Реагентные методы очистки воды (коагуляция, флокуляция). Принципиальная технологическая схема реагентного умягчения воды.

Дать понятия: коагулянт, коагуляция: гетерокоагуляция и взаимная коагуляция, молекулярно-кинетическая, гравитационная и градиентная коагуляция; флокуляция, флокулянт, классификация флокулянтов. Описать технологическую схему. Остальное – на случай вопросов.

Коагуляция используется для очистки природных и промышленных сточных вод в основном от загрязняющих веществ, которые находятся в коллоидном взвешенном состоянии. Суть её заключается в том, что в воду добавляют вещества – коагулянты. Чаще всего – это соли алюминия и железа, а также их смеси, но можно использовать и соли других многовалентных катионов – магния, титана. Коагулянты – это соли сильных кислот и слабых щелочей. Они гидролизуются с образованием солей гидрооксидов, которые имеют развитую поверхность и которые сорбируют на ней различные примеси. При этом частички увеличиваются (коагулируют) и осаждаются вместе с коллоидными и взвешенными вещества.

Гидролиз сульфата алюминия, гидроксохлорида алюминия и хлорида железа можно представить в виде суммарных реакций:

Al₂(SO₄)₃ + 6HOH ↔ 2Al(OH)₃ + 3H₂SO₄ Al³⁺ : H⁺ = 1:3 (1)

2Al³⁺ + 6HOH ↔ 2Al(OH)₃ + 6H⁺

Al₂(OH)₅Cl + HOH ↔ 2Al(OH)₃ + HCl Al³⁺ : H⁺ = 1:0.5 (2)

[Al₂(OH)₅]⁺ + HOH ↔ 2Al(OH)₃ + H⁺

FeCl₃ + 3HOH ↔ Fe(OH)₃ + 3HCl Fe³⁺ : H⁺ = 1:3 (3)

Fe³⁺ + 3HOH ↔ Fe(OH)₃ + 3H⁺

В уравнении (2) приведена реакция гидролиза высокоосновного гидроксохлорида алюминия, который как коагулянт имеет ряд преимуществ перед сульфатом алюминия. Одним из них является то, что он имеет высокую коагулирующую способность в более широком интервале рН, так как при одинаковой дозе коагулянта выделяется меньшее количество протонов. Гидроксохлорид алюминия обеспечивает образование больших хлопьев, которые быстро осаждаются. Благодаря содержанию в своём составе хлорид-ионов, гидроксохлорид алюминия при гидролизе образует стойкие коагуляционные структуры, которые не разрушаются при перемешивании. Кроме того, хлориды снижают водоудерживающую способность частиц золя гидрооксида, что способствует коагуляции. Расход гидроксохлорида алюминия на 25...30% ниже при одинаковом эффекте очистки по сравнению с сульфатом алюминия. Следует отметить, что использование сульфата алюминия при высокой жесткости воды приводит к отложению сульфатов кальция и магния. Сульфат ионы связываются с катионами алюминия в стойкие комплексы, при этом происходит большой расход коагулянта.

1.Гетерокоагуляция и взаимная коагуляция

2. Молекулярно-кинетическая, гравитационная и градиентная коагуляция

3.Гидролиз коагулянтов

4.Влияние реакции среды и концентрации ионов на процесс коагуляции

1.Гетерокоагуляция и взаимная коагуляция

Реальные водные растворы, суспензии содержат коллоидные частицы с разными размерами и поверхностными потенциалами и являются полидисперсными системами. Эти воды являются гетерофазными системами, содержат несколько твердых или нерастворимых в воде редких фаз, которые характеризуются разными степенями дисперсности и поверхностными потенциалами частиц.

Коагуляция в таких гетерофазных полидисперсных системах называется гетерокоагуляцией.

Стабильность коллоидных систем зависит от соотношения сил межмолекулярного притяжения и сил электростатического взаимодействия.

Электростатические силы могут быть силами отталкивания, если знаки зарядов коллоидных частиц одинаковые, или силами притягивания - если знаки противоположные.

Если знаки зарядов коллоидных частиц одинаковые, а величины зарядов этих частиц разные, то стабильность коллоидной системы определяется величиной поверхностного потенциала частицы с меньшим значением заряда (с низшим поверхностным потенциалом).

На процесс гетерокоагуляции в значительной мере влияет энергия взаимодействия коллоидных частиц с растворителем. Если энергия взаимодействия незначительная, что характерно для большинства лиофобных золей, то основными силами, которые определяют стабильность систем, будут силы Ван-дер-Ваальса.

В том случае, если энергия взаимодействия коллоидных частиц с растворителем высока, именно она в значительной степени определяет стабильность коллоидных систем. При этом в данном растворе возможно изменение знака сил взаимодействия коллоидных частиц на противоположный. При одинаковых знаках зарядов и при высокой энергии взаимодействия с растворителем сила отталкивания может изменяться на силу притяжения. Такое бывает редко.

Одним из видов гетерокоагуляции является взаимная коагуляция. Взаимная коагуляция - это взаимодействие коллоидных частиц с противоположными знаками зарядов. В этом случае происходит быстрая коагуляция, так как и силы Ван-дер-Ваальса и электростатические силы направлены на притяжение частиц между собою.

Взаимная коагуляция, являющаяся отдельным процессом, состоит в агрегации разноименно заряженных частиц. Теория гетерокоагуляции создана Б.В.Дерягиным на основе общего подхода теории ДЛФО, то есть учета баланса сил притягивания и отталкивания между частичками. Основные выводы этой теории. Электростатические силы взаимодействия разноименно заряженных поверхностей изменяют знак и при всех расстояниях между частицами становятся силами притяжения. Последние прибавляются к силам молекулярного притяжения и служат причиной быстрой коагуляции при любых концентрациях электролита. Этот процесс широко применяют на практике для разрушения дисперсных систем, например, во время очищения воды.

Взаимная коагуляция наиболее эффективно проходит при равенстве зарядов и концентраций противоположно заряженных коллоидных частиц. Из-за отсутствия этого равенства процесс коагуляции проходит неэффективно или вообще не наступает. При большой разности в знаках зарядов частиц коагуляция остановится при образовании определенных конгломератов (агрегатов).