bază fizico-chimică a procesului de floculare - studopediya

Sub formarea floc flocularea înțeleasă a două sisteme coloidale distincte. Volumul Introducerea floculantilor în ape uzate în suspensie și particulele coloidale conduce la un proces de accelerare a floculare și sedimentare, densitatea crește precipitații.

Procese floculare și stabilizarea observată în sisteme foarte diferite grade de dispersie care variază de la soluții coloidale cu dimensiunea particulelor de aproximativ 0,1 microni și se termină suspensii grosiere, nămoluri industriale și solului agregatelor cu dimensiunea particulelor de 100 microni, o gamă largă de concentrații ale fazei solide de la 0,001 până la 15-30%.

Proprietățile floculare sunt compuși cu greutate moleculară mare (BMC). De obicei, atunci când mici cantități de al doilea război mondial este un proces de floculare, și la mare - stabilizare.

proces floculare include trei etape: adsorbție; formarea structurii mostikopodobnoy; floculare direct. flocculants adsorbtie dispersa particulele de fază se poate produce prin interacțiune electrostatică sau chimică, schimb de ioni, de forțele van der Waals.

Mecanismul de acțiune al floculantilor este adsorbția lor pe mai multe particule pentru a forma punți de polimer, legarea particulelor împreună. Macromoleculele floculare, care leagă un număr mare de particule coagulate forma mare de cereale în creștere rapidă.

Flocularea procedează în mod eficient la un anumit raport între mărimea particulelor coloidale și macromolecule de rășini precum și la o conformație specifică a moleculelor de polimer și lungimea lanțului său. Cu o diferență mare în dimensiune a particulelor coloidale și macromoleculele floculare polimer devine imposibilă datorită probabilitatea scăzută de formare a punților de polimer. Macromolecule mici dimensiuni sunt adsorbite numai pe o singură particulă mare, nu formează punți de polimer și nu se leagă particulele împreună.

Pentru floculare procesează viteză tipică a formării agregatelor atunci când sunt administrate doze de polimer relativ scăzute. Flocularea se termină practic în timpul amestecării soluției coloidale sau suspensia de polimer.

În funcție de compoziția chimică a impurităților îndepărtate și starea lor fizică și chimică precum sarcina posibile cazuri de coagulanti si floculanti singure sau în combinație. impurități mecanice sunt îndepărtate cu succes în utilizarea unui floculant. Un exemplu de utilizare combinată a ambelor tipuri de reactivi pot fi apă potabilă. Floculant promovează coarsening fazei solide în fulgi și sedimentare rapidă a acesteia din urmă.

Adăugarea de doze mici de floculanți înainte de decantare iazuri sau limpezitori se intensifică și îmbunătățește performanța ca aceste structuri și filtre. Pentru a îmbunătăți procesul de filtrare flocculants se adaugă imediat înainte de sosirea apei la filtre sau decantoare de contact.

Pe decantoarelor contact și filtrelor utilizează floculanti ajută prelungi timpul sarcinii acțiunii protectoare, îmbunătățirea calității filtratului și a ratei de filtrare crește reducere relativă a consumului de apă de spălare.

Utilizarea floculantilor pentru operarea stațiilor de tratare a apei permite creșterea productivității structurilor individuale și stația ca un întreg. În timpul inundațiilor, temperatura scăzută a apei și altele. Atunci când mijloacele tehnologice oferă un standard de calitate a apei numai la o productivitate scăzută, utilizarea floculantilor, permite menținerea structurilor de performanță dorite.

Floculantilor aparțin clasei de polimeri liniari, care sunt caracterizate printr-o formă de macromolecule înlănțuite. Masa molară a floculantilor în intervalul de la zeci de mii la mai multe milioane, lungimea lanțului de sute de mii de angstromi.

Macromolecule pot fi ionizate în apă sau în stări disociate.

Prin urmare, coagulanților sunt împărțite:

· Polielectrolit (, flocculants și polyampholytes cationice anionici).

Macromolecule flocculants în apă ia forme diferite în funcție de structura chimică, greutatea moleculară, conținutul grupului polar cationii trivalenți de apă mici și anioni, orientarea și distanța reciprocă între macromolecule.

Mărimea macromolecule depinde de numărul de grupări disociate (de exemplu, prezența de electroliți puternici KCl, Na2 SO4 - promovează formarea mai multor macromoleculelor compacte).

Creșterea pH-ului rezultat în comprimarea macromolecule anionici și pentru a crește mărimea moleculelor floculant cationic.

În coagulanților stare solidă sunt materiale amorfe sau cristaline.

Dizolvarea substanțelor macromoleculare în apă este lentă. Inițial, este umflarea polimerului, și apoi formarea unei soluții omogene de interdifuzie a macromoleculelor polimeri si molecule de apa. Aceste procese pot fi accelerate prin încălzire și intensă, pentru a se evita agitarea degradării.

Pentru polielectroliți includ polimeri care au în moleculă o grupă având proprietăți acide sau bazice: -COOH; -SO2 OH; -PO (OH) 2; = NH; -NR2; NR3 OH; -NHR2 OH și colab., În funcție de natura acestor grupări polielectroliți sunt acizi sau baze puternice sau slabe și sărurile acestora.

Ca floculanti pentru apele naturale și deșeuri din vopsele și particulele coloidale sunt polielectroliți anionici care conțin o grupare -COOH, -SO3 H, -OH, (acid silicic activ, poliacrilat de sodiu, fiind lignosulfonații, poliacrilamidă, Praestol - greutate moleculară de compuși pe bază de poliacrilamidă o înaltă etc. .), cationic conținând -NH2-polimer grupe. = NH (polietilenimină, copolimeri vinilpiridină), amfoter conținând grupări cationice și anionici (poliacrilamide hidrolizate).

flocculants anionice poate fi fixat pe suprafața particulei prin legarea hidrogenului și interacțiunea chimică a anionilor cu cationii prezenți la suprafața particulei. polielectroliți cationici poate fi asigurată, datorită pentru a neutraliza sarcina negativa a particulelor.

La floculare proces afectează masa molară floculant. Deoarece dimensiunea crește numărul de segmente macromoleculelor capabile de adsorbție pe particule. Aceasta conduce la formarea de agregate mai mari. Cu toate acestea, o creștere semnificativă a masei molare conduce la împiedicarea sterică și reducerea eficienței procesului.

Principalele tipuri de floculanți industriale:

Acidul silicic activ (AA) - tip polielectrolit anionic obținut prin condensarea acizilor silicici cu greutate moleculară mică sau sărurile lor cu solubilitate redusă.

Gradul de polimerizare al macromoleculelor (dimensiunea particulelor) ale proprietăților active ale soluțiilor de acid AK silicici depind de metodele de preparare, durata și condițiile de soluții de stocare și de alți factori.

In cele mai multe cazuri, materiile prime pentru AK este silicatului de sodiu - soluție apoasă de silicat de sodiu conținând 22,9-39% SiO2 și 8,6-14,6% Na2 O. Compoziția de silicat de sodiu este exprimat prin formula Na2 O · m SiO2 · n H2O , raportul molar SiO2 / Na2 O silicat numit modul (M). Se recomandă să se utilizeze sticlă lichid cu M> 2.9. Pentru AK a propus utilizarea de silicat de calciu și trisilicat de magneziu.

Pentru descompunerea silicat de sodiu, folosind acizi minerali (CI1, H2 SO4, etc.)., Dioxid de carbon și sulf (CO2. SO2), săruri ale acidului (NaHSO4. NaHSO3. NaHCO3), precum și pentru formarea sărurilor de hidroliză acidă [Na2 SiF6. Al2 (SO4) 3. A1CI3. FeCl3. FeSO4. (NH4) 2 SO4, etc.]. Descompunerea activator de silicat de sodiu poate fi utilizat cu succes, rășini clor schimbătoare de ioni; Se promovează descompunerea și electroliza.

Prepararea AK constă din trei etape: 1) o descompunere de silicat de sodiu cu silicați de alocare (activare silicatului de sodiu), 2) polimerizarea (policondensare) silicați wi-mations produse de înaltă greutate moleculară mare (activ Acid maturizării cremă și magneziu) și 3) diluarea activă rezultată acid silicic pentru a preveni polimerizarea în continuare și gelificarea.

Ca rezultat al descompunerii sunt neutralizate soluție de silicat și reducerea pH-ului la 5-8 m. E. īmplinit condițiile în care reacția de policondensare cu silicea să conducă procedura viteză mai mare. Această reacție poate fi prezentată după cum urmează:

Rata acestei reacții crește pe măsură ce concentrația de acid silicic (concentrația sticlei lichid este de obicei 1.5-2%), conținutul unor ioni (Ca2 + Mg 2+ 3+ Fe ..) și a temperaturii; Este o funcție complicată a pH-ului soluției. sol de silice maturată diluat cu apă la un SiO2 0,5-0,75% și utilizat ca soluție de lucru timp de 8-10 ore. Maturarea AK Durata depinde de valoarea concentrației și pH-ul soluției de apă de sticlă, după adăugarea reactivului. In general, cu creșterea concentrațiilor de SiO2 și scăderea pH-ului (pH> 7) timpul necesar pentru pregătirea AA este redusă.

Mecanismul de acțiune AA este în interacțiune cu particulele coloidale încărcate pozitiv sau particulele coloidale coagulant și crearea de centre suplimentare pentru a forma fulgi. Pentru a continua cu succes heterocoagulation coloizi ar trebui să fie luate într-o proporție de a oferi o neutralizare mai mult sau mai puțin completă a taxei particulelor.

Sa stabilit experimental că formarea mai rapidă și floculare gel se efectuează la pH = 5,5. Prezența electroliților în apă - și unul cloruri și sulfați metalici bivalenți (.. Fe3 + Ca2 + Mg 2+) accelerează coagularea particulelor coloidale de acid silicic. Doza AK de 2-3 mg / l.

Eficacitatea unei acțiuni AK floculare afectează concentrația de silicat de sodiu, gradul de neutralizare, durata de maturare și depozitare a soluțiilor rezultate.

Solutii de stocare AK mai mult de 7-8 zile nu este recomandată.

flocculants poliacrilamidice (PAA) - polimeri pe bază de acrilamidă CH2 = SNSONN2.

poliacrilamidă tehnică (PAA) produs sub forma unui gel de var sau amoniac (TU 6.01-1049-80). PAA este un gel limpede, vâscos, galben-verde conținând 4 până la 9% produs activ - un polimer, o macromoleculă care este compus din unități de acrilamidă și săruri ale acidului acrilic. Acesta conține, ca impurități, gips sau de sulfat de amoniu și o anumită cantitate de monomer. În aer liber de PAA umezeala se evaporă și se transformă într-o placă subțire, fragil.

PAA - substanță toxică scăzută. MPC polimer 2 mg / l; la doze mai mari de 3 mg / l PAA face aroma subastrigent apa.

Poliacrilamidă se solidifică la temperaturi sub 273 K, de aceea este recomandat să păstrați la temperaturi pozitive in vase inchise. Prin adăugarea PAA la apă brusc crește vâscozitatea datorită legăturilor de hidrogen între grupările amidice ale polimerului (-NH2) și hidroxizi de oxigen-metal. Aceasta explică puterea fulgilor rezultate.

Poliacrilamidă este stabil termic atunci când este încălzit la 120-130 C. pornire degradarea polimerului la temperaturi mai mari, eliberarea de amoniac, formarea grupelor imidice, apariția legături intramoleculare și intermoleculare de tip:

Poliacrilamidă este ușor solubil în solvenți polari capabile să formeze legături de hidrogen. PAA este amestecat cu apă în toate privințele.

Soluțiile apoase de PAA au viscozitate ridicată, care crește odată cu creșterea greutății moleculare a polimerului. soluții concentrate (în special în cazul polimerilor cu greutate moleculară mare (MW)) este o masă gelatinoasă. Într-o regiune neutră, slab acid și slab alcalin al PAA se comportă ca un polimer neionic.

Mărimea macromolecule PAA în apă și viscozitatea soluțiilor sale apoase depinde de pH - mediului și în conținutul de apă al electroliților simple. Deoarece tăria ionică scade soluția de vâscozitate. Valoarea maximă soluție dializate viscozitate corespunde pH = 4,5; în soluții care conțin electroliți simpli, vâscozitatea maximă este mutat la pH = 7-8.

Într-un PAA media neutră, slab acid și slab alcalin se comportă ca un polimer neionic. Într-un mediu alcalin, activitatea PAA este redusă drastic datorită hidrolizei puternice.

Doza PAA este doar 0.05 - 1,5% din conținutul total de solide în suspensie. Aceasta reduce doza de coagulant de 2-3 ori și să accelereze depunerea de fulgi este de 10-20 de ori. In tratarea apei care conține impurități coloidale încărcate negativ, un PAA nu se aplică, deoarece nu poate fi coagulate lor, și se intensifică doar procesul de floculare.

În prezent, pe baza PAA obține floculantilor marca „Praestol“. Praestol utilizat în mod avantajos pentru prepararea apei de suprafață și subterane, ape reziduale de diferite tipuri, după tratamentul primar, deshidratarea nămolului, floculare și hidroxid mineral particule solide și coloizi. Principiul de funcționare se bazează în principal pe schimbul de sarcini electrice între lanțurile polimerice și sarcinile de suprafață ale particulelor solide aflate în suspensie. suprafața particulelor sunt destabilizate și devin capabili să coagulare și floculare.

Proprietățile Praestol depind de greutatea moleculară. Tabel. 3.4. Proprietățile fizice și chimice cheie ale unor branduri Praestol.

Proprietățile fizico-chimice ale unor branduri Praestol

Soiuri PAA marca Praestol

flocculants cationice (IA-2, IA-3, IA-2T, BA-102, BA-212, BA-202), dezvoltat în Academia de utilitate publică. K.D.Pamfilova, spre deosebire de floculanti anionici și neionici sunt impurități coloidale coagulant eficiente având o sarcină negativă. Ele sunt săruri cuaternare de amoniu pe bază de polistiren și poliviniltoluen. În funcție de natura chimică a polimerilor care se disociază în apă pentru a forma un cation activ.

Floculant, 2-BA reacționează cu substanțe humice care formează agregate insolubile. Având o sarcină pozitivă, este adsorbit pe particulele coloidale dispersate încărcate negativ de apă, legându-le în agregate mai mari. Prin urmare, coagularea în cazul tip cationic floculant are loc fără coagulanți minerale convenționale - A12 (SO4) 3 sau FeS13. greutate moleculară mare de acizi humici prezenți în apa naturală pentru a forma un floculant IA-2, agregate insolubile. grupe hidroxil fenolice și acizi humici care interacționează cu principalele grupe de floculant, little- disociate sub formă de sare. Prin curatare eficienta administrarea de 1,0 mg / l-BA 2 corespunde aproximativ 6 mg / l de Al2 O3. Pentru purificarea apelor cu turbiditate dozele optime de până 0.4-4.0% din faza dispersată și la albire - 0,2-1,0 mg / l pentru fiecare 10 crominanță. Când utilizați VA-2, în timp ce efectul protector al mediilor filtrante crește de mai multe ori, iar căderea de presiune - redusă. Floculant se aplică purificarea apelor reziduale de contaminanți minerali. MPC acest floculant în apă este de 0,5 mg / l.

Pentru prepararea apei potabile este permisă utilizarea floculanți VA-212 și VA-202. MPC aceste flocculants - 2 mg / L.

Ca agenți de floculare naturale utilizate amidon, dextrină, uruială algale, hidroliza proteinelor de drojdie, pulpă de cartof, acizi lignosulfonici și sărurile acestora.

Acizii lignosulfurici constituie un polimer reticulat tridimensională rigidă, care se bazează pe un fenilpropan și sulfo grupuri miez fenolic. Ca utilizare floculant sare purificată sulfit alcool obținut în producerea celulozei cu bisulfit. Greutatea moleculară a polielectroliții anionice astfel obținute variază în limite largi - de la 2-100000 cunoscute de acid ligninsulfonic modificat, care conține, de exemplu, săruri cuaternare de amoniu .. Acizii lignosulfurici sunt recomandate pentru purificarea cărnii de canalizare și de plante de păsări.

Ca flocculants folosesc, de asemenea, un amestec de polimeri solubili în apă (polizaharide, acizi nucleici, proteine), care sunt formate ca urmare a capacității de a trăi de microorganismele din nămolul activ și pot fi izolate prin tratare cu alcalii. In cele mai multe cazuri, acest amestec este utilizat pentru flocularea suspensiilor de minerale argiloase.

Proprietățile de caracterizare fizico-chimice ale unor tipuri de polimeri floculanți, utilizate în mod obișnuit în practica de tratare a apei, este prezentată în tabelul. 3.5.