На процесс коагуляции

Коагуляция используется для выделения из воды коллоидно-дисперсных в-в.

Коагуляция - физ.-хим.процесс слипания коллоидных частиц и образования грубодисперсной макрофазы с последующим ее выделением воды.

Коллоид. Частицы весьма малы по размеру и SO участвуют в броунов. движении. Кроме этого у них заметная скорость диффузии, что способствует постепенному выравниванию концентрации частиц по объему. Коллоидные р-ры обладают избытком свободной энергии за счет развитой уднльной поверхности частиц. Термодинамически такая система должна самопроиэвольно стремится к состоянию, в котором ее свободная энергия была бы минимальна, т.е к самопроизвольному уменьшению поверхности, следоват. к слипанию (укрупнению) частиц, но химически коллоид частицы все-таки достаточно устойчивы к слипанию. Такая устойчивость при малых размерах способствует седиментационной устойчивости (постоянная концентрация примесей по всему объему воды), т.к сила тяжести нивилируется сидами диффузии. Агрегативная устойчивость таких систем объясняется существованием двойного электрического слоя ионов и скачка потенциалов на грани раздела фаз. Этот двойной электрический слой возникает как результат различных диэлектрических св-в дисперсной фазы и среды, воздействием молекулярных сил, частичной диссоциацией поверхностных мол-л вещества частиц ионы, котор.располаг-ся на пов-ти частиц, называется потенциало-образующим. Вокруг такой частицы с зарядом концентрируются ионы противоположного знака-противоионы. Концентрация противоионов максимальна у поверхности и сниж-ся с увеличением расстояния от поверхности частицы (внешний диффузионный слой). Здесь совместно дейст-т силы притяжения(электрические и молекулярные) и диффузии(стремящиеся выравнять концентрацию по всему объему).

Теоретически диффузионный слой ионов распр-ся на весь объем воды.

Вокруг каждой частицы возникает двойной электрический слой, включающий потенциалообразующие ионы и противоионы (мицела). Если р-р находится в покое – он электронейтрален, при движении р-ра такие мицеллы увлекают за собой только близлежащие слои воды.

Внешняя часть диффузионного слоя остается вне сферы действия частицы. Это приводит к тому, что появляется электрокинетический потенциал между частицой или р-ром. Его величина зависит:

- от количества противоионов, кот.увлекаются частицей (с их увеличением, электрокинетический потенциал снижается)

Увеличение концентрации противоионов в диффузионном слое должно приводить к увеличению их концентрации в плотном слое, следовательно к снижению электрокинетического потенциала. Кроме того увеличение концентрации противоионов в диф.слое может привести к перезарядке частиц, т.т возможна ситуация, когда определенной концентрации противоионов эл.кин. потенциал может стать =0. Коллоидные частицы, находящиеся в природе (песок, глина…) аморфны, следовательно и вид, и степень их диссоциации будут зависеть от PH раствора. Значение PH, при котором эти вещества не диссоциируют, назыв. изоэлектрическим, следовательно при таком PH, электрокинетический потенциал=0. Т.к PH природной воды обычно 6,5-8,5, то коллоидные примеси диссоциируют как кислоты с приобретением отрицательного знака электрокинетического потенциала частиц относительно р-ра, т.е в природной воде основная масса коллоидных ч-ц будет иметь отрицательный заряд. Частицы глины или гумуса хорошо адсорбируют ионы, за счет чего снижается устойчивость к агрегации. В наибольшей степени свойствами снижать агрегатную устойчивость системы обладают трехвалентные Fe и Al.

Экспериментально установлено, что при снижении эл.кинетического потенциала до 0,03В начинается процесс укрупнения частиц – коагуляция. Если вводить сильные кислоты, то можно снизить эл.кинетический потенциал, но происходит коррозия оборудования, увеличивается солесодержание воды, SO, следовательно применяют процесс, основанный на взаимной коагуляции коллоидов. Для этого в воду вводят реагенты, обр-ся коллоидный раствор с положительно заряженными частицами. Это нарушает устойчивость коллоидной системы и приводит к укрупнению частиц.

Основные реагенты: Al₂SO₄, FeSO₄

В воде эти соли диссоциируют:

Al₂(SO₄)₃↔Al³⁺+SO^2-₄

FeSO₄↔Fe²⁺+SO₄

Al³⁺+H₂O↔Al(OH)²⁺+H⁺

Al(OH)²⁺+H₂O↔Al(OH)₂⁺+H⁺

Al(OH)⁺₂+H₂O↔Al(OH)₃+H⁺

Гидролиз ионов Fe²⁺ по той же схеме, в итоге получается Fe(OH)₃.Но в щелочной среде PH>8 и при достаточном количестве O₂ гидрат закиси Fe превращается в гидрат окиси Fe.

Процесс коагуляции имеет 2 стадии:

1) скрытая (формирование коллоидного раствора гидроокиси Al³⁺ или Fe³⁺ и образования микрохлопьев). Именно на этой стадии вода в основном и очищается от коллоидных примесей

2) явная – вторая стадия процесса, образуются крупные хлопья (флокулы) 1-3 мм, которые обладая высокой сорбционной способностью могут дополнительно извлекать примеси из воды.

Чтобы ускорить процесс осаждения и укрепить осадок, в раствор добавляют флокулянты (полиакриламин).

Поиск по сайту: