Коллоидные системы вследствие их большой удельной поверхности являются системами термодинамически - неравновесными. Любая из них может перейти из состояния устойчивости в состояние коагуляции. Но этот переход не совершается самопроизвольно (поскольку в системе действуют значительные стабилизирующие факторы), а всегда под влиянием тех или иных внешних воздействий или физико-химических изменений внутри системы

 

Современные теории  коагуляции рассматривают агрегативную устойчивость или неустойчивость коллоидных систем с позиций физической кинетики, в соответствии с которой степень их стабильности определяется балансом сил сцепления и сил отталкивания, действующих между отдельными частицами. Силы сцепления, обуславливающие слипания частиц, имеют ту же природу, что и межмолекулярные (Ван-Дер-Воальсовские) силы. Силами отталкивания могут являться электрические силы, возникающие в результате избирательной адсорбции межфазной поверхностью одного из ионов неорганических электролитов, присутствующих в среде в небольшом количестве. Поскольку частицы дисперсной фазы по своей природе одинаковы и адсорбируют всегда определённый ион, все они приоретают электрический заряд одного и того же знака и будут испытывать взаимное отталкивание. Другой причиной, препятствующей сближению коллоидных частиц до расстояний, на  которых начинают превалировать силы притяжения, может быть структурно-механический фактор: оболочки гидратные  из стабилизирующих веществ.

 

Имеется много путей для уменьшения энергетического барьера, определяющего устойчивость коллоидной системы и, в частности, одним из таких путей является добавление в систему электролита.

В настоящее время выдвинуто несколько теорий коагуляции коллоидных систем  электролитами: адсорбционная, электрокинетическая и физическая, причём, последняя получила наиболее широкое распространение. Согласно этим теориям введение электролита, так или иначе, приводит к снижению электрокинетического потенциала до некоторого критического значения, при котором частицы за счёт броуновского движения могут уже сближаться настолько, что начинают преобладать силы сцепления, обуславливающие слияние капелек. Установлено,  что способность электролита вызывать коагуляцию коллоидной системы возрастает с увеличением валентности вводимого в раствор коагулирующего иона.

 

Помимо коагуляции, при которой происходит слипание подобных друг другу частиц в более крупные агрегаты (гомокоагуляция), в практике очистки сточных вод используются процессы, в которых имеет место слипание разнородных частиц или прилипание частиц дисперсной системы к вводимой в систему чужеродной поверхности (гетерокоагуляция).

Гетерокоагуляция - это  когда друг с другом слипаются малые частицы различной природы. Она наблюдается при взаимной коагуляции коллоидных систем, суспензий или эмульсий.

 Гетерокоагуляция имеет важные особенности, которые объясняются теорией Б. В.Дерягина. 

Согласно этой теории максимальная сила отталкивания (“силовой барьер”), возникшая между одноименно заряженными разнородными частицами, зависит только от величины заряда частицы, заряженной слабее. Если заряд частицы какого-либо одного вещества мал или равен нулю, то эти частицы могут не только слипаться друг с другом, но и с частицами другого вещества, хотя эти последние остаются устойчивыми в отношении слипания между собой.

   Как    разновидность гетерокоагуляции можно рассматривать контактную коагуляцию, сущность которой заключается в снижении разнородных частиц, значительно отличающихся своими размерами. По физической сущности этот процесс является коагуляционным, но по характеру протекания имеет важные отличительные особенности. Первой отличительной

особенностью процесса является его относительно большая скорость и полнота извлечения из раствора мелких частиц крупными. Это объясняется тем, что вероятность попадания мелкой частицы в сферу притяжения крупной значительно больше, чем вероятность столкновения мелких частиц. Другой отличительной особенностью процесса является то, что устойчивость мелких частиц в отношении прилипания к поверхности крупных может быть меньше, чем устойчивость их в отношении взаимного слипания.

 

 В практике обработки сточных вод применяют  химические реагенты- коагулянты, представленные чаще всего солями алюминия  и железа. При введении в сточную воду этих коагулянтов ( солей слабых оснований и сильных кислот) наступает гидролиз, который сопровождается образованием малорастворимых оснований, выделяющихся из раствора и формирующих вначале коллоидные частицы. Значение коагулянтов и состоит прежде всего в том, что они сами способны образовывать    коллоидные системы, которые при коагуляции дают хлопья, сорбирующие частицы загрязнений и способствующие их осаждению.

Образование хлопьев происходит в несколько этапов. Вначале образуются микрохлопья. Многовалентный катион  коагулянта взаимодействует с ОН-группамии, окружающими коллоидные частицы, и таким образом связывает эти частицы друг с другом. При этом имеет место частичная потеря заряда коллоидными частицами. Далее происходит образование крупных хлопьев, включающих механические примеси и другие загрязнения. Этот этап  идёт медленнее, чем первый. В процессе роста крупных хлопьев уже начинается адсорбция на их поверхности исходных загрязнений.

 

Наибольшее значение имеет этап образования крупных хлопьев. Его нередко интенсифицируют применением флокулянтов (высокомолекулярных веществ).

 Для эффективного использования  коагулянтов, достижения наибольшей скорости коагулирования и необходимой глубины осветления воды, иными словами, для наилучшего технологического оформления процесса  реагентной обработки следует установить, какую роль в дестабилизации эмульсий, скорости и полноте гидролиза, хлопьеобразования играют следующие внешние факторы: исходная концентрация и крупность механических загрязнений, температура воды, щёлочность, рН, скорость перемешивания воды с коагулянтом и др.      

 

Важнейшим условием успешной коагуляции загрязнений является накопление в объёме обрабатываемой воды малорастворимой твёрдой фазы, которая при малой концентрации твёрдой взвеси в сточных водах, представляется хлопьевидными продуктами гидролиза коагулянта. Это необходимо для увеличения скорости и вероятности слипания частиц. Однако, рациональнее создавать условия для ускорения хлопьеобразования не за счёт перерасхода коагулянта, который диктуется технологическими условиями, а за счёт введения грубодисперсного замутнителя или частичного возврата осадка. Введение грубодисперсной взвеси позволяет реализовать одну из возможностей гетерокоагуляции,

 Температура сточной жидкости оказывает влияние и на  загрязнения. и на  вводимые коагулянты. На первой стадии – при образовании микрохлопьев коагулянта, существенную роль играет тепловое броуновское движение. При низких температурах воды интенсивность броуновского движения, а значит и частота столкновений частиц–продуктов гидролиза коагулянтов, уменьшается и хлопьеобразование  замедляется. При повышении температуры  снижается вязкость дисперсной среды, дисперсной фазы , а также межфазное натяжение. Это увеличивает скорость всплывания ( осаждения) и силу соударения частиц, облегчает их слияние.

   На первой стадии коагуляции (стадии образования микрохлопьев) необходимо интенсивное перемешивание обрабатываемой воды с коагулянтом.

 

На стадии образования крупных агрегатов коагулянта большое значение имеет перемешивание  и направленное движение частиц. Причём, чрезвычайная интенсивность перемешивания обработанной коагулянтом воды, в данный момент пагубно сказывается на крупности хлопьев вследствие их механического разрушения.

   Степень и характер коагуляции зависят от активной реакции (рН) жидкой среды. Изменение рН может повлечь за собой улучшение или ухудшение очистки воды.

  Значение рН играет большую роль при протекании гидролиза коагулянтов и при образовании крупных хлопьев коагулянта. При применении в качестве коагулянта солей алюминия наблюдается следующее. Обработка воды с рН=8 сопровождается практически полной диссоциацией гидроокиси алюминия, а значит полным отсутствием нерастворимых хлопьев. При значениях рН в пределах 6,5-7,5 степень диссоциации гидроокиси алюминия  минимальна; коллоидные частицы её находятся в изоэлектрическом состоянии и поэтому быстро коагулируют, образуя крупные хлопья. Высокая кислотность воды приводит к неполному гидролизу солей алюминия. Последнее можно отнести и к солям железа, которые  могут быть использованы в качестве коагулянта.

 

На величину оптимальной дозы коагулянта влияет, помимо всех названных факторов, щёлочность, что объясняется состоянием равновесия в системе трёх реакций:

 1.  Нейтрализация катионов водорода, выделяющихся при гидролизе коагулянта;

 2. Формированиегидроксид-бикарбонатных соединений алюминия(железа);

 3. Образование основных солей алюминия (железа) с другими анионами воды. Существуют оптимальные значения остаточной щёлочности воды, при которых расход коагулянта минимален. Эти значения зависят от кислотных  свойств используемого коагулянта и солевого состава воды.

В настоящее время пристальное внимание обращено на разработку  интенсификации существующих методов очистки сточных вод с помощью физических полей, в частности магнитного. Многочисленные исследования  интенсифицирующего действия  внешнего магнитного поля на процесс коагуляции коллоидных примесей показали, что при наложении магнитного поля на воду, содержащую коллоидные и близкие к ним  по размерам примеси, с последующим вводом коагулянта , происходит увеличение гидравлической крупности коагулируемой взвеси, что приводит к повышению эффективности очистки воды.

 

Литература.

1. Дерягин Б.В. Теория гетерокоагуляции, взаимодействий и слипания разнородных частиц в растворах электролитов. //Коллоидный журнал, т. Х11,1959, №6.

2. Когановский А.М. и др. Очистка промышленных сточных вод , Киев, Техника, 1994.

3.ШаховА.И., ДушкинС.С., Влияние внешнего магнитного  поля на процесс коагуляции коллоидных примесей.// Энергетика и электрификация, 1967,№6.

Новости компании:

все новости
Warning: Division by zero in /var/www/nnovo/data/www/pw-nn.ru/adminka/data/common/scroll.php on line 104 Warning: Division by zero in /var/www/nnovo/data/www/pw-nn.ru/adminka/data/common/scroll.php on line 160 Warning: Division by zero in /var/www/nnovo/data/www/pw-nn.ru/adminka/data/common/scroll.php on line 162 Warning: Division by zero in /var/www/nnovo/data/www/pw-nn.ru/adminka/data/common/scroll.php on line 162 Warning: Division by zero in /var/www/nnovo/data/www/pw-nn.ru/adminka/data/common/scroll.php on line 104 Warning: Division by zero in /var/www/nnovo/data/www/pw-nn.ru/adminka/data/common/scroll.php on line 160 Warning: Division by zero in /var/www/nnovo/data/www/pw-nn.ru/adminka/data/common/scroll.php on line 162 Warning: Division by zero in /var/www/nnovo/data/www/pw-nn.ru/adminka/data/common/scroll.php on line 162