2. KOAGULACJA

Koloid – układ koloidalny to niejednorodna mieszanina 2 subst tworzących układ, w którym jedna z substancji jest rozpuszczona w drugiej, stopień rozdrobnienia subst jest tak duży, że fizycznie układ sprawia wrażenie subst jednorodnej, jednak rozdrobnienie to jest mniejsze niż na poziom pojedynczych cząstek.

Roztwory koloidalne tworzą cząstki o średnicy 10^-7 – 10 ^-5 cm, cząstki większe to zawiesiny, mniejsze zaś to subst rozpuszczone.

Cząstki koloidalne mają ładunek elektryczny, najczęściej ujemny.

Cząstki koloidalne powodują:

- barwę (subst humusowe) glony

- mętność – (cząstki glin, krzemionki koloidalnej, iłów)

MECHANIZM PROCESU

Istotą koagulacji jest zmniejszenie stopnia dyspersji układu koloidalnego w wyniku łączenia się pojedynczych cząstek fazy rozproszonej w większe skupiska – aglomeraty, które następnie mogą być skutecznie usuwane z wody w procesach sedymentacji, flotacji i filtracji.

Podczas koagulacji następują po sobie 2 fazy:

- destabilizacja koloidu – przekształcenie koloidu stabilnego w niestabilny, polega na reakcjach chem i oddziaływaniu fizycznym, następuje bezpośrednio po dodaniu czynnika destabilizującego, obejmuje: obniżenie potencjału, dehydratację, utlenianie koloidów ochronnych, wymaga dodania elektor nitów kationowych, polielektorlitów, wodorotlenków metali. Metody destabilizacji (mechaniczne, naświetlanie,, ogrzewanie, wymrażanie, chemiczne)

- flokulacja – tworzenie się rozbudowanych aglomeratów, aby zdestabilizowane cząstki mogły się połączyć w tzw kłaczki trzeba nadać im odpowiedni gradient prędkości, np. poprzez mieszanie. Flokulacja prowadzi do zmniejszenia liczby cząstek, obejmuje zjawiska fizyczne, zachodzi pod wpływem ruchów Browna, sedymentacji, mieszania

DESTABILIZACJA

- W koagulacji koloidem o znaku przeciwnym względem koloidów usuwanych z wody; polega na zobojętnianiu ładunku cząstki koloidalnej ładunkiem cząstki koagulantu. Powoduje to rozładowanie się cząstek, przy czym zachodzi spadek potencjału elektrokinetycznego, tworzenie się większych kłaczków. Ważny jest dobór właściwej dawki koagulantu. Nadmiar dawki może prowadzić do przewagi cząstek o odmiennym znaku ładunku elektrycznego.

- w koagulacji elektrolitem, polega na zagęszczeniu warstwy dyfuzyjnej wokół cząstki koloidu jonami elektrolitu lub koagulantu o znaku przeciwnym. Prowadzi to do obniżenia potencjału i zachowania równowagi sił na korzyść sił przyciągania. Skuteczność zależy od odpowiednio dobranego elektrolitu. Zwiększenie dawki nie pogarsza efektu, lecz jest nieuzasadnione ekonomicznie.

UZYSKIWANE EFEKTY

- obniżenie barwy i mętności

- usunięcie zw. organicznych

- usunięcie bakterii i wirusów absorbujących się na cząstkach koloidów

- usunięcie fitoplanktonu

- znaczne obniżenie stężenia metali ciężkich

- usunięcie słabo rozpuszczalnych subst. adsorbujących się na koloidach

- obniżenie potencjału trohalometanów (THM)

STOSOWANE ŚRODKI

• Koagulanty

- niezhydrolizowane:

Siarczan glinu Al2(SO4)3 * 18 H20

Siarczan żelaza III Fe2(SO4)4*9H20

Siarczan żelaza II FeSO4 * 7H20

Chlorek żelaza FeCl3*6H20

Glinian sodu NaAl2O4

- zhydrolizowane

Chlorki poliglinu (PAC, PAX, PAX-XL), siarczany poliglinu, chlorki i siarczany poliżelaza II – ulegają hydrolizie a ich produkty to elektrolit i koloid o znaku przeciwnym

CZYNNIKI WPŁYWAJĄCE NA PRZEBIEG I EFEKTYWNOŚĆ PROCESU

• Skład fizyko- chem wody, rodzaj i ilość zanieczyszczeń
  - łatwiej usuwane są koloidy hydrofobowe, decydujące o mętności wody i wymagają uzycia mniejszej dawki koagulantu
  - obecność mikroorganizmów zmniejsza skuteczność koagulacji
  - chlorki sprzyjają powstawaniu dużych kłaczków, a siarczany mniejszych – słabiej sedymentujących

• Rodzaj i dawka koagulantu
  - przeciętnie 20 -100 mg/l
  - w obliczeniach do usuwania mętności $D = 7\sqrt{M}$
  barwy $D = (6 - 8)\sqrt{B}$
  - lepiej nie za dużo

• Odczyn pH

Wzrost pH dla koloidów organicznych powoduje zwiększenie dawki koagulantu, zapewnienie optymalnego pH dla stosowanego koagulantu poprawia skuteczność procesu.

• Temperatura
  - wzrost temp ułatwia koagulację
  - temp < 5°C hamuje hydrolizę, utrudnia kłaczkowanie i sedymentację.

• Czas i szybkość mieszania zwłaszcza wolnego
  zbyt wolne mieszanie nie zapewni możliwości łączenia się kłaczków w większe aglomeraty na skutek zderzeń, powoduje przedwczesną sedymentację, zbyt intensywne może powodować zniszczenie kłaczków oraz częściową desorpcję zatrzymanych. zanieczyszczeń.

• Stosowanie środków wspomagających
  - wapno – przyspiesza hydrolizę koagulantu – uzupełnia naturalną zasadowość wody, wiąże agresywny CO2, koryguje pH.
  - silne utleniacze – Cl2, ClO2, O3, H2O2, KMnO4 przyspieszają koagulację np. przez utlenienie organicznej warstwy koloidów ochronnych.
  - pylisty węgiel aktywny – sorpcja zw rozpuszczonych
  - obciążniki – glina, bentonit, mielony węglan wapnia, ziemia Fullera, pył granitowy, - głównie do wód barwnych bez mętności i zawiesiny, stanowią zarodki kłaczków, przyspieszają ich powstawanie, ułatwiają sedymentację.
  - osad pokoagulacyjny – zwracany do obiegu – przyspiesza flokulację
  - flokulanty - krzemionka aktywna, polielektrolity-
  przyspieszają powstawanie kłaczków i ich sedymentację,
  zwiększenie pow właściwej kłaczków, a więć pojemności sorpcyjnej,
  zmniejszenie wpływu niskich temp
  rozszerzenie optymalnego pH
  zmniejszenie dawki koagulantu