Коагуляция (очистка воды) - Википедия - Coagulation (water treatment)

Процесс коагуляции-флокуляции в системе водоподготовки

При очистке воды коагуляция флокуляция включает добавление соединений, которые способствуют слипанию мелких частиц в более крупные хлопья, чтобы их было легче отделить от воды. Коагуляция - это химический процесс, который включает нейтрализацию заряда, тогда как флокуляция является физическим процессом и не требует нейтрализации заряда. Процесс коагуляции-флокуляции может использоваться как предварительный или промежуточный этап между другой водой или очистки сточных вод такие процессы как фильтрация и осаждение. Наиболее широко используются соли железа и алюминия. коагулянты но соли других металлов, таких как титан и цирконий также оказались очень эффективными.[1][2]

Факторы

На коагуляцию влияет тип используемого коагулянта, его доза и масса; pH и начальный мутность обрабатываемой воды; и свойства присутствующих загрязнителей.[1][3] На эффективность процесса коагуляции также влияют предварительные обработки, такие как окисление.[1][4]

Механизм

В коллоидной суспензии частицы будут оседать очень медленно или не оседать вовсе, потому что коллоидные частицы несут поверхностные электрические заряды, которые взаимно отталкиваются друг от друга. Этот поверхностный заряд обычно оценивается с точки зрения дзета-потенциал, электрический потенциал в плоскости скольжения. Чтобы вызвать коагуляцию, к воде добавляется коагулянт (обычно соль металла) с противоположным зарядом, чтобы преодолеть отталкивающий заряд и «дестабилизировать» суспензию. Например, коллоидные частицы заряжены отрицательно, и квасцы добавляются в качестве коагулянта для создания положительно заряженных ионов. Как только отталкивающие заряды нейтрализованы (поскольку противоположные заряды притягиваются), сила Ван дер Ваальса заставит частицы слипаться (агломерировать) и образовывать микропласты.[5]

Определение дозы коагулянта

Jar test

Баночный тест на коагуляцию

Дозу используемого коагулянта можно определить с помощью теста в банке.[1][6] Испытание в сосуде включает в себя воздействие на образцы воды одного и того же объема различными дозами коагулянта с последующим одновременным перемешиванием образцов с постоянным быстрым временем перемешивания.[6] Микрофлок, образующийся после коагуляции, далее подвергается флокуляции, и ему дают осесть. Затем мутность измеряется количество образцов, и доза с наименьшей мутностью считается оптимальной.

Микромасштабные испытания на обезвоживание

Несмотря на его широкое использование при проведении так называемых «экспериментов по обезвоживанию», испытание в банке ограничено в своей полезности из-за ряда недостатков. Например, для оценки эффективности предполагаемых коагулянтов или флокулянтов требуются как значительные объемы проб воды / сточных вод (литры), так и время эксперимента (часы). Это ограничивает объем экспериментов, которые могут быть проведены, включая добавление повторов.[7] Более того, анализ тестовых экспериментов с банками дает результаты, которые часто являются лишь полуколичественными. В сочетании с широким спектром существующих химических коагулянтов и флокулянтов было замечено, что определение наиболее подходящего обезвоживающего агента, а также оптимальной дозы «широко считается скорее« искусством », чем« наукой »».[8] Таким образом, тесты эффективности обезвоживания, такие как испытание в сосуде, хорошо поддаются миниатюризации. Например, тест микромасштабной флокуляции, разработанный LaRue. и другие. сокращает масштаб обычных испытаний сосудов до размеров стандартной многолуночной микропланшет, что дает преимущества за счет уменьшения объема выборки и увеличения распараллеливания; этот метод также подходит для количественных показателей обезвоживания, таких как время капиллярного всасывания.[8]

Детектор потокового тока

Автоматизированное устройство для определения дозы коагулянта - детектор потокового тока (SCD). SCD измеряет чистый поверхностный заряд частиц и показывает текущий ток значение 0, когда заряды нейтрализованы (катионный коагулянты нейтрализуют анионный коллоиды ). При этом значении (0) доза коагулянта может считаться оптимальной.[1]

Тест в банке: смешивание различных доз коагулянта с образцами воды, подлежащей обработке.

Ограничения

Сама коагуляция приводит к образованию хлопьев, но флокуляция необходима, чтобы способствовать дальнейшему агрегированию и осаждению хлопьев. Сам процесс коагуляции-флокуляции удаляет только около 60-70% Естественное органическое вещество (NOM) и, следовательно, другие процессы, такие как окисление, фильтрация и осаждение, необходимы для полной сырой воды или очистки сточных вод.[4] Вспомогательные коагулянты (полимеры, соединяющие коллоиды) также часто используются для повышения эффективности процесса.[9]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c d е Цзян, Цзя-Цянь (01.05.2015). «Роль коагуляции в очистке воды». Текущее мнение в области химической инженерии. Нанотехнологии • Разделительная техника. 8: 36–44. Дои:10.1016 / j.coche.2015.01.008.
  2. ^ Чекли, Л .; Eripret, C .; Park, S. H .; Табатабай, С. А. А .; Вронская, О .; Tamburic, B .; Kim, J. H .; Шон, Х. К. (24 марта 2017 г.). «Коагуляция и характеристики хлопьев тетрахлорида полититана (PTC) по сравнению с тетрахлоридом титана (TiCl4) и хлоридом железа (FeCl3) в мутной воде из водорослей». 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 воды от мутности и бактерий с помощью коагулянта, экстрагированного из Plantago ovata». Водные ресурсы и промышленность. 6: 36–50. Дои:10.1016 / j.wri.2014.07.001.
  4. ^ а б Айеко, Чиа Иветт Приска; Роберт, Дидье; Lanciné, Droh Gone (01.03.2017). «Сочетание коагуляции-флокуляции и гетерогенного фотокатализа для улучшения удаления гуминовых веществ из реальной очищенной воды из реки Агбо (Берег Слоновой Кости)». Катализ сегодня. Гетерогенный фотокатализ - от основ до возможных приложений. 281, Часть 1: 2–13. Дои:10.1016 / j.cattod.2016.09.024.
  5. ^ А. Кухестанян; М. Хоссейни и З. Аббасян (2008). «Метод разделения для удаления коллоидных частиц из сырой воды» (PDF). Американо-евразийский J. Agric. & Environ. Наука. 4 (2): 266–273. ISSN  1818-6769. См. Стр. 267.
  6. ^ а б Aragonés-Beltrán, P .; Mendoza-Roca, J.A .; Бес-Пиа, А .; García-Melón, M .; Парра-Руис, Э. (15 мая 2009 г.). «Применение многокритериального анализа решений к результатам jar-тестов для выбора химикатов при физико-химической очистке текстильных сточных вод». Журнал опасных материалов. 164 (1): 288–295. Дои:10.1016 / j.jhazmat.2008.08.046. PMID  18829168.
  7. ^ Luring, M .; Pessoa Noyma, N .; de Magalhaes, L .; Миранда, М .; Mucci, M .; van Oosterhout, F .; Huszar, V.L.M .; 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. PMID  28602248.
  8. ^ а б LaRue, R.J .; Cobbledick, J .; Aubry, N .; Cranston, E.D .; Латулипп, Д. (2016). «Тест микромасштабной флокуляции (MFT) - высокопроизводительный метод оптимизации эффективности разделения». Химико-инженерные исследования и разработки. 105: 85–93. Дои:10.1016 / j.cherd.2015.10.045. HDL:11375/22240.
  9. ^ Оладоя, Нурудин Абиола (01.06.2016). «Успехи в поисках заменителя синтетических органических полиэлектролитов в качестве коагулянта при очистке воды и сточных вод». Устойчивая химия и фармацевтика. 3: 47–58. Дои:10.1016 / j.scp.2016.04.001.