Взаимная коагуляция коллоидов

В связи с тем, что электролитная коагуляция практически не применяется (т.к. происходит засоление воды) наиболее часто применяют взаимную коагуляцию коллоидов. Для этого в обрабатываемую воду вводят соли многовалентного Меⁿ⁺(Al³⁺ или Fe³⁺). В нейтральной среде эти растворы являются коллоидными и заряд коллоидных частиц является «+».

В результате взаимодействии отрицательно заряженных коллоидных примесей воды и «+» гидроксидов Fe или Al происходит взаимная нейтрализация разноимённо-заряженных коллоидов, что приводит к укрупнению разнородных частиц.

Требования к качеству коагулянта:

• должны образовывать гидроксильный осадок;

• дешёвый.

Взаимная коагуляция коллоидов имеет важные особенности, которые заключаются в следующем:

При коагуляции природных вод - в этом процессе участвуют совместно вещества различной природы:

• взв. вещества;

• колл. орг. вещества;

• коллоиды гидроксидов Al и Fe.

Какие же это особенности:

Так, max сила отталкивания, которая возникает между одноимённо заряженными разнородными частицами, зависит от заряда частицы, заряженной слабее.

Т.е если заряд коллоидной частицы гидроксида Al или Fe очень мал (+) или =0, то частицы взвеси природной воды, имеющие, допустим, высокий заряд могут слипаться с частицами гидроксида, хотя между собой частицы взвеси не взаимодействуют (благодаря эл. статическому столкновению одноимённых зарядов).

При этом коллоидные частицы гидроксидов Ме не только взаимодействуют с примесями природных вод, но и между собой, т.к. заряд не большой.

Механизм процесса

1. При введении раствора коагулянта в обрабатываемую воду (Al или Fe)сначала происходит его диссоциация на ионы:

Al₂(SO₄)₃ ^→_← 2Al³⁺ + 3SO₄^2-

Fe

2. далее ионы Ме³⁺ начинают принимать участие в обменной адсорбции катионов, катионов природной воды (Na, K) на Ме³⁺ и внедрение последних, т.е. (Al³⁺, Fe³⁺) в адсорбционный и диффузионные слои коллоидных частиц. При этом происходит сжатие диффузионного слоя, уменьшение ζ, и нарушение агрегативной устойчивости взвеси. Следует отметить, что обменная адсорбция катионов протекает очень быстро. После этого обменная способность коллоидных частиц исчерпывается и устанавливается равновесие между катионами раствора и катионами, находящимися в адсорбционном слое.

3. Начинается гидролиз избытка коагулянта: при этом Al³⁺ начинает в первую очередь взаимодействовать с ионами, обусловливающими щёлочность природной воды, а именно с карбонат и гидрокарбонат ионами НСО₃^- и СО₃^2-:

Al³⁺+ 3HCO₃^- → Al(OH)₃↓ + 3CO₂↑

Al³⁺+ 3OHCO₂ → Al(OH)₃↓ + 3CO₂↑

2Al³⁺+ 3CO₃^2- + 3H₂O → 2Al(OH)₃↓ + 3CO₂↑

↓

2Al³⁺+ 3(OHOH ∙ CO₂^2-) → 2Al(OH)₃↓ + 3CO₂↑

Если используется железный корпус, то после образования Fe(OH)₂ последний переходит в Fe(OH)₃ под действием О₂ (воздуха, или специально вводимого окислителя).

Fe²⁺ + 2HCO₃^- → Fe(OH)₂↓ + 2CO₂↑

↓

Fe²⁺ + CO₃^2- + H₂O → Fe(OH)₂↓ + CO₂↑

↓

4Fe(OH)₂ + O₂ + 2H₂O → 4Fe(OH)₃↓

↓

Кроме выше приведённых реакций могут идти и следующие (гидролиз):

Al³⁺ + 3H₂O → Al(OH)₃↓ + 3Н⁺

↓

Al³⁺+ SO₄^2- + H₂O → Al(OH)SO₄ + H⁺

↓

Al³⁺+ SO₄^2- + HOH → Al(OH)SO₄ + H⁺

↓

2Al³⁺+ SO₄^2- + 4H₂O → Al₂(OH)₄SO₄ + 4H⁺

2Al³⁺+ SO₄^2- + 4HOH → Al₂(OH)₄SO₄ + 4H⁺

Выделяющиеся Н⁺ в процессе гидролиза также могут взаимодействовать с ионами щёлочности природной воды:

Н⁺ + НСО₃^- → Н₂О + СО₂↑

2Н⁺ + СО₃^2- → Н₂О + СО₂↑

Н⁺ + ОН^- → Н₂О

Какие выводы можно сделать из всех выше приведённых реакций:

• Выделяющиеся Н⁺ ионы и СО₂ уменьшают рН обрабатываемой воды и сдвигают реакцию образования гидроксидов Ме³⁺ в обратную сторону.

Таким образом, для улучшения процесса коагуляции необходимо:

1. Связывать выделяющиеся ионы Н⁺ (если не хватает природной щёлочности т.е. ионов НСО₃^- и СО₃^2-) искусственно вводимыми в обрабатываемую воду реагентами. И в, частности, лучше всего для этих целей подходит известь (Са(ОН)₂). Кроме извести в воду может быть добавлена сода (N a₂CO₃), но соду добавлять не желательно. Т.к. именно в этом случае в воде появляется дополнительное количество СО₂ (которая, как указывалась ранее, сдвигает образование гидроксидов в обратную сторону).

А при использовании извести идёт в ионной форме проходит реакция:

Н⁺ + ОН^- → Н₂О

На практике чаще всего использую известь ещё и потому, что известь, кроме прямого своего назначения - подщелачивать воду, является ещё и электролитом. И при её добавлении в воду имеет место наряду с взвешенной коагуляцией электролитная.

А не растворимая часть извести ( в товарном продукте нерастворимой части доходит до 70%) действует как механический сорбент.

Однако необходимо отметить, что коагулирующее действие коллоидов является более эффективным, т.к., например, коагуляция только за счёт электролита в воде с малой щёлочностью и высокой цветностью практически не происходит.

2. Для улучшения процесса коагуляции, как следует из выше приведён- ных реакций необходимо удалять СО₂. Это осуществляют на практике продувкой сжатого воздуха через обрабатываемую воду (физ. методы удаления из воды растворённых газов).

3. Необходимо строго следить за поддержанием оптимального значения рН обрабатываемой воды.