stringtranslate.com

Коагуляция (очистка воды)

Процесс коагуляции-флокуляции в системе водоподготовки

При очистке воды коагуляция и флокуляция включают добавление соединений, которые способствуют слипанию мелких хлопьев 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 можно использовать в качестве предварительного или промежуточного этапа между другими процессами очистки воды или сточных вод, такими как фильтрация и осаждение . Соли железа и алюминия являются наиболее широко используемыми коагулянтами, но соли других металлов, таких как титан и цирконий, также оказались высокоэффективными. [1] [2]

Факторы

На коагуляцию влияют тип используемого коагулянта, его доза и масса; pH и начальная мутность очищаемой воды; и свойства присутствующих загрязняющих веществ. [1] [3] На эффективность процесса коагуляции также влияет предварительная обработка, такая как окисление . [1] [4]

Механизм

В коллоидной суспензии частицы оседают очень медленно или не оседают вообще, поскольку коллоидные частицы несут поверхностные электрические заряды, которые взаимно отталкивают друг друга. Этот поверхностный заряд чаще всего оценивается с точки зрения дзета-потенциала , электрического потенциала на 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, а квасцы добавляются в качестве коагулянта для создания положительно заряженных ионов. Как только отталкивающие заряды нейтрализуются (поскольку противоположные заряды притягиваются), сила Ван-дер-Ваальса заставит частицы слипаться (агломерироваться) и образовывать микрохлопья. [ нужна цитата ]

Определение дозы коагулянта

Тест в банке

Баночный тест на коагуляцию

Дозу используемого коагулянта можно определить с помощью баночного теста. [1] [5] Испытание в банке включает в себя воздействие на образцы воды, подлежащей обработке, одинакового объема, воздействию различных доз коагулянта, а затем одновременное смешивание образцов с постоянным быстрым временем перемешивания. [5] Микрофлоки, образующиеся после коагуляции, подвергаются дальнейшей флокуляции и оседают. Затем измеряют мутность образцов и можно сказать, что доза с наименьшей мутностью является оптимальной.

Микромасштабные испытания на обезвоживание

Несмотря на его широкое использование при проведении так называемых «экспериментов по обезвоживанию», полезность метода в банке ограничена из-за ряда недостатков. Например, для оценки эффективности перспективных коагулянтов или флокулянтов требуются как значительные объемы проб воды/сточных вод (литры), так и время эксперимента (часы). Это ограничивает объем проводимых экспериментов, включая добавление повторов. [6] Кроме того, анализ экспериментов по тестированию банок дает результаты, которые часто являются лишь полуколичественными. В связи 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»». [7] Таким образом, тесты на производительность обезвоживания, такие как тест в банке, хорошо поддаются миниатюризации. Например, микромасштабный тест на флокуляцию, разработанный LaRue et al. уменьшает масштаб обычных тестов в банках до размера стандартного многолуночного микропланшета , что дает преимущества, связанные с уменьшением объема образца и увеличением распараллеливания; этот метод также пригоден для количественных показателей обезвоживания, таких как время капиллярного всасывания. [7]

Потоковый детектор тока

Автоматизированным устройством для определения дозы коагулянта является детектор потокового тока (ППТ). SCD измеряет суммарный поверхностный заряд частиц и показывает значение текущего тока , равное 0, когда заряды нейтрализуются ( катионные коагулянты нейтрализуют анионные коллоиды ). При этом значении (0) дозу коагулянта можно назвать оптимальной. [1]

Испытание в банке: смешивание различных доз коагулянта с образцами обрабатываемой воды.

Ограничения

Сама коагуляция приводит к образованию хлопьев, но флокуляция необходима, чтобы помочь хлопьям в дальнейшем агрегироваться и осесть. Сам процесс коагуляции-флокуляции удаляет только около 60–70% природных органических веществ (NOM), и поэтому для полной очистки сырой воды или сточных вод необходимы другие процессы, такие как окисление, фильтрация и седиментация. [4] Коагулянты (полимеры, связывающие коллоиды) также часто используются для повышения эффективности процесса. [8]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ abcde Цзян, Цзя-Цянь (1 мая 2015 г.). «Роль коагуляции в очистке воды». Текущее мнение в области химической инженерии . 8 : 36–44. дои : 10.1016/j.coche.2015.01.008.
  2. ^ Чекли, Л.; Эрипрет, К.; Парк, Ш.; Табатабай, САА; Вронская О.; Тамбурич, Б.; Ким, Дж. Х.; Шон, Гонконг (24 марта 2017 г.). «Показатели коагуляции и характеристики хлопьев тетрахлорида полититана (PTC) по сравнению с тетрахлоридом титана (TiCl4) и хлоридом железа (FeCl3) в мутной воде с водорослями». Технология разделения и очистки . 175 : 99–106. дои : 10.1016/j.seppur.2016.11.019. hdl : 10453/67246 .
  3. ^ Рамаванди, Бахман (1 августа 2014 г.). «Очистка мутности воды и бактерий с помощью коагулянта, извлеченного из Plantago ovata». Водные ресурсы и промышленность . 6 :36–50. дои : 10.1016/j.wri.2014.07.001 .
  4. ^ аб Айеко, Чиа Иветт Приска; Робер, Дидье; Лансине, Дро ушел (01 марта 2017 г.). «Сочетание коагуляции-флокуляции и гетерогенного фотокатализа для улучшения удаления гуминовых веществ в реальной очищенной воде реки Агбо (Берег Слоновой Кости)». Катализ сегодня . 281 : 2–13. дои : 10.1016/j.cattod.2016.09.024.
  5. ^ аб Арагонес-Бельтран, П.; Мендоса-Рока, JA; Бес-Пиа, А.; Гарсиа-Мелон, М.; Парра-Руис, Э. (15 мая 2009 г.). «Применение многокритериального анализа решений к результатам испытаний в банках для выбора химикатов при физико-химической очистке сточных вод текстильной промышленности». Журнал опасных материалов . 164 (1): 288–295. дои : 10.1016/j.jhazmat.2008.08.046. ПМИД  18829168.
  6. ^ Люринг, М.; Пессоа Нойма, Н.; де Магальяс, Л.; Миранда, М.; Муччи, М.; ван Остерхаут, Ф.; Гусар, ВЛМ; Манзи Мариньо, М. (июнь 2017 г.). «Критическая оценка хитозана как коагулянта для удаления цианобактерий». Вредные водоросли . 66 : 1–12. дои : 10.1016/j.hal.2017.04.011. ПМИД  28602248.
  7. ^ аб ЛаРю, Р.Дж.; Кобблдик, Дж.; Обри, Н.; Крэнстон, Эд; Латулипп, ДР (2016). «Микромасштабный тест на флокуляцию (MFT) — высокопроизводительный метод оптимизации производительности разделения». Химические инженерные исследования и проектирование . 105 : 85–93. дои :10.1016/j.cherd.2015.10.045. hdl : 11375/22240 .
  8. ^ Оладоджа, Нурудин Абиола (01.06.2016). «Достижения в поисках заменителей синтетических органических полиэлектролитов в качестве коагулянтов при очистке воды и сточных вод». Устойчивая химия и фармация . 3 : 47–58. дои : 10.1016/j.scp.2016.04.001.