Чим флокулянти відрізняються від коагулянтів?

В даному питанні почнемо з того, що ж таке коагуляція і флокуляція води. Простими словами, це процеси укрупнення дрібних колоїдних частинок, які викликають каламутність води та не осідають під силою земного тяжіння. Для цього в воду вводиться речовина, яка завдяки певним взаємодіям викликає склеювання частинок з їх подальшим осадженням. Що ж стосується принципу роботи, то тут спостерігаються певні відмінності, зокрема, на які частки і як саме можуть впливати реагенти.

Нижче ми спробуємо схематично відобразити, як відбуваються процеси коагуляції й флокуляції в водоочищенні, а потім детальніше розкажемо про ці речовини.

Коагулянти в водоочищенні

Коагулянти - це неорганічні солі, які при введенні в воду утворюють частинки з зарядом протилежним поверхні забруднень. Далі відбувається притягування цих частинок до поверхні забруднень і формування конгломератів, пластівців.

Коагулянти це солі слабких основ, які при внесенні в воду здатні гідролізувати, тобто переходити в нерозчинний стан. Переважно використовуються реагенти на базі двох катіонів:

• алюмінію (сульфат, гидроксохлорид, гідроксосульфат);
• заліза (сульфат і хлорид).

Причиною застосування саме цих двох реагентів є їх висока ефективність, але при цьому невисока вартість. Крім грязьових частинок, такі коагулянти частково закріплюють на поверхні іони твердості, важких металів, заліза, органічних забруднень, завдяки чому, здатні зменшувати не лише каламутність, але й наявність інших домішок.

У зв'язку з тим, що гидроксохлорид алюмінію - це коагулянт для питної води на водоканалах, іноді спостерігається перевищення його ГДК в пробах питної води.

Варто відзначити, що кращий коагулянт для басейну на сьогодні також є сумішшю органічних і неорганічних солей алюмінію.

Принцип дії коагулянтів

1. При додаванні в воду солі заліза або алюмінію відбувається дисоціація або розчинення її у воді.

Al₂(SO₄)₃ → 2Al₃⁺ + 3SO₄^2-

FeSO₄ → Fe³⁺ + SO₄^2-.

2. Потім катіони алюмінію або заліза піддаються гідролізу, простіше кажучи, вступають в реакцію з водою та утворюють нерозчинні частинки.

Al³⁺ + 3H₂O → Al(OH)₃ + 3H⁺,

Fe²⁺ + 2H₂O → Fe(OH)₂ + 2H⁺.

3. Паралельно іони водню в природних водах зв'язуються вільною вуглекислотою.

H⁺ + HCO₃^- → H₂CO₃ → CO₂ + H₂O.

4. Гідроксид двовалентного заліза в лужному середовищі (близько 9) створюваному вапнуванням здатний окиснюватися до менш розчинного і більш стійкого Fe(OH)₃.

4Fe(OH)₂ + O₂ + H₂O → 4Fe(OH)₃.

Процес коагуляції займає 4-5 хвилин. Спочатку відбувається різке помутніння рідини, оскільки починають виділятися частинки гідролізованих основ, потім вони поступово "склеюються" з брудом, укрупнюються в великі пластівці, які під силою власної ваги опускаються на дно ємності.

Параметрами, що впливають на процес коагуляції є:

• температура — при 0-40 ^оС коагуляція буде ефективнішою.
• концентрація реагента — визначається практично для кожної води та може коливатися в залежності від періодів року.
• pH середовища — при коагуляції сірчанокислим алюмінієм оптимальні слабокислий і нейтральний pH (5,5 - 7), при використанні сульфату заліза рекомендований нейтральний і лужний pH.

Флокулянти для води

Процес флокуляції часто називають також коагуляцією, він є допоміжним.

Флокулянт — це органічна полімерна високомолекулярна речовина, що має довгі ланцюжки. Заряди флокулянта і коагулянта звичайно протилежні, відповідно, з поверхнею частинки аналогічні.

Флокуляція направлена на те, щоб зміцнити пластівці та забезпечити їх стійкість, посиливши дію коагулянту. Принцип дії флокулянтів полягає у створенні молекулярних зчіпок між пластівцями.

У промисловій водопідготовці використовуються переважно поліакриламід і його модифікації, оскільки він має високу ефективність при досить невисокій вартості.

Найпростішими органічними флокулянтами є природні речовини — крохмаль, дріжджі, альгінати. Мабуть, єдиним застосовуваним неорганічним флокулянтом є силікат натрію (активована кремнієва кислота).

Флокулянти в цілому можна поділити на чотири типи:

• Аніонні — дисоціюють з утворенням аніону, до них відноситься поліакриламід і більшість його похідних.
• Катіонні — при дисоціації у воді утворюють позитивно заряджений комплекс. Останнім часом катіонні реагенти знаходять велике поширення, оскільки здатні до ефективної дії навіть без попередньої обробки води коагулянтом.
• Неіонні — не дисоціюють, до них відноситься більшість природних флокулянтів (крохмаль, декстрин), поширеним штучним флокулянтом є поліетиленоксид.
• Амфотерні — дисоціюють з одночасним виділенням катіонних і аніонних груп.

На українських водоканалах разом з коагулянтом гідрохлоридом алюмінію використовуються флокулянти — силікат натрію і поліакриламід.

Ми спробували коротко розповісти про коагулянти, флокулянти та їх принцип дії, якщо у вас виникли запитання, пишіть в коментарях.

Флокулянти та коагулянти: основні відмінності

Ресурси:

1. Bratby, John. Coagulation and flocculation in water and wastewater treatment. IWA publishing, 2016.

2. Tripathy, Tridib, and Bhudeb Ranjan De. "Flocculation: a new way to treat the waste water." (2006).

3. Tzoupanos, N. D., and I. Zouboulis. "Coagulation-flocculation processes in water/wastewater treatment: the application of new generation of chemical reagents." 6th IASME/WSEAS international conference on heat transfer, thermal engineering and environment (HTE’08), August 20th–22nd, Rhodes, Greece. 2008.

4. Yang, Zhen, et al. "Flocculation performance and mechanism of graphene oxide for removal of various contaminants from water." Water research 47.9 (2013): 3037-3046.