Очистка воды флокуляцией: что это такое

Процесс флокуляции

Адсорбционная флокуляция происходит при определённых соотношениях концентраций полимера-флокулянта и частиц дисперсной фазы, при определённых молекулярно-структурных характеристиках флокулянта и поверхностно-химических свойствах и дисперсном составе флокулируемых частиц. На кинетику и полноту флокуляции, структуру и свойства образовавшегося флокулята влияют, с одной стороны, молекулярная масса, степень ионизации, конформационная способность (гибкость) макромолекул флокулянта, с другой – знак и плотность поверхностных зарядов, размер и форма частиц. Наиболее эффективна флокуляция при оптимальной степени адсорбционного заполнения поверхности частиц полимером, близкой к 0,5, Избыток флокулянта может не только ухудшить флокуляцию, но в некоторых случаях вызвать обратный процесс (пептизацию) и даже повысить агрегативную устойчивость системы. Уменьшение содержания флокулянта в дисперсионной среде, например разбавлением, до концентраций ниже порога флокуляции обычно не приводит к распаду флокул на первичные частицы.

Применение в водоподготовке

Как часть очистки питьевой воды, коагуляция-флокуляция может использоваться для удаления мутности из воды (микрочастиц, таких как глина, которые вызывают помутнение воды). Чтобы сделать воду пригодной для питья, процесс коагуляции-флокуляции должен сопровождаться декантацией и тщательным удалением хлопьев. Кроме того, необходимо точно оценивать количество реагентов, чтобы не добавлять слишком много.

При очистке сточных вод коагуляция- флокуляция часто встречается как система доочистки – на городских очистных сооружениях – предназначенная для устранения загрязнения фосфором .

Старение

Скорость старения зависит от напряжения на границе раздела фаз, радиуса частиц, коэффициента диффузии, температуры и растворимости макрофазы. Монодисперсные системы стареют крайне медленно. Слияние капель жидкости или газовых пузырьков называется коалесценцией. При слиянии твёрдые частицы сохраняют свою прежнюю форму.

Электролиты в диспергаторе ускоряют старение (электрокоагуляция).

Столкновения частиц, происходящие ввиду броуновского движения, далеко не всегда приводят к их слиянию. Двойной электрический слой, окружающий дисперсные частицы, отталкивает их друг от друга. Электролиты разрушают и деформируют этот слой, ускоряя коалесценцию. Эффективность процесса зависит от вида электролита (лиотропные ряды ионов) и его валентности.

Склонность гидрофобных золей к разрушению под воздействием небольших добавок электролитов была замечена давно и послужила объектом большого числа экспериментальных и теоретических работ.

Многочисленными исследованиями влияния электролитов на устойчивость гидрофобных золей установлено, что коагулирующее действие электролита зависит от заряда ионов. Коагуляция идет с заметной скоростью лишь при концентрации электролита, превышающей некоторое критическое значение, называемое порогом коагуляции ск. Выше этой концентрации (в области медленной коагуляции) скорость коагуляции растет с ростом концентрации, пока не достигнет некоторого предела, после которого (в области быстрой коагуляции) перестает зависеть от концентрации электролита. Очевидно, что области быстрой коагуляции соответствует полная дестабилизация частиц дисперсной фазы. Сопоставление коагулирующего действия электролитов с их влиянием на электрокинетические свойства показало, что порог коагуляции соответствует уменьшению электрокинетического потенциала примерно до 30 мВ, тогда как приближение к области быстрой коагуляции ведет к падению z-потенциала до весьма малых значений. Уже из этого факта можно сделать вывод, что именно электростатическое отталкивание коллоидных частиц ответственно за устойчивость таких гидрозолей. По эмпирическому правилу Шульце-Гарди порог коагуляции определяется в основном валентностью противоионов: отношение порогов коагуляции одно-, двух- и трёхвалентных противоионов приближенно равно 1:0,016:0,0013 (соответственно отношение обратных величин — коагулирующих способностей равно 1:60:700).

Вместе с тем, наряду с общим уменьшением порога коагуляции с ростом валентности противоионов наблюдаются более слабые различия коагулирующих способностей ионов одной валентности — так называемые лиотропные ряды ионов, — связанные с различием их поляризуемости и гидратируемости.

Купить коагулянты для очистки воды

Коагулянты – реагенты, применяемые в процессах водоподготовки и водоочистки.
Механические способы очистки позволяют удалить из воды наиболее крупные нерастворимые примеси. Однако большая часть загрязнителей представляет собой взвешенные и коллоидные частицы, не поддающиеся фильтрации. Размер этих частиц настолько мал, что они проходят даже через фильтры с мельчайшими порами. Низкая масса не позволяет им осесть на дно, а одинаковый заряд — соединиться друг с другом. Для очистки воды от таких веществ используют химические реагенты – коагулянты и флокулянты.

Название реагента происходит от латинского «coagulatio», что в переводе означает «свертывание», «сгущение». Коагуляция же – процесс объединения мелких частиц дисперсных систем в более крупные.

Очистка воды с помощью коагулянтов включает следующие основные этапы:

1. Добавление в загрязненную воду коагулянтов.
2. Вступление молекул загрязнителей в химическую реакцию с коагулянтом, в результате которой дисперсные частицы содержащихся в воде примесей объединяются в более крупные.
3. Образование «хлопьев» из растворенных в воде загрязнителей, выпадение осадка.
4. Удаление примесей механическим путем (с помощью отстойников, фильтров, мембран).

Принцип действия коагулянтов для очистки воды заключается в следующем: молекулы коагулянтов имеют положительный заряд, в то время как большая часть загрязнителей – отрицательный. Одинаковый (отрицательный) заряд молекул грязи объясняет мутность воды – частицы отталкиваются друг от друга, образуя дисперсную систему. Введение коагулянтов приводит к сцеплению частиц загрязнителей, образованию более крупных соединений, которые можно удалить из воды.

Коагулянты для очистки воды применяются совместно с . В процессах промышленной водоподготовки, очистки стоков реагенты добавляются непосредственно в очистные сооружения, осветлители. Состав и дозировка реагентов подбираются специалистами-технологами в зависимости от состава загрязнителей, используемого оборудования.

Выделяют коагулянты органического и неорганического происхождения. Органические коагулянты используются для подготовки питьевой воды, неорганические – для очистки сточных, оборотных, технических вод.

Обязательным условием применения коагулянтов является соблюдение температурного режима воды: +10 до +40 градусов по Цельсию. В горячей воде реакция коагуляции будет протекать значительно хуже.

Преимущества коагулянтов для очистки воды:

• невысокая стоимость;
• высокая эффективность очищения от взвешенных и коллоидных частиц, умягчение и обезжелезивание воды;
• универсальность применения;
• безопасность.

Дивизион «Водные технологии и сервис» ГК «Миррико» оказывает услуги очистки оборотных, сточных, технических вод с применением коагулянтов и флокулянтов. Компания предлагает линейку коагулянтов органического и неорганического происхождения.

В рамках реагентной очистки специалисты дивизиона осуществляют:

• забор проб исходной воды и проведение анализа ее состава в собственных лабораториях компании;
• разработку программы реагентной обработки (подбор состава и дозирования реагентов);
• поставку необходимого оборудования;
• снятие проб и контроль качества очищенной воды в собственных лабораториях.

Заказать коагулянты для очистки воды, получить консультацию технических специалистов компании можно с помощью формы обратной связи на сайте. Оставьте заявку, и менеджер свяжется с Вами в ближайшее время.

Приложения

Химия поверхности

В коллоидная химия, флокуляция относится к процессу, при котором мелкие частицы заставляют слипаться в хлопья. Затем хлопья могут всплыть на поверхность жидкости (вспенивание), селиться на дно жидкости (осаждение), или быть готовым фильтрованный из жидкости. Флокуляция почвенных коллоидов тесно связана с качеством пресной воды. Высокая диспергируемость почвенных коллоидов не только непосредственно вызывает помутнение окружающей воды, но и вызывает эвтрофикация из-за адсорбции питательных веществ в реках, озерах и даже на лодках под водой.

Физическая химия

За эмульсии, флокуляция описывает кластеризацию отдельных диспергированных капель вместе, при этом отдельные капли не теряют своей идентичности. Таким образом, флокуляция является начальной стадией, ведущей к дальнейшему старению эмульсии (коалесценция капель и окончательное разделение фаз). Флокуляция применяется при обогащении минералов, но может также использоваться при определении физических свойств пищевых и фармацевтических продуктов.

Гражданское строительство / науки о Земле

В гражданское строительство, а в науки о Земле, флокуляция – это состояние, при котором глины, полимеры или другие мелкие заряженные частицы прикрепляются и образуют хрупкий структура, флок. В рассредоточенном глина суспензиифлокуляция происходит после прекращения механического перемешивания, и диспергированные пластинки глины спонтанно образуют хлопья из-за притяжения между отрицательными поверхностными зарядами и положительными краевыми зарядами.

Биология

Флокуляция используется в биотехнология приложения в сочетании с микрофильтрация для повышения эффективности биологических кормов. Добавление синтетических флокулянтов в биореактор может увеличить средний размер частиц, делая микрофильтрацию более эффективной. Когда флокулянты не добавляются, образуются и накапливаются корки, что снижает жизнеспособность клеток. Положительно заряженные флокулянты работают лучше, чем отрицательно заряженные, поскольку клетки обычно заряжены отрицательно.

Сырная промышленность

Флокуляция широко используется для измерения прогресса творог формирование на начальных этапах сыр приготовления, чтобы определить, как долго творог должен застыть. Реакция с участием сычужный фермент мицеллы моделируются Кинетика Смолуховского. Во время сычужного сычужания молока мицеллы могут сближаться друг с другом и флокулировать – процесс, который включает гидролиз молекул и макропептидов.

Флокуляция также используется при приготовлении сыра. очистки сточных вод. В основном используются три разных коагулянта:

• FeSO₄ (Сульфат железа (II))
• Al₂(ТАК₄)₃ (Сульфат алюминия)
• FeCl₃ (Хлорид железа (III))

Пивоварение

В пивоварении флокуляция имеет другое значение. Это очень важный процесс в ферментация при производстве пива клетки образуют макроскопические хлопья. Эти хлопья заставляют дрожжи осаждаться или подниматься до пика ферментации в конце ферментации. Впоследствии дрожжи можно собирать (обрезать) сверху (эль брожение) или дно (лагер ферментация) ферментера для повторного использования для следующей ферментации.

Флокуляция дрожжей в первую очередь определяется концентрацией кальция, часто в диапазоне 50-100 частей на миллион. Соли кальция могут быть добавлены, чтобы вызвать флокуляцию, или процесс можно обратить вспять, удалив кальций путем добавления фосфат образовывать нерастворимый фосфат кальция, добавляя избыток сульфат с образованием нерастворимого сульфата кальция или добавлением EDTA к хелат ионы кальция. Хотя это похоже на седиментацию в коллоидных дисперсиях, механизмы разные.

Процесс очистки воды

Флокуляция и седиментация широко используются в очищение из питьевая вода а также в очистка сточных вод, очистка ливневых вод и очистка промышленных стоков. Типичные процессы обработки состоят из решеток, коагуляции, флокуляции, осаждение, гранулированная фильтрация и дезинфекция.

Баночный тест

Цель этого теста – выбрать типы коагулянта (квасцы), а также оценить оптимальную дозу, необходимую для удаления заряженных частиц, которые встречаются в сырой воде. Jar test – это эксперимент для понимания процессов коагуляции, флокуляции и седиментации (AWWA, 2011).

Аппарат для испытания в виде сосудов состоит из шести стаканов периодического действия и оборудован лопастным миксером для каждого стакана. В стандартной практике испытание в сосуде включает быстрое перемешивание, за которым следует медленное перемешивание, а затем процесс осаждения.

Почему флокуляция так важна?

Области применения и проблемы

БиотехнологииЦелые клетки организмов млекопитающих не представляют проблем при фильтрации, так как их размеры и распределение достаточно легко контролировать. Бактерии и особенно дрожжи формируют значительно меньшие мономерные клеточные структуры. Малый средний размер частиц и способность биомассы создавать много мелких клеточных структур приводят к засорению фильтров и снижению скорости фильтрации. Благодаря флокуляции эти небольшие клеточные фрагменты ведут себя как коллоидные частицы и объединяются в более крупные агрегаты. Флокуляцию также можно использовать, если клеточная культура производит несколько основных и (или) побочных продуктов, которые экспрессируются в разных клеточных структурах или средах ферментационной матрицы: во внутримембранной или межмембранной среде, в надосадочной жидкости, в адсорбционном полимере или даже в системе нескольких фаз, например в эмульсии. Флокуляция используется, когда разные вещества необходимо разделить перед применением фильтрации или другого метода сбора. Применение флокуляции обеспечивает быстрое прохождение жидкости через фильтрационные установки. Кроме того, это эффективный и недорогой способ отделения клеточного материала от надосадочной жидкости.

Добыча нефти и газа В сточной воде может содержаться большое количество взвешенных частиц, которые очень долго осаждаются естественным путем. Флокуляция ускоряет осаждение, обеспечивает эффективное разделение твердых частиц и жидкости. Поскольку скорость очистки сточной воды возрастает, объем резервуара для ее хранения можно уменьшить, сократив тем самым влияние на окружающую среду.

Целлюлозно-бумажная промышленностьВолокна целлюлозы являются одним из основных видов сырья в бумажной промышленности, но для придания бумаге требуемых свойств нужны клей, пропитка и наполнители. Флокуляция является одним из важнейших этапов технологического процесса. С ее помощью волокна, наполнители и другие добавки соединяются таким образом, чтобы продукт быстро обезвоживался и мог быть произведен в большом объеме.

Добыча драгоценных металловВ потоке продукции часто содержатся различные металлы, которые необходимо разделить, чтобы получить чистый продукт. Селективное осаждение отдельных металлов обычно сопровождается флокуляцией и свободным осаждением для обеспечения быстрого отделения металла от оставшейся жидкости.

Основные группы

Чтобы процесс флокуляции прошел максимально эффективно, необходимо различать несколько основных групп действующих веществ. Все флокулянты делят по типу их заряда, что и определяет сферу их применения.

1. Анионный тип или положительно заряженный. Данная группа состоит из полимета акрилата натрия, чистого полиакрилата и других активных органических соединений.

   Такие флокулянты притягивают противоположные по заряду загрязнения, формируя прочные водородные связи. Применяются для устранения фосфорных соединений, для ускорения процесса осаждения и нейтрализации неорганических веществ.

2. Катионные флокулянты. Применяются для удаления положительно заряженных остатков органического происхождения. Это происходит за счет образования прочных молекулярных цепочек между анионами загрязняющих частиц и катионами полимера. Применяется для очистки вод промышленного назначения.
3. Неионогенные флокулянты. Являются нейтрально заряженными, поэтому их действие основано на формировании водородных связей. Водород, который входит в состав молекулы полимера, взаимодействует с атомами азота, кислорода или другими органическими составляющими, образуя плотное соединение.

   К длинному полимеру приклеиваются частицы коллоидного раствора. Нейтральные флокулянты имеют меньшую активность по сравнению с катионными и анионными, поэтому применяется для очистки слабозагрязненных вод.

Выбор того или иного флокулянта зависит от химического состава воды, который определяется путем лабораторного исследования.

Виды флотационных устройств

Можно выделить основные варианты:

• На жидкости создается пленочный слой, на который налипают нерастворимые элементы грязи.
• Пенистая – в жидкость нагнетают газы и пенообразующие реагенты. Газовые капсулы притягивают к себе и доставляют наверх нерастворимые вещества. Химикаты необходимы для устойчивости пенистой шапки, которая удаляется механически. Затем она сгущается и проходит фильтрацию.
• Маслянистая – капли масел стремятся вверх, забирая по пути взвеси. После этого масляный слой убирают и очищают.

Важно. Чаще всего в очистных комплексах используется принцип пенистой флотации. Этот вариант избавления от загрязняющих веществ наиболее эффективен

Этот вариант избавления от загрязняющих веществ наиболее эффективен.

Кроме того, оборудование классифицируется по виду образования воздушных капсул.

Механический тип

Флотационное оборудование простого типа — резервуары, в которых осуществляют перемешивание канализационных отходов лопастями.

Оборудование подходит для жидкостей с высоким количеством взвешенных загрязнений, склонных к пенообразованию.

Напорный

Самыми эффективными и наиболее распространенными являются флотационная установка с подачей газов в воду напорным способом. Его используют, если плотность взвесей сравнима плотности жидкости. В этом варианте мелкодисперсные загрязнения не выпадают в осадок.

Напорный флотатор

Основой данного метода является введение газов в воду под давлением в специальных емкостях. Затем водовоздушная смесь подается в резервуар со стоками. Из-за перепада давления происходит активное образование мелких газовых капсул.

Действие сил поверхностного натяжения закрепляет их к молекулам загрязнений. Образованный флотошлам всплывает на верх резервуара. Здесь он механически удаляется.

Принцип работы простейшей флотационной машины:

1. В смесительную камеру насоса поступают воздух и вода. Здесь выполняется растворение газа в жидкости. Остатки избыточного воздуха выпускается посредством клапана.
2. Водная смесь с воздушными капсулами по системе труб поступает в танк флотационной установки.
3. В эту емкость также заливают канализационные стоки, которые прошли предварительную очистку в отстойнике.
4. В резервуаре происходит сбор взвешенных загрязнений посредством капсул с газом.
5. Фотошлам собирается в верхней части емкости в виде пенного слоя, который убирается механически.

Практически чистая вода сливается из флотационного танка. Часть ее перенаправляется в насос для повторного смешивания с газом.

Электрический

Для выделения взвешенных загрязнений из канализационной массы также используют электрический ток.

Электрический флотатор

Принцип работы флотатора для очистки сточных вод электрического типа:

1. В резервуаре с загрязненной водой размещаются электроды.
2. После подачи напряжения молекулы воды разделяются на кислород и водород. На концах электрических стержней образуются капсулы с электролитическими газами.
3. Они поднимаются вверх, собирая частицы загрязнений.

Справка. При проведении электрической очистки стоков используется минимальное количество химических добавок.

Этот вариант достаточно эффективен при установке стержней из алюминия или железа. В качестве вспомогательных реагентов для образования устойчивых соединений взвесей грязи и капсул газа выступают ионы металлов.

Большим достоинством использования электроустановок является простая конструкция, не занимающая много места.

В составе такого оборудования отсутствуют емкости для реагентов и сатураторы. Но увеличиваются затраты на электроэнергию при очистных работах. Кроме того, требуется оборудование для вывода водорода.

Для введения в воду воздуха также используют различные материалы с пористой структурой. В некотором оборудовании производится выделение газа в результате реакций химического типа.

Как выбрать наилучший флокулянт?

Скрининг флокулянтов

Химические компании постоянно разрабатывают новые, инновационные флокулянты с улучшенными характеристиками. Однако не все флокулянты, как давно известные, так и вновь разработанные, подходят для любых систем частиц. Для каждой конкретной системы качество работы флокулянта необходимо проверить и подтвердить. Графики ParticleTrack показывают следующее:

С помощью технологий ParticleTrack и EasyViewer можно следить за эффективностью различных флокулянтов in situ и в режиме реального времени. Это позволяет ученым и инженерам принимать обоснованные решения по выбору флокулянта и оптимизации процесса флокуляции.

От чего зависит эффективность флотации для очистки воды (важные параметры)

На эффективность процесса флотации оказывает влияние целый ряд факторов. Так чем больше показатели гидрофобности частичек, тем лучше они взаимодействуют с пузырьками воздуха и флотационным комплексом. Но поскольку значительная часть примесей является гидрофильной, в стоки нужно добавлять специальные реагенты – они повышают гидрофобность загрязнителей.

Также пузырьки должны быть стойкими к разрушениям и достаточно крупными – в таком случае они смогут без проблем поднять загрязнители на поверхность воды. Но учтите, что слишком крупные пузырьки всплывают, не успев вступить в контакт с загрязняющими веществами. Очень важную роль в процессе флотационной очистки стоков играет общее число воздушных пузырьков и равномерность их распределения.

Помощь микроорганизмов и бактерий

Аэробные бактерии запускают процессы окисления и нитрификации. Для этого им нужен кислород. Микроорганизмы живут в диапазоне температур – от +9 до +28 градусов, рН – 5,0-7,0.

Группы бактерий:

• Псевдомонады – занимают 80% активного ила. Перерабатывают спирты, жирные кислоты, ароматические углеводороды, парафины и другие органические вещества.
• Нитрифицирующие – окисляют соединения азота.
• Серобактерии и тионовые бактерии – перерабатывают восстановленные соединения серы.
• Нитчатые – окисляют соединения углерода.
• Целлюлозоразлагающие – перерабатывают целлюлозное волокно.

В активном иле также встречаются:

1. дрожжи,
2. плесневые грибы,
3. простейшие,
4. коловратки,
5. малощетинковые кольчатые черви.

Анаэробные бактерии не нуждаются в кислороде. Они запускают процессы брожения, аноксигенного окисления и метанообразования.

Справка. Микроорганизмы выдерживают диапазон температур от +9 до +37 градусов, показатель рН находится в пределах от 6,0 до 8,0.

Группы анаэробных бактерий:

• Гидролитики – отвечают за первую стадию метаногенеза. Бактерии расщепляют белки, жиры, соединения целлюлозы, крахмала, обладают аммонифицирующей активностью. В результате образуется глицерин, жирные кислоты, аминокислоты, пептиды, моно- и дисахариды.
• Ацидогенные – отвечают за вторую стадию метаногенеза. С помощью бактерий происходит маслянокислое, ацетоно-бутиловое, пропионовое, спиртовое брожение. Перерабатываются промежуточные продукты гидролиза.
• Гетероацетогенные – отвечают за третью стадию метаногенеза. Бактерии переводят органические кислоты (масляную, пропионовую) в уксусную кислоту.
• Метаногенные – завершают анаэробную очистку. Микроорганизмы образуют биогаз, перерабатывая водород, углекислый и чадный газ, ацетат, метиламин, метанол.

Состав доминирующей микрофлоры зависит от характеристик стоков.