AKADEMIA GÓRNICZO-HUTNICZA

IM. STANISŁAWA STASZICA

W KRAKOWIE

Ochrona Środowiska

Koagulacja i flokulacja zawiesin mineralnych

Wykonali:

WWNiG Rok III

PK Kraków

I. Wstęp teoretyczny

• Zastosowanie koagulacji w oczyszczaniu wód.

Koagulacja jest procesem powszechnie stosowanym w oczyszczaniu większości wód powierzchniowych, rzadziej infiltracyjnych i podziemnych. Jest to metoda oczyszczania wód zawierających koloidy oraz zawiesiny trudno opadające. Podwyższona mętność oraz opalescencja wody wskazują na obecność w niej koloidów.

Koagulacja jest to proces łączenia cząstek koloidalnych oraz drobnej zawiesiny w zespoły cząstek (aglomeraty) w wyniku zaistnienia destabilizacji układu. co można spowodować poprzez :

• dodanie elektrolitu, który zmniejsza potencjał elektrokinetyczny i ułatwia aglomerację koloidów obecnych w wodzie

• rozładowanie cząstek

• wytworzenie wodorotlenków kationów wielowartościowych na których absorbują się jony. cząstki koloidów i zawiesin.

• wzajemne przyciąganie się i aglomerację cząstek o różnoimiennym ładunku powierzchniowym

W oczyszczaniu wód praktyczne znaczenie mają dwie pierwsze metody, których wykonanie wymaga dodawania do oczyszczonej wody koloidów lub elektrolitów. W praktyce koagulację prowadzi się koagulantami, których produkty hydrolizy powodują koagulację elektrolitem oraz koagulację koloidem o znaku przeciwnym. Koagulacja zachodzi w dwóch fazach:

w pierwszej występującej bezpośrednio po dodaniu koagulantu, a trwającej sekundy, przebiegają reakcje chemiczne i fizyczne prowadzące do destabilizacji cząstek koloidalnych podczas drugiej fazy (trwającej znacznie dłużej) zwanej flokulacją, w wyniku transportu i zderzeń cząsteczek zdestabilizowanych powstają kłaczki, które mogą być skutecznie usuwane z wody w procesach sedymentacji/flotacji i filtracji.

Stosowane koagulanty i ich własności:

O wyborze koagulantu decyduje przede wszystkim jego przydatność do koagulowania usuwanych koloidów oraz pewność tworzenia trwałych trudno rozpuszczalnych i podatnych na usuwanie z wody kłaczków.

Do koagulantów najczęściej stosowanych w oczyszczaniu wody należą sole glinu i żelaza tworzące w wyniku hydrolizy dodatnio naładowane połączenia (hydroksykompleksy) skutecznie destabilizujące zanieczyszczenia koloidalne obecne w oczyszczonej wodzie.

Do związków tych należą:

• Siarczan glinowy Al₂(SO₄)₃ * 18 H₂O

• Siarczan glinowo - potasowy Al₂(SO₄)*K₂SO₄*24H₂O

• Siarczan żelazowy Fe₂(SO₄)₃*9H₂O

• Siarczan żelazawy FeSO₄*7H₂O

• Spolimeryzowany chlorek glinowy

• Glinian sodowy Na₂Al₂O₄

• Chlorek żelazowy FeCl₃*6H₂0

Właściwie przebiegająca koagulacja zapewnia nie tylko duży stopień usuwania koloidów i zawiesin trudno opadających, ale również za asocjowanych z nimi innych zanieczyszczeń, w tym również mikro zanieczyszczeń. Tak więc efektem skutecznej koagulacji jest zmniejszenie mętności, intensywności barwy, wskaźników zanieczyszczenia organicznego, w tym prekursorów ubocznych produktów dezynfekcji i utleniania chemicznego oraz zawartości wielu mikro zanieczyszczeń, głownie występujących w oczyszczanej wodzie w postaci form trudno rozpuszczalnych lub asocjatów z cząstkami stałymi.

• Flokulacja

Flokuacja jest powszechnie stosowanym i bardziej wydajnym sposobem agregacji cząstek i przyspieszania ich sedymentacji. Substancje chemiczne wywołujące flokulację nazywamy flokulantami. Jako flokulanty stosuje się związki polimerowe zarówno pochodzenia naturalnego (np. skrobia, żelatyna) jak i syntetyczne. Jako flokulanty syntetyczne najczęściej stosuje się polikrylamidy, kwasy poliakrylowe, tlenek polietynu, alkohol poliwinylowy i ich pochodne. Związki te muszą być rozpuszczane w wodzie, ich ciężar cząsteczkowy jest wysoki, a długość cząsteczki na tyle duża aby polimer mógł jednocześnie ulegać sorpcji na kilku ziarnach ciała stałego.

Mechanizm ich działania polega na przyciąganiu mikrocząsteczek zanieczyszczeń do zdysocjowanych grup polimerów w wyniku czego następuje łączenie cząstek łańcuchami polimeru. Przy odpowiedniej dawce flokulanta oraz odpowiedniej szybkości mieszania powstają duże - łatwo sedymentujące kłaczki.

Wytworzone w wyniku procesu flokulacji flokuły tworzą porowaty osad o dużej objętości. Flokuły te można oddzielić od wody za pomocą sit, filtracji czy dekantacji.

Flokulanty znalazły szerokie zastosowanie wszędzie tam gdzie w procesach technologicznych operujemy wodą a zatem w górnictwie, metalurgii, przemyśle chemicznym, papiernictwie, cukrownictwie i innych dziedzinach przemysłu spożywczego.

2. Wykonanie ćwiczenia

Mętność wyjściową naszej próbki wody (1,5g bentonitu na 1,5 l wody destylowanej) wyznaczyliśmy za pomocą spektrofotomera , wyniosła ona 149 [FTU]. Następnie wyznaczyliśmy odpowiednio dawki flokulanta w ilości 0,8; 1.0; 1.3; 1.6; 1,9 cm³ , które rozlaliśmy do pięciu cylindrów Nesslera po uprzednim wypełnieniu ich badaną próbką wody o pojemności 100 ml.

Po ustawieniu na mieszadełku magnetycznym badanej próbki z mętną wodą dodawaliśmy odmierzoną ilość flokulanta, mieszając płyn na wolnych obrotach 1min, następnie na szybkich obrotach 5 min. Po czym odstawialiśmy wymieszaną próbkę na stojak.

Nasze zadanie polegało na obserwacji badanej próbki, jej mętności, wyglądu, zawartości kłaczków i większych zawiesin a także czasu opadania próbki.

Obserwacje należało zapisać wg przedstawionych oznaczeń:

• brak jakichkolwiek zmian w wyglądzie próbki w

porównaniu z próbką przed dodaniem koagulantu

• opalizacja próbki

-+ wyraźne zmętnienie próbki

+- początek kłaczkowania

+ bardzo drobne zawiesiny

++ zawiesiny o dużym wymiarze

+++ bardzo duże kłaczki zawiesin

• wolne opadanie zawiesin

↓↓ szybkie opadanie zawiesin

„o” tworzenie się wyraźnej strefy osadu na dnie cylindra

Wyniki pomiarów:

	Próbka1	Próbka2	Próbka3	Próbka4	Próbka5
Dawka flokulantu [cm^3]	0,8	1,0	1,3	1,6	1,9
Grubość osadu [mm]	1,5	2,0	2,5	4,0	5,0
Czysta woda [mm]	10	12	14	16	18
Oznaczenie obserwacji	„o”-+; +-; +; ↓	„o”-+; +-; +; ↓	„o”-+; ++; ↓	„o”-+; +-; ↓	„o”-+; +++; ↓

III Wnioski:

Z naszych pomiarów wynika, że proces oczyszczania wody w wyniku flokulacji zależy od ilości dodanego flokulantu,

Wraz z większymi dawkami flokulantu objętość oczyszczonej wody wyraźnie rosła, pojawiały się kłaczki , wzrastała także grubość osadu na dnie naczynia,

---