36. Суть метода флокуляции для очистки сточных вод

Цель флокуляции – сформировать агрегаты или хлопья из тонко диспергированных и коллоидно устойчивых частиц.

Механизм действия флокулянтов основан на явлении адсорбции молекул флокулянта на поверхности коллоидных частиц; образование сетчатой структуры молекул флокулянта; слипании коллоидных частиц за счет сил Ван-дер-Ваальса. При действии флокулянтов между коллоидными частицами образуются трехмерные структуры, способные к более быстрому и полному отделению жидкой фазы. Причиной возникновения таких структур является адсорбция макромолекул флокулянта на нескольких частицах с образованием между ними полимерных мостиков.

 Таким образом, флокуляция  - это  процесс, при котором происходит  адсорбционное взаимодействие частицы загрязнений сточных вод с высокомолекулярными веществами (флокулянтами). При этом, в процессе флокуляции происходит процесс хлопьеобразования (при взаимодействии высокомолекулярных веществ с частицами, находящимися в очищаемой сточной воде), с образованием агрегатов (хлопьев, комплексов), имеющих трехмерную структуру.

Процесс адсорбции происходит в две стадии:

• сначала каждая макромолекула прикрепляется несколькими сегментами к одной частице (первичная адсорбция),

• затем свободные сегменты закрепляются на поверхности других частиц, связывая их полимерными мостиками (вторичная адсорбция).    

Возможны различные механизмы закрепления макромолекул флокулянтов на поверхности частиц:

Неионогенные полиэлектролиты закрепляются на частицах с помощью полярных групп (чаще всего гидроксильных) благодаря образованию водородных связей между водородом гидроксила и кислородом, азотом и другими атомами, находящимися на поверхности частиц.

Анионные флокулянты способны закрепляться на поверхности частиц не только с помощью водородных связей, но и благодаря химическому взаимодействию (хемосорбции) анионов с катионами, находящимися на поверхности частиц.

Катионные полиэлектролиты, помимо образования агрегатов по механизмам, аналогичным вышеизложенным, способствуют флокуляции благодаря нейтрализации отрицательного заряда частиц.

 Флокулянты представляют собой водорастворимые линейные полимеры, состоящие из большого числа групп.Для очистки сточных вод используют природные и синтетические флокулянты.К природным флокулянтам относятся крахмал, декстрин, эфиры целлюлозы и др. Активный диоксид кремния (xSiO₂ · уН₂O) является наиболее распространенным неорганическим флокулянтом. Из синтетических органических флокулянтов наибольшее применение получил полиакриламид (ПАА).

Добавление флокулянта в обрабатываемые сточные воды увеличивает скорость  возникновения и последующего осаждения возникающих при коагуляции хлопьев. При этом плотность осадка увеличивается, а действие веществ-коагулянтов становится эффективным в более широком диапазоне рН очищаемых сточных вод.

Если в обрабатываемых сточных водах содержится большое количество взвешенных частиц, то  их осаждение может быть обеспечено только при помощи флокулянтов, без использования реагентов для коагуляции.

 Скорость и эффективность процесса флокуляции зависят от состава сточных вод, их температуры, интенсивности перемешивания и последовательности введения коагулянтов и флокулянтов. Эффективность любого флокулянта рассчитывают по формуле

 где w_сф и w₀ - скорость осаждения сфлокулированного и несфлокулированного шлама, мм/с; q - расход флокулянта на 1 т твердого вещества, г.