Улучшение качества воды.

12) Коагуляционная водообработка. Физическая, электрокинетическая и химическая сущность коагуляции примесей природных вод.

В любой природной воде, промышленных или бытовых сточных водах, как правило содержится некоторое количество примесей, как полезных так и вредных веществ. Полезные вещества мы рассматривать не будем остановимся на вредных. Как правило такие вещества находятся в воде в растворенном состоянии и/или в нерастворенном виде. Нерастворимые в воде частицы подразделяют на взвеси и коллоиды. Взвеси - присутствующие в воде вещества, размер частиц которых позволяет им оседать под действием силы тяжести. Такие примеси удаляются в процессе грубой фильтрации или отстаиванием. Другое дело с коллоидами. Ниже в таблице приведены различные типы коллоидных систем. Размер коллоидных частиц дисперсной фазы составляет 10–9–10–7 м, т.е. лежит в интервале от нанометров до долей микрометров. Эта область превосходит размер типичной малой молекулы, но меньше размера объекта, видимого в обычном оптическом микроскопе. То есть такие загрязнения невозможно удалить методом обычной фильтрации

Для того чтобы очистить воду от взвешенных в ней коллоидных частиц необходимо как то разрушить равновесие, убрать силы не дающие частицам осесть. В этом нам помогают процессы коагуляции и флокуляции.

Что такое коагуляция?

Коагуляция (от лат. Coagulatio - свёртывание, сгущение), слипание частиц коллоидной системы при их столкновениях в процессе теплового (броуновского) движения, перемешивания или направленного перемещения во внешнем силовом поле. В результате коагуляции. образуются агрегаты - более крупные (вторичные) частицы, состоящие из скопления более мелких (первичных). Первичные частицы в таких скоплениях соединены силами межмолекулярного взаимодействия непосредственно или через прослойку окружающей (дисперсионной) среды. Коагуляция сопровождается прогрессирующим укрупнением частиц (увеличением размера и массы агрегатов) и уменьшением их числа в объёме дисперсионной среды - жидкости или газа.

Различают быструю и медленную коагуляцию. При быстрой коагуляции. почти каждое соударение частиц эффективно, т. е. приводит к их соединению; при медленной К. соединяется часть сталкивающихся частиц. В жидкой среде, например при коагуляция. золей, укрупнение частиц до известного предела (приблизительно до размера 10-4 см) не сопровождается их оседанием или всплыванием. Дальнейший рост частиц приводит к образованию сгустков или хлопьев (флокул), выпадающих в осадок (коагулят, коагель) или скапливающихся в виде сливок у поверхности.

Коагуляция. - самопроизвольный процесс, который, в соответствии с законами термодинамики, является следствием стремления системы перейти в состояние с более низкой свободной энергией. Однако такой переход затруднен, а иногда практически невозможен, если система агрегативно устойчива, т. е. способна противостоять укрупнению (агрегированию) частиц. Защитой от К. при этом может быть электрический заряд и (или) адсорбционно-сольватный слой на поверхности частиц, препятствующий их сближению (подробнее см. Коллоидные системы). Нарушить агрегативную устойчивость можно, например, повышением температуры (термокоагуляция), перемешиванием или встряхиванием, введением коагулирующих веществ (коагулянтов) и др. видами внешнего воздействия на систему. Минимальная концентрация введенного вещества, электролита или неэлектролита, вызывающая К. в системе с жидкой дисперсионной средой, называется порогом коагуляции. Иногда коагуляция. обратима; в благоприятных условиях, особенно при введении поверхностно-активных веществ, понижающих поверхностную межфазную энергию и облегчающих диспергирование, возможен распад агрегатов на первичные частицы (пептизация) и переход коагеля в золь.

Коагуляция играет важную роль во многих технологических, биологических, атмосферных и геологических процессах. Так, при нагревании биополимеров (белков, нуклеиновых кислот) и при некоторых др. воздействиях на них, например изменении pH, наблюдается их К. Явления К. во многих биологических дисперсных системах (например, крови, лимфе) важны в связи с вопросами их агрегативной устойчивости. Очистка природных и сточных вод от высокодисперсных механических примесей, борьба с загрязнением воздушного пространства аэрозолями, выделение каучука из латекса, получение сливочного масла и др. пищевых продуктов - характерные примеры использования коагуляции в практических целях.

Коагуляция примесей воды - это процесс укрупнения мельчайших коллоидных и диспергированных частиц, происходящий вследствие их взаимного слипания под действием сил молекулярного притяжения.

Коагуляция завершается образованием видимых невооруженным глазом агрегатов - хлопьев и отделением их от жидкой среды.

При добавлении воде коагулянта первоначально формируются хлопья (в виде цепочек) из одного реагента, так как обычно в природных водах условия для его коагулирования более благоприятные, чем для примесей воды. На поверхности сформировавшихся хлопьев коагулянта адсорбируются примеси воды.

В свою очередь цепочки коагулянта могут прилипать к поверхности крупных примесей. В конечном счете образуются хлопья, при осаждении которых достигается осветление и обсцвечивание воды. Кроме того, на поверхности хлопьев могут адсорбироваться растворенные органические вещества, обусловливающие привкусы и запахи воды, чем достигается определенная ее дезодорация.

Цветность и мутность воды не устраняется естественным путем, т.к. коллоидные частицы в неочищенной воде несут отрицательный поверхностный заряд, который вызывает их отталкивание и препятствует агломерации.

Правильное использование коагулянта нейтрализует этот заряд и вызывает образование небольших хлопьев.

На скорость коагуляции в значительной степени влияют характер и концентрация коллоидов и температура неочищенной воды.

Теплая мутная вода коагулирует в течение секунд, тогда как для коагуляции холодной, но не очень мутной воды может потребоваться 7-10 минут.

После коагуляции вводится флокулянт с целью увеличения размера хлопьев, и тем самым, интенсификации отделения загрязнений путем осветления и фильтрации.