1. Влияние реакции среды и концентрации ионов на процесс коагуляции

Влияние коагулянтов на процесс осветления воды зависит от концентрации взвешенных веществ в воде.

Реальные природные и сточные воды редко содержат взвеси в таких больших концентрациях, чтобы эффективное осветление воды происходило лишь за счет отстаивания. В реальных природных водах их концентрация или обменная емкость взвеси на несколько порядков ниже значения 250 мг-экв/дм³. Поэтому, чаще всего, при очистке воды эффективность процесса определяется эффективностью коагуляции самого коагулянта. Этот процесс определяется стадиями гидролиза коагулянта и укрупнением хлопьев гидроксидов металлов.

Максимальная эффективная коагуляция золей гидроксидов металлов происходит при значениях потенциалов близких к нулю. Величина потенциала для гидроксидов металлов зависит от реакции среды. Из практики водоочистки определены оптимальные значения рн для разных коагулянтов, то есть при этих значениях рн достигается изоэлектрическая точка.

Название реагента	Оптимальное значение рН
	6,5...7,5
FeCI3	5...7
FeSO4	7...9

Кроме реакции среды на процесс коагуляции гидроксида металла влияет концентрация противоионов, а именно - анионов.

Как известно из теории ДЛФО, при повышении концентрации противоионов эффективность коагуляции возрастает. В реальных водах не желательно вносить большое количество индифферентного электролита, поскольку он является загрязнителем воды. Тем не менее, при невысоких дозах коагулянтов, уже при незначительных концентрациях противоионов, эффективность процесса может возрастать. На сегодня эти процессы довольно изучены и имеются диаграммы, которые связывают эффективность коагуляции с концентрацией разных анионов.

Из этих диаграмм видно, что при коагуляции гидроксидов железа и алюминия оптимальная концентрация для сульфат-ионов составляет 0,001...0,002 Н, для хлорид-ионов эта концентрация достигает 0,07 Н, для гидрокарбонат-ионов - 0,005 Н.

Не всегда высокие концентрации противоионов оказывают содействие эффективной коагуляции. При определенных условиях (при низких значениях рн и высоких концентрациях противоионов) могут получаться очень мелкие кристаллы, которые будут плохо отстаиваться.

В отдельных случаях является уместным использование смесей противоионов ( , ), оптимальные концентрации которых определяются по диаграммам.

Флокулянты

План

1. Классификация флокулянтов

2. Структура молекул флокулянтов и их состояние в водном растворе

3. Заряд макромолекул флокулянтов

1. Классификация флокулянтов

Флокулянты - высокомолекулярные соединения, которые используются для интенсификации процессов очистки воды и обезвоживания осадков.

Данные реагенты повышают эффективность укрупнения осадков, а также улучшают водоотдачу осадков за счет процессов флокуляции, то есть за счет укрупнения твердых частиц с помощью макромолекул флокулянтов.

Флокуляция получила практическое применение для отделения твердых частиц от жидкости в различных технологических процессах в 30-е годы. В настоящее время флокуляция широко используется в технологии очистки природных и сточных вод.

Флокулянты разделяют на:

-неорганические,

-органические природные и

-синтетические.

Неорганические флокулянты, чаще всего, представлены разными формами активированной кремниевой кислоты. Другие неорганические вещества редко используются как флокулянты.

АК представляет собой частично структурированный коллоидный раствор (золь) диоксида кремния и отвечает общей формуле xSiO₂*yH₂O. АК не является промышленным продуктом, ее приготовляют на месте применения. Сырьем служит силикат натрия (жидкое стекло) и активирующий агент – минеральные кислоты, хлор, диоксид углерода или серы, сульфат или оксихлорид алюминия, алюминат натрия и др.

АК является анионным полиэлектролитом и отрицательный заряд макроиона АК облегчает адсорбционное и адгезионное взаимодействие АК с положительно заряженными частицами.

Органические вещества, которые используются в качестве флокулянтов, могут быть природного происхождения или синтетические.

К природным флокулянтам относятся разнообразные полисахариды, такие как крахмалы, модифицированные целлюлозы, гуаровые смолы, хитозаны и т.п. вещества. Кроме полисахаридов из природных веществ как флокулянты используют лигносульфонаты, гуминовые кислоты, белки и др. вещества.

Растворимый в воде крахмал является смесью линейного полимера – амилозы и разветвленного полимера – амилопектина и относится к неионогенным флокулянтам. Флоккулирующая способность крахмала зависит от его молекулярной массы и содержания амилозы и амилопектина, которые определяются видом растения (например, картофель, кукуруза), из которого получен крахмал.

Декстрины получают кислотной обработкой крахмала при различных температурах, концентрациях кислоты и т.д. Получаемые анионные полиэлектролиты обладают значительной флоккулирующей способностью.

За рубежом выпускают флокулянты на основе крахмала: Виспрофлок 20, Виспрофлок 75, Флокгель, Азим и др.

Альгинат натрия – полиэлектролит анионного типа, получаемый из морских водорослей. Молекулярная масса 15-170 тыс. Применяют в Японии, Англии, США под названием: Велгум, Келкзоль, Келджин W.

Карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ) – полиэлектролит анионного типа, получаемый путем обработки щелочной целлюлозы хлоруксусной кислотой. В воде растворяется со степенью этерификации более 40%. Молекулярная масса 40-110 тыс. За рубежом КМЦ выпускается под названиями: Флокулес, СМС.

Гуаровые смолы получают из семян бобовых растений. Флокулянты на основе гуаровых смол – неионогенные полимеры. Выпускаются за рубежом под названиями: Джагуар WP, MRL, Суперзоль.

Чаще всего в процессах водоочистки и обработки гидрофильных осадков используют высокомолекулярные синтетические флокулянты. К ним относятся разнообразные полимерные вещества, растворимые в воде. Как правило, это вещества с молекулярной массой в.о. Чаще всего флокулянты представляют собою смеси молекул с разной массой, то есть они отличаются по степени полимеризации.

Полиакриламид (ПАА) получил наиболее широкое распространение. ПАА получают обработкой акрилонитрила 85% раствором серной кислоты с последующей полимеризацией акриламида. Выпускаемый ПАА имеет молекулярную массу (1-6)*10⁶, хорошо растворяется в воде. Концентрированные растворы ПАА представляют собой гелеобразную массу; разбавленные водные растворы имеют значительную вязкость. ПАА в присутствии кислот и щелочей частично гидролизуется с образованием акриловой кислоты и ее солей.

Любые флокулянты, в том числе и синтетические, разделяют на: катионные, анионные, амфотерные и неионогенные.

Катионные - флокулянты, в структуру которых входят катионные группы, чаще всего, это аминные —NН₂ или аммонийные группы (-NН₄) (полиэтиленимин, сополимеры винилпиридина, ВА-212 и др.). К ним относят полиамины, полиаммонийные соли, включая и пиридиновые соединения. Аминные или аммонийные группы могут быть включены непосредственно в полимерную цепь, а могут быть включены в побочные ответвления полимерной молекулы при введении функциональных групп путем модификации полимеров.

Анионные - флокулянты, в структуру которых включены анионные группы, такие как карбоксильные: — СООН, сульфоновые -SО₃Н, сульфатные =SO₄, фосфатные ≡РО₄ и т.п. группы (активная кремниевая кислота, полиакрилат натрия, альгинат натрия, лигносульфонаты и др.)). Чаще всего анионными флокулянтами являются поликарбоновые кислоты, полисульфаты и полисульфонати, фосфорированные полисахариды, карбоксицеллюлоза и т.п. вещества.

Амфотерные — полимеры, содержащие одновременно анионные и катионные группы: полиакриламид, белки и др.

При диссоциации полиэлектролитов (Полиэлектролиты, полимерные электролиты, т. е. полимеры, способные диссоциировать в растворах на ионы.) образуется сложный высокомолекулярный поливалентный ион и простой маловалентный ион. Флокулянты анионного типа дают сложный полимерный органический или неорганический анион, а флокулянты катионного типа – сложный полимерный органический катион. Флокулянты амфотерного типа в зависимости от рН среды диссоциируют по кислотному или основному механизмам.

Неионогенные - флокулянты, которые не содержат функциональных групп, способных к диссоциации в воде с образованием ионов. (полимеры, содержащие неионогенные группы: —ОН, >СО (крахмал, оксиэтилцеллюлоза, поливиниловый спирт, полиакрилонитрил и др.);) К неионогенным флокулянтам относятся полиспирты, полиамиды, полиэфиры.