов.

В таблице 1 отражено увеличение коагулирующей способности с ростом химической активности катионов.

Коллоиды также подвергаются дестабилизации при добавлении полиэлектролитов, причем система достигает изоэлектрической точки без изменения показателя pH.

Данные полиэлектролиты в 10 - 15 раз более эффективны в качестве коагулянта, чем соединения алюминия, при этом они имеют большую стоимость.

Процессы коагуляции и флокуляции, как правило, включают следующие стадии:

• При необходимости, увеличение щелочных свойств (бикарбонаты имеют преимущество повышения щелочных свойств без увеличения показателя pH).
• Добавление коагулянта и коагулирующего агента в инфлюэнт после коагуляции.
• Интенсивное перемешивание коагулянта со всем объемом жидкой среды.
• Добавление коагулирующего агента, сопровождаемое медленным и слабым перемешиванием для достижения контакта между малыми частицами, с их последующей агломерацией в более крупные частицы.

Коагулирующие агенты, как правило, подвергаются короткому интенсивному перемешиванию, сопровождаемому слабым перемешиванием. На рисунке представлен механизм протекания процессов коагуляции и флокуляции.

Достижение конечной цели в ходе процессов коагуляции и флокуляции зависит от характеристик частиц в плане флокуляции и осаждения. Частота столкновений между частицами прямо пропорциональна коэффициенту объединения коагулированных частиц. Частота столкновений пропорциональна концентрации частиц и разнице скоростей осаждения. В силу того, что суммарное количество столкновений между частицами возрастает с течением времени, как правило, степень флокуляции также возрастает с течением времени пребывания в данных условиях. Агломерацию частиц невозможно спрогнозировать только лишь на основании частоты их столкновений.

Коэффициент флокуляции зависит от нескольких факторов, среди которых необходимо отметить характер поверхности частиц, наличие зарядов, форму и плотность частиц.