какие условия необходимы для коагуляции

Что такое коагуляция воды

Вода, используемая для хозяйственно-питьевых целей, должна соответствовать требованиям действующих санитарных правил. Качество воды характеризуется органолептическими показателями: отсутствием окраски, мутности, привкуса, запахов, вредных минеральных и органических взвесей.

Для придания воде потребительских качеств с возможностью применения в питьевом водоснабжении применяют многоступенчатую очистку, включающую разные методы водоподготовки, одним из которых является метод коагуляции воды.

Коагуляция как метод очистки воды

Водоподготовка включает в себя комплекс мероприятий по очистке поверхностных, грунтовых вод от грубых и мелких примесей, взвешенных и коллоидных соединений, обесцвечиванию с помощью коагулянтов. Коагулирование воды ускоряет осаждение и фильтрование примесей в водном растворе.

Давайте разберем, для чего применяется коагуляция воды?

Виды коагуляторов для очистки воды

В современной практике для нарушения агрегативной устойчивости коллоидных примесей применяют:

Чаще всего в качестве неорганических коагулянтов применяют соли слабых оснований и сильных кислот: сульфат Al₂(SO₄)₃, хлорид AlCl₃, оксихлорид Al₂(OH)nCl6-n алюминия, сульфаты и хлориды железа (II) и (III), алюминат натрия NaAlO₂. Их смеси в разных процентных соотношениях нарушают устойчивость коллоидного раствора, используя принцип катионного обмена. Эффективность коагуляции воды повышается при росте валентности катиона.

Процесс коагуляции частиц в воде протекает с образованием гидроксидов железа и алюминия. Неорганические коагулянты отлично растворяются в воде, безопасны, продаются по невысокой цене. Находясь в растворе, меняют его электропроводимость и показатель рН. Правильно подобранный состав уменьшает жесткость воды.

В качестве неорганического флокулянта применяют силикат натрия Na₂SiO₃, активированный до кремниевой кислоты и ее нерастворимых солей.

Применение флокулянтов в качестве самостоятельных коагулирующих агентов имеет ряд преимуществ:

Тонкости метода коагуляции для очистки воды

Схема очистки воды с помощью процесса коагуляции проходит три этапа:

Аморфные и кристаллические частицы примесей в природных водах в коллоидном состоянии имеют одноименные заряды с устойчивостью в растворе за счет отталкивающих сил. Они имеют достаточную адсорбционную емкость, что и используется при коагуляции воды. Методы очищения воды направлены на нарушение этой устойчивости и уменьшение заряда частиц до минимальных показателей. Этого добиваются введением коагулянтов, которые изменяют равновесие дисперсионной системы, образуют коллоиды, поверхность которых сорбирует примеси.

При растворении коагулянтов происходит реакция гидролиза. Ионы металлов, взаимодействуя с гидроксид-ионами (ОН-), образующимися при диссоциации воды, выпадают в осадок в виде практически нерастворимых гидроксидов. В воде концентрируется избыток водород-ионов (Н + ), и дисперсионная среда характеризуется кислой реакцией.

Men + + nH2O ↔ Me(OH)n + nH +

Глубина протекания реакции гидролиза имеет важное значение для обеспечения качества получаемой воды: присутствие ионов Al 3+ в воде, предназначенной для питьевого водоснабжения, недопустимо. Для полной реакции гидролиза необходимо постоянно выводить из реакционной среды получаемые Fe(OH)₃ и Al(OH)₃ и связывать ионы Н + в недиссоциирующие соединения. Гидролитическую реакцию можно ускорить повышением рН, разбавлением коагулянта, увеличением температуры.

Контактная коагуляция протекает на поверхности зернистого материала или макрочастицах сорбента. Микрочастицы коллоидов сближаются с ними в результате перемешивания и броуновского движения. Вандерваальсово притяжение вызывает прилипание и удерживает мелкие частицы на поверхности крупных.

Контактная коагуляция имеет ряд особенностей и приобрела важное значение в технологии водоподготовки. Чем выше концентрация макрочастиц гидроксидов железа и алюминия в дисперсном растворе, тем ярче проявляются эти особенности.

Процесс слипания микро- и макрочастиц, значительно различающихся по размеру, во взвеси с различной степенью дисперсности имеет особенное значение при осветлении воды в осветлителях со слоем взвешенной контактной среды.

Формирование агломератов вокруг частиц гидроксидов, собиравших примеси с образованием хлопьев, происходит в фильтрующем слое за счет прилипания коагулирующих частичек к зернам фильтрующего вещества.

При проведении коагуляции в слое зернистой загрузки пропадает необходимость хлопьеобразования в камерах, осаждения и осветления растворов в отстойниках. Осветлители показывают лучшие показатели с высокой производительностью при избавлении от мутности воды в отличие от отстойников.

Взвешенная контактная среда в осветлителях формируется из Al(OH)3 или Fe(OH)3 и представляет собой фильтрующий материал, который ускоряет очищение водных растворов от взвешенных примесей. При пропускании мутной воды через осадок гидроксидов с остаточной адсорбционной емкостью, улучшается ее обесцвечивание. Использование осветлителей значительно сокращает площадь очистных сооружений, улучшает работу фильтров, существенно снижает расход реагентов.

Влияние на эффективность и интенсивность процесса коагуляции в воде

Для увеличения эффективности очистки воды предусмотрено создание оптимальных условий для интенсификации процесса осаждения гидроксидов алюминия и железа и ускорения протекания коагуляции.

Осветление и коагуляция воды

Источник

Регулирование оптимальных условий коагуляции. Факторы, влияющие на процесс коагуляции.

На процесс коагуляции примесей воды оказывают влияние следующие факторы: концентрация ионов водорода в воде; щелочность; t; условия перемешивания; быстрота смешения коагулянта с водой; содержание в воде естественных взвесей; анионный состав воды; рН; доза коагулянта.

Степень гидролиза увеличивается с разбавлением раствора и увеличения его t и рН. Гидроокись алюминия – амфотерное соединение, т.е. обладающее как кислотными так и основными свойствами.

В кислой среде: ; константа равновесия , т.к. находится в тв фазе, то концентрация его в растворе постоянна и (1).

В щелочной среде ; константа равновесия , где — коэффициент ионного произведения воды.

(2).

Для быстрого и полного протекания процесса гидролиза коагулянта необходимо необходим некоторый щелочной резерв воды, т.е. наличие в воде определенного количества дикарбонат- и карбонатионов, которые связывают ионы водорода, выделяющегося при гидролизе. Одновременно избыток ионов Н + прекращают гидролиз сульфат алюминия.

Если щелочной резерв недостаточен, то в воду дополнительно вводят известь или соду.

Доза подщелачивающего реагента определяется: , если Д_щ>0 – требуется подщелачивание воды.

Д_к – доза коагулянта; е_к – эквивалентная масса безводного коагулянта; Щ₀ – минимальн щелочность воды; 1 – резервная остаточная щелочность; k_щ – коэффициент для извести – 28, для соды – 53.

Молекулы воды, а также частицы ее примеси, находящиеся в тепловом Броуновском движении, интенсивность которого I, прямопропорциональна t воды.

Процесс коагуляции во времени делится на 2 фазы: 1 – пирекинетическая фаза – после введения коагулянта нарушается агрегативная устойчивость частиц примеси, наступает процесс агломерации ионов при их контактировании. Вероятность соударения отдельных частиц и их агломерация зависит от скорости их перемещения, т.е. от Броуновского движения. Пирекинетическая фаза процесса коагулирования примесей воды заканчивается образованием первичных агрегатов. Для дальнейшего передвижения этих агрегатов энергии теплового Броуновского движения становится недостаточно. 2 – коагуляция связана с 4 фактором (условие перемешивания воды) – ортокинетическоя фаза, длится 60 и более минут, происходит слипание и формирование крупных, плотных хлопьев путем перемешивания воды в камерах хлопьеобразования. Интенсивность перемешивания должна обеспечивать максимально возможное контактирование отдельных агрегатов, но не должна вызывать разрушение хлопьев. Влияние быстроты смешения коагулянта с водой – правильный выбор смесителя, подбирается по производительности станции.

Влияние дозы коагулянта имеет первостепенное значение при коагулировании и иллюстрируется коагуляционной кривой.

I – при малых дозах коагулянта эффекта осветления и обесцвечивания незначителен. Граница I-II – порог коагуляции. II – при увеличении дозы коагулянта, увеличивается эффект осветления и обесцвечивания. Граница II-III – оптимальная доза. III – увеличение дозы не дает заметного эффекта.

Под дозой коагулянта подразумевается определенное количество реагента, которое добавляется к единице объем.

Влияние на процесс коагуляции содержание в воде естественной взвеси. По своей структуре хлопья Al(OH)₃ – это цепочки Al(OH)₃ на поверхности которых адсорбированы коллоидные и мелкодисперсные примеси. Эти цепочки могут прилипать к поверхности грубодисперсных примесей, которые является центрами коагуляции. При этом формирование более крупные и плотные хлопья, выпадающие в осадок.

Влияние анионного состава воды проявляется в том, что в зависимости от него изменяется структура и толщина диффузного слоя Б. Анионный состав воды оказывает существенное влияние на электролитное коагулирование Ме(ОН)₃ при гидролизе.

Влияние рН или активная реакция среды

Источник

Современная косметология широко использует коагуляцию для устранения косметологических дефектов. Она бывает двух видов: лазерная и электрическая коагуляция.

Метод лазерной коагуляции основывается на использовании лучей определенной длины. Например, чтобы удалить нежелательные волосы, волосяной фолликул нагревается лучом до температуры, которая разрушает его.

Что представляет собой лазерная коагуляция

Лазерная коагуляция — современный метод, который решает такие косметологические задачи:

При варикозе вен, лазер склерозирует стенки сосудов, останавливая кровотечение, не травмируя его. Лазерная технология точная и безболезненная, применяется для удаления таких новообразований: невусы, фибромы, гемангиомы, папиломы, папилломы, бородавки, родинки и др. Применение возможно на любых участках тела.

Преимущества методов

Преимущества удаления новообразований лазером:

Перед проведением процедуры лазерной коагуляции необходимо проконсультироваться с врачом и ознакомиться с противопоказаниями.

После процедуры не следует посещать сауну и баню, не принимать горячую ванну, необходимо воздержаться от нахождения на открытом солнце. Перед выходом на улице следует использовать солнцезащитный крем с фактором защиты от ультрафиолета SPF 50+. Электрокоагуляция проводится при помощи специального аппарата электрокоагулятора. Различные новообразования прижигаются без повреждения вокруг них здоровой ткани при помощи тока.

Как проводится процедура

После проведения процедуры, место прижигания заживает под сухой корочкой, которую первые несколько дней необходимо обрабатывать антисептиками. Основные преимущества электрокоагуляции:

Рекомендации по подготовке к процедуре коагуляции:

Чтобы принять решение об удалении новообразований, необходимо получить консультацию врача дерматолога, который подберет более подходящий метод коагуляции.

Источник

Х и м и я

Коллоидная химия

Коагуляция коллоидных растворов.

Коагуляция

Коллоидные системы обладают различной устойчивостью. Все они стремятся к уменьшению свободной поверхностной энергии за счёт сокращения удельной поверхности коллоидных частиц, что происходит при их стремлении к объединению.

Удельная поверхность этих частиц очень велика, поэтому они и обладают большим избытком поверхностной энергии, что, в свою очередь, ведёт к термодинамической неустойчивости коллоидных систем.

Процесс объединения коллоидных частиц в более крупные агрегаты называется коагуляцией.

Расклинивающее давление

Расклинивающим давлением называют избыточное (по сравнению с гидростатическим) давление, действующее со стороны тонкого слоя жидкости на ограничивающие поверхности.

В золях оно обусловлено в основном взаимным отталкиванием противоионов диффузного слоя сблизившихся частиц и, кроме того, силами молекулярного взаимодействия между поверхностями этих частиц и молекулами воды.

Изменение свойств воды вокруг коллоидных частиц

Под влиянием электростатических полей, создаваемых ионами, расположенными на поверхности коллоидных частиц, прилегающие к ним молекулы воды сильнее поляризуются и располагаются более упорядоченно, что, в частности, усиливает связь не только между этими молекулами воды, но и между ними и коллоидными частицами.

В результате прилегающий к частице слой воды, приобретает особые свойства (повышенную вязкость и упругость), что препятствует объединению частиц.

Преодоление расклинивающего давления

Только очень малое число столкновений приводит к объединению частиц, поэтому многие золи устойчивы. Если же понизить величину заряда коллоидных частиц, то такие частицы будут легче и сильнее коагулировать.

С наибольшей скоростью коагулируют коллоидные частицы, у которых заряд гранул равен нулю, т.е. частицы, находящиеся в изоэлектрическом состоянии.

Отсутствие заряда у гранулы означает, что у частицы нет противоионов в диффузионном слое и, следовательно, их водной оболочки.

Оказалось также, что полидисперсные золи коагулируют быстрее монодисперсных и что форма частиц имеет значение для этого процесса: с наибольшей скоростью коагулируют палочкообразные частицы.

Динамика процесса коагуляции

При коагуляции двух частиц золя (так называемых частиц первого порядка) образуется более крупная частица второго порядка, которая может объединяться с ещё одной частицей первого порядка, образуя частицу третьего порядка, которая вновь присоединяет частицу первого порядка и превращается в частицу четвёртого порядка и т.д.

Расчёты показали, что присоединение частиц первых порядков происходит легче, чем объединение частиц более высоких порядков.

Сумма всех частиц в золе при коагуляции непрерывно уменьшается, причём если число исходных частиц первого порядка n1 всё время убывает, то число частиц второго порядка n2 вначале увеличивается, а затем уменьшается. Чуть отставая по времени от n2 растёт количество частиц третьего порядка n3, которое, пройдя свой максимум, начинает падать. В это время возрастает количество частиц следующего порядка и т.д.

Седиментация частиц

В результате при коагуляции образуются рыхлые агрегаты различной величины, в которой частицы непрочно связаны между собой.

Крупные агрегаты под действием силы тяжести начинают опускаться на дно сосуда. Происходит процесс седиментации.

Седимента́ция (осаждение) — оседание частиц дисперсной фазы в жидкости или газе под действием гравитационного поля или центробежных сил.

Скорость седиментации зависит от размеров и плотности частиц, от их заряда, вязкости раствора и т.п.

Частицы, находящиеся в изоэлектрическом состоянии, оседают быстрее, так как заряд не препятствует их коагуляции и седиментации.

Использование центрифуг для осаждения

Для ускорения процесса седиментации широко используют центрифуги. Возникающая при помощи них центробежная сила заставляет частицы оседать быстрее. При достаточном числе оборотов удаётся осаждать даже некоагулированные частицы.

При постоянных температуре, вязкости растворителя, величине заряда частиц и т.п. скорость их осаждения зависит от различий в их массе и размерах, благодаря чему можно расчитывать молекулярный вес этих частиц.

При помощи ультрацентрифуг, развивающих скорость в десятки тысяч оборотов в минуту, были определены молекулярные веса многих белков и других органических соединений.

Изменение скорости коагуляции

Самопроизвольная коагуляция многих золей часто протекает медленно. Её можно ускорить, повышая скорость движения частиц. Это поможет им преодолеть расклинивающее давление.

Ускорение движения частиц можно вызвать, например, повышением температуры раствора. Повышение концентрации золя также приводит к ускорению его коагуляции, поскольку с увеличением концентрации растёт число эффективных столкновений между мицеллами.

Процесс коагуляции очень чувствителен к добавлению электролитов.

Электроли́т — вещество, которое проводит электрический ток вследствие диссоциации на ионы. Примерами электролитов могут служить водные растворы кислот, солей и оснований и пр.

Небольшие количества электролитов могут резко ускорить скорость коагуляции. Следовательно, с одной стороны, электролиты необходимы для стабилизации золей, а с другой – их избыточное добавление ведёт к коагуляции золей. Влияние различных электролитов на этот процесс неодинаково.

Зависимость коагуляции от величины заряда иона электролита

Коагулирующее действие электролитов зависит от величины заряда иона, который противоположен заряду коллоидной частицы.

С наибольшей скоростью коагулируют электронейтральные частицы. Такое состояние частицы, заряженной до начала коагуляции, например положительно, станет возможным в том случае, если все противоионы диффузного слоя, заряженные отрицательно, будут перемещены в адсорбционный слой.

Чем выше окажется концентрация добавленного электролита, тем сильнее будет сжат диффузионный слой, тем меньше станет ζ-потенциал и быстрее пойдёт коагуляция.

При достаточной концентрации электролита практически все её противоионы окажутся в адсорбционном слое, заряд частицы снизится до нуля. Отсутствие диффузного слоя обусловит значительное понижение давления расклинивания и коагуляция пойдёт с максимальной скоростью.

Коагулирующее действие ионов резко возрастает с увеличением числа их зарядов в прогрессии, которую грубо принимают за соотношение шестых степеней числа зарядов ионов: 1 : 2 6 : 3 6 и т.д.

В действительности из-за влияния ряда факторов это соотношение оказывается меньшим.

Влияние различных электролитов на коагуляцию золей As₂S₃

Источник