2.2. Факторы, влияющие на процесс коагуляции

1. рН (особенно для Аl₂(SО₄)₃)

Для полного гидролиза Аl₂(SО₄)₃ необходимо рН = 5,5 – 7,5.

Если рН меньше 5,5 (кислая среда), то равновесие реакции гидролиза смещено влево.

Если рН больше 7,5, то Аl(ОН)₃ начинает вести себя как кислота:

Аl(ОН)₃ + ОН^- АlО₂^- + 2Н₂О

алюминат – ион

Fе(ОН)₃ – не амфотерен, образуется при рН = 6 – 6,5 и может быть использован в щелочной среде. Это обусловливает использование именно FеSО₄ при совмещении процессов коагуляции и известкования.

2. Температура: оптимальная температура для процесса коагуляции – 25 – 30⁰С. При низких температурах происходит вялая коагуляция, причинами которой являются замедленное тепловое движение молекул, повышенная вязкость среды, уменьшение числа взаимных столкновений.

3. Солевой состав – особенно характер присутствующих в воде анионов. Влияние анионов проявляется в том, что с некоторыми из них положительно заряженные частицы АlОН²⁺, Аl(ОН)₂⁺ , FеОН⁺ образуют трудно растворимые осадки. Вследствие этого концентрация этих частиц снижается, что, с одной стороны, смещает равновесие реакций гидролиза вправо, а с другой стороны, может привести к снижению процесса коагуляции.

Наименее растворимые соли дают SО₄ – ионы, соли Сl^- – ионов более растворимы, НСО^- - осадков не образуют.

4. Доза коагулянта зависит от физико-химических свойств примесей воды, температуры и способа осуществления коагуляции. Определяется опытным путем.

Проводится ряд экспериментов.

1. при определенной температуре и заданной рН в 5 – 6 колбах помещают разные количества коагулянта; через 10 минут оценивают эффективность хлопьеобразования.

2. при оптимальной дозе коагулянта устанавливают оптимальное значение рН.

3. в третьей серии опытов определяют дозу флокулянта при оптимальных дозах коагулянта и значении рН.

Обычно = 0,5 – 1,2 мг-экв/кг

= 0,1 – 5,5 мг-экв/кг

2.3 Флокуляция

Процесс флокуляции применяется для интенсификации процессов хлопьебразования и осаждения.

Флокуляция – процесс агрегации частиц за счет их адсорбционного взаимодействия с флокулянтами.

Флокулянты – это вещества, ускоряющие слипание агрегативно неустойчивых частиц в обрабатываемой воде, интенсифицирующие процесс образования хлопьев и увеличивающие их размеры. Сорбируясь частицами осадка, флокулянты как бы «сшивают» их и образуют сетчатую структуру, способствуя образованию крупных флокул, более тяжелых и оседающих быстрее.

Флокулянты:

а) природные:

• неорганические (Н₂SiО₃)

• органические (крахмал, карбоксилметилцеллюлоза)

б) синтетические высокомолекулярные флокулянты (ВМФ) – органические полимеры или сополимеры с разнообразными функциональными группами.

Синтетические ВМФ подразделяют на неионные, катионные и анионные соединения.

К неионным флокулянтам относится полиоксиэтилен (ПЭО), состав его элементарного звена: СН₂ – СН₂ – О – (М = 4 · 10⁴ – 5 · 10⁷).

Преимущество – индифферентность к рН раствора; недостаток – малая прочность флоккул и легкая разрушаемость при интенсивном перемешивании.

Анионные флокулянты.

Наиболее известен полиакриламид (ПАА) – полимер акриламида:

(М = 1-6 · 10⁶)

П АА гидролизуется водой, щелочами и кислотами с образованием акриловой кислоты и ее солей. Щелочной гидролиз протекает по схеме:

При этом образуются карбоксильные группы, придающие молекулам ПАА отрицательный заряд.

П олистиролсульфокислота – сильнокислотный анионный полиэлектролит:

Катионные флокулянты.

Полиэтиленимин (ПЭИ) – состоит из звеньев двух типов:

– СН₂ – СН₂ – NH –

(М = 4-11 · 10⁴)

Полиэлектролит ВА – 2 (соли на основе поливинилтолуола). Сам вызывает коагуляцию отрицательно заряженных частиц (даже без добавления коагулянта).

Эффективность флокуляции зависит от продолжительности и интенсивности перемешивания.

Кратковременное и не очень интенсивное перемешивание способствует соединению макромолекулярных частиц дисперсной фазы, в результате чего образуются флокулы, длительное и интенсивное перемешивание вызывает сжатие флокул.

Для водоочистки более перспективными являются катионные флокулянты:

• они эффективнее, чем анионные и неионные;

• не требуют корректировки рН обрабатываемой воды и сами не изменяют ее рН;

• не требуют дополнительного введения электролитов;

• при обработке образуют более плотный осадок с невысокой влажностью.

Доза флокулянта подбирается экспериментально в зависимости от химического состава воды, концентрации органических веществ, рН, температуры, концентрации ГДП в воде. Обычно доза флокулянта – 0,1-0,2 мг/дм³

Выводы:

1. Процесс коагуляции происходит в результате нарушения агрегативной устойчивости коллоидной системы.

2. Способы нарушения агрегативной устойчивости – добавление электролитов и взаимная коагуляция.

3. На процесс коагуляции влияют рН, температура, солевой состав и доза коагулянта.

4. Для интенсификации хлопьеобразования при коагуляции применяют флокулянты.

5. Наиболее эффективными являются катионные флокулянты.