Коагуляция (водоподготовка) - Coagulation (water treatment)

Процесс коагуляции-флокуляции в системе водоподготовки

При очистке воды коагуляционная флокуляция включает добавление соединений, которые способствуют слипанию мелких фракций в более крупные хлопья, чтобы их было легче отделить от воды. Коагуляция - это химический процесс, который включает нейтрализацию заряда, тогда как флокуляция - это физический процесс, который не включает нейтрализацию заряда. Процесс коагуляции-флокуляции может использоваться как предварительный или промежуточный этап между другими процессами очистки воды или сточных вод, такими как фильтрация и осаждение . Соли железа и алюминия являются наиболее широко используемыми коагулянтами, но также было обнаружено, что соли других металлов, таких как титан и цирконий , также очень эффективны.

Факторы

На коагуляцию влияет тип используемого коагулянта, его доза и масса; pH и начальная мутность обрабатываемой воды; и свойства присутствующих загрязнителей. На эффективность процесса коагуляции также влияет предварительная обработка, такая как окисление .

Механизм

В коллоидной суспензии частицы будут оседать очень медленно или совсем не оседать, потому что коллоидные частицы несут поверхностные электрические заряды, которые взаимно отталкиваются друг от друга. Этот поверхностный заряд обычно оценивается с точки зрения дзета-потенциала , электрического потенциала в плоскости скольжения. Чтобы вызвать коагуляцию, в воду добавляют коагулянт (обычно соль металла) с противоположным зарядом, чтобы преодолеть отталкивающий заряд и «дестабилизировать» суспензию. Например, коллоидные частицы заряжены отрицательно, и квасцы добавляются в качестве коагулянта для создания положительно заряженных ионов. Как только отталкивающие заряды нейтрализованы (поскольку противоположные заряды притягиваются), сила Ван-дер-Ваальса заставит частицы слипаться (агломерировать) и образовывать микрочастицы.

Определение дозы коагулянта

Баночный тест

Баночный тест на коагуляцию

Дозу используемого коагулянта можно определить с помощью теста в банке. Испытание в сосуде включает в себя воздействие на образцы воды одного и того же объема различными дозами коагулянта с последующим одновременным перемешиванием образцов с постоянным быстрым временем перемешивания. Микрофлок, образовавшийся после коагуляции, далее подвергается флокуляции, и ему дают осесть. Затем измеряется мутность образцов, и доза с наименьшей мутностью считается оптимальной.

Микромасштабные испытания на обезвоживание

Несмотря на его широкое использование при проведении так называемых «экспериментов по обезвоживанию», испытание в банке ограничено в своей полезности из-за ряда недостатков. Например, для оценки эффективности предполагаемых коагулянтов или флокулянтов требуются как значительные объемы проб воды / сточных вод (литры), так и время эксперимента (часы). Это ограничивает объем экспериментов, которые можно проводить, включая добавление повторов. Более того, анализ тестовых экспериментов с банками дает результаты, которые часто являются лишь полуколичественными. В сочетании с широким спектром существующих химических коагулянтов и флокулянтов было отмечено, что определение наиболее подходящего обезвоживающего агента, а также оптимальной дозы «широко считается скорее« искусством », чем« наукой »». Таким образом, тесты эффективности обезвоживания, такие как испытание в сосуде, хорошо поддаются миниатюризации. Например, тест микромасштабной флокуляции, разработанный LaRue et al. уменьшает масштаб обычных тестов в сосуде до размера стандартного многолуночного микропланшета , что дает преимущества, связанные с уменьшенным объемом образца и повышенным распараллеливанием; этот метод также подходит для количественных показателей обезвоживания, таких как время капиллярного всасывания .

Детектор потокового тока

Автоматизированным устройством для определения дозы коагулянта является детектор потокового тока (SCD). SCD измеряет чистый поверхностный заряд частиц и показывает значение нулевого тока потока, когда заряды нейтрализованы ( катионные коагулянты нейтрализуют анионные коллоиды ). При этом значении (0) доза коагулянта может считаться оптимальной.

Баночный тест: смешивание разных доз коагулянта с образцами воды, подлежащей обработке.

Ограничения

Сама коагуляция приводит к образованию хлопьев, но флокуляция необходима, чтобы способствовать дальнейшему агрегированию и осаждению хлопьев. Сам процесс коагуляции-флокуляции удаляет только около 60% -70% природных органических веществ (NOM), и, следовательно, для полной очистки сырой воды или сточных вод необходимы другие процессы, такие как окисление, фильтрация и осаждение . Вспомогательные коагулянты (полимеры, соединяющие коллоиды) также часто используются для повышения эффективности процесса.

Смотрите также

Рекомендации