.jpg/1280px-The_coagulation_and_filtration_processes_at_a_drinking_water_treatment_plant._(14868618507).jpg)
При очистке воды коагуляция и флокуляция подразумевают добавление соединений, способствующих слипанию мелких хлопьев в более крупные хлопья, чтобы их было легче отделить от воды. Коагуляция — это химический процесс, включающий нейтрализацию заряда, тогда как флокуляция — это физический процесс, не включающий нейтрализацию заряда. Процесс коагуляции-флокуляции может использоваться в качестве предварительного или промежуточного шага между другими процессами очистки воды или сточных вод, такими как фильтрация и седиментация . Соли железа и алюминия являются наиболее широко используемыми коагулянтами, но соли других металлов, таких как титан и цирконий, также оказались весьма эффективными. [1] [2]
На коагуляцию влияет тип используемого коагулянта, его доза и масса; pH и начальная мутность очищаемой воды; а также свойства присутствующих загрязняющих веществ. [1] [3] На эффективность процесса коагуляции также влияют предварительные обработки, такие как окисление . [1] [4]
В коллоидной суспензии частицы будут оседать очень медленно или вообще не будут оседать, 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 добавляется коагулянт (обычно металлическая соль) 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. После того, как отталкивающие заряды нейтрализованы (поскольку противоположные заряды притягиваются), сила Ван-дер-Ваальса заставит частицы слипнуться (агломерироваться) и образовать микрохлопья. [ необходима цитата ]
Дозу используемого коагулянта можно определить с помощью теста в банке. [1] [5] Тест в банке включает в себя воздействие на образцы воды одинакового объема, подлежащей очистке, различных доз коагулянта, а затем одновременное смешивание образцов при постоянном быстром времени смешивания. [5] Образовавшийся после коагуляции микрохлопья далее подвергаются флокуляции и оседают. Затем измеряется мутность образцов, и можно сказать, что доза с самой низкой мутностью является оптимальной.
Несмотря на широкое использование в так называемых «экспериментах по обезвоживанию», тест в банке ограничен в своей полезности из-за нескольких недостатков. Например, оценка эффективности перспективных коагулянтов или флокулянтов требует как значительных объемов образцов воды/сточных вод (литры), так и экспериментального времени (часы). Это ограничивает объем экспериментов, которые могут быть проведены, включая добавление репликатов. [6] Кроме того, анализ экспериментов по тестированию в банке 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». [7] Таким образом, тесты на эффективность обезвоживания, такие как тест в банке, хорошо поддаются миниатюризации. Например, тест на микромасштабную флокуляцию, разработанный ЛаРю и др. уменьшает масштаб обычных тестов в банках до размера стандартного многолуночного микропланшета , что дает преимущества, вытекающие из уменьшенного объема образца и повышенной параллелизации; этот метод также поддается количественным показателям обезвоживания, таким как время капиллярного всасывания. [7]
Автоматизированным устройством для определения дозы коагулянта является детектор потока тока (SCD). SCD измеряет чистый поверхностный заряд частиц и показывает значение потока тока 0, когда заряды нейтрализованы ( катионные коагулянты нейтрализуют анионные коллоиды ). При этом значении (0) можно сказать, что доза коагулянта оптимальна. [1]
Коагуляция сама по себе приводит к образованию хлопьев, но флокуляция необходима для того, чтобы помочь хлопьям в дальнейшем агрегироваться и осаждаться. Сам процесс коагуляции-флокуляции удаляет только около 60%-70% природных органических веществ (NOM), и, таким образом, для полной очистки сырой воды или сточных вод необходимы другие процессы, такие как окисление, фильтрация и седиментация. [4] Коагулянты (полимеры, которые связывают коллоиды вместе) также часто используются для повышения эффективности процесса. [8]