2. Механизм флокуляции
Флокуляция и коагуляция являются наиболее экономичными методами удаления твердых частиц из воды. Однако между вышеупомянутыми процессами существуют некоторые терминологические ошибки. Флокуляцию часто ошибочно принимают за тот же процесс, что и коагуляцию, но это два разных явления, которые могут происходить независимо друг от друга.19,20].
Коагуляция – это процесс, при котором частицы агрегируют и начинают образовывать хлопья, которые можно отделить от воды. На первом этапе коагуляции в результате снижения электрокинетического потенциала происходит дестабилизация коллоидных частиц. Это связано как с броуновским движением, приводящим к столкновению частиц (перикинетическая агрегация), так и с движением жидкости, при котором мицеллы объединяются в более крупные агрегаты (ортокинетическая агрегация).4,21]. При соударениях и агрегации частиц образуются все более крупные хлопья, которые оседают из взвеси под действиемсила тяжести. В результате получается чистая вода без коллоидов [1,19,20,22]. Флокуляция улучшает условия процесса осаждения за счет объединения дестабилизированных частиц между собой, увеличения их массы, что позволяет удалить их фильтрованием. Это важный этап очистки воды, особенно поверхностных вод, на котором удаляются органические примеси, в том числе вирусы и бактерии.23]. Дестабилизация коллоидов может быть достигнута добавлением электролита, которым чаще всего являются соли алюминия или железа,обычно называются коагулянтами. Гидролиз этих электролитов приводит к образованию коллоидных гидроксидов, которые адсорбируются на поверхности частиц загрязнения, находящихся в воде. Согласно теории ДЛФО, разработанной Дерягиным и Ландау и независимо Вервеем и Овербиком [24,25], добавление электролита уменьшает двойной электрический слой до тех пор, пока не возникает доминирующее влияние притяжения, силы Ван-дер-Ваальса. Это является причиной образования хлопьев. Осаждение агломератов происходит после превышения критической концентрации коагуляции, которая зависит от условий эксперимента (перемешивания, времени измерения и т. д.). Обычно скорость осаждения низкая, и для ее повышения следует добавлять небольшое количество органического полимерного флокулянта[1,26].
В производственной практике сочетание коагуляциии флокуляция (обозначается символом C/F) используется путем применения неорганических коагулянтов (электролитов) и флокулянтов (ионогенных и неионогенных полимеров). Такой подход способствует формированию более крупного и плотного флока, а значит более быстрой и эффективной очистке воды от неорганических и органических примесей[27]. В более экономичном варианте используется некоагуляционный процесс очистки, т. е. прямая флокуляция. В этом упрощенном методе катионные или анионные полимеры играют двойную роль: нейтрализуют заряд частиц и их агрегация мостиками. Этот процесс эффективен в широком диапазоне pH (в отличие от коагуляции) и в основном используется для удаления относительно высоких уровней органических загрязнителей.
Схема коагуляции и флокуляции представлена на рис.1. Как правило, коагуляция является очень быстрый шаг (<10 с), в то время как флокуляция намного дольше (длится 20-45 мин) [21]. При этом агрегаты, растущие в обоих процессах, существенно различаются. При коагуляции в присутствии соли размеры агрегатов сравнительно невелики — в этом случае после кратковременного увеличения их размеров быстро достигается плато. Флокуляция с высокомолекулярными соединениями обычно приводит к более крупным агрегатам, и после достижения их максимального размера наблюдается некоторое их уменьшение. За это ответственна перестройка частиц [28,29].
Рисунок 1–Иллюстрация процесса коагуляции и флокуляции.
Согласно литературным данным последних лет, считается, что механизм флокуляции в присутствии полисахаридных флокулянтов обусловлен двумя основными механизмами: (а) нейтрализация заряда; и (b) полимерные мостики [5,6,30].
Эти два пути зависят от адсорбции полимера на поверхности частиц в результате электростатических взаимодействий, водородных связей, гидрофобных взаимодействий, комплексообразования или связывания ионов макромолекулами.
Подробное объяснение этих механизмов должно основываться на детальных исследованиях на молекулярном уровне, поскольку флокуляция представляет собой довольно сложный многостадийный процесс, включающий несколько конкурирующих физических явлений и химических реакций. Понимание этих явлений позволяет найти взаимосвязь между свойствами используемых флокулянтов и эффективностью процесса флокуляции, что важно с практической точки зрения.
Проверка механизма флокуляции была представлена Lemanowicz et al. [32]. Влияние оптимальной концентрации флокулянта, при которой образуются осаждающиеся хлопья (это называется окном флокуляции). Превышение этого предела концентрации приводит к повторной стабилизации взвешенных частиц. Здесь также учитывалось влияние температуры, особенно важное, когда свойства полимера изменяются под воздействием тепла. Такие полимеры изменяют описанные выше механизмы, которые в данном случае зависят от условий нагревания и дозы флокулянта. Термочувствительные полимеры претерпевают не только реконформацию при определенной температуре, но и меняют свою гидрофильную природу на гидрофобную. Это изменяет молекулярные взаимодействия, в результате чего происходит частично или полностью обратимая агрегация.
- Курсовая работа
- Дипломная работа
- Контрольная работа
- Реферат
- Отчет по практике
- Магистерская работа
- Статья
- Эссе
- Научно-исследовательская работа
- Доклад
- Глава диплома
- Ответы на билеты
- Презентация
- Дипломная работа MBA
- ВКР
- Компьютерный набор текста
- Речь к диплому
- Тезисный план
- Чертёж
- Диаграммы, таблицы
- ВАК
- Перевод
- Бизнес план
- Научная статья
- Рецензия
- Лабораторная работа
- Решение задач
- Диссертация
- Доработка заказа клиента
- Аспирантский реферат
- Монография
