Nové koagulanty a flokulanty v procesech úpravy vody – téma vědeckého článku o chemických technologiích, přečtěte si text výzkumné práce zdarma v elektronické knihovně CyberLeninka

NOVÉ KOAGULANTY A FLOKULANTY / PROCES ÚPRAVY VODY / VE VODĚ ROZPUSTNÉ POLYELEKTROLYTY / ÚPRAVA VODY / KOAGULACE / FLOKULACE / FLOKULANTY / ČIŠTĚNÍ VODY / VE VODĚ ROZPUSTNÉ POLYMERNÍ KOAGULANTY / VE VODĚ ROZPUSTNÉ KOAGULANTY / POLYMERNÍ KOAGULANTY / KYSELINA POLYSTYRENSULFONOVÁ / POLYVINYLBENZYLTRIMETHYLAMMONIUMCHLORID / ÚČINNOST POLYELEKTROLYTŮ / ČIŘIČE / ÚPRAVNY VODY

Abstrakt vědeckého článku o chemických technologiích, autor vědecké práce – Alexandr Viktorovič Grečanikov, Alexandr Petrovič Platonov, Sergej Grigorijevič Kovčur, Andrej Sergejevič Kovčur

Článek se zabývá procesem sedimentace suspendovaných částic v čističkách úpravny vody za použití různých koagulantů a flokulantů. Je studován vliv polyelektrolytů (kyselina polystyrensulfonová a polyvinylbenzyltrimethylamoniumchlorid) na kvalitu čištění vody. Je studována účinnost polyelektrolytů jako koagulantů. Optimální koncentrace polyelektrolytů ve vodě je 30 mg/l.

Podobná témata vědeckých prací o chemických technologiích, autor vědecké práce — Grečannikov Alexandr Viktorovič, Platonov Alexandr Petrovič, Kovčur Sergej Grigorijevič, Kovčur Andrej Sergejevič

Efektivní technologie pro čištění odpadních vod po flotaci uhelných kalů
Vliv siloxu jako flokulantu na koagulaci během čiření vody z Volhy
Tvrzený hlinitokřemičitý flokulant-koagulant – nové činidlo pro úpravu vody

Vlastnosti použití flokulantů a sorbentů pro čištění procesní vody a průmyslových odpadních vod

Intenzifikace čištění vody pomocí polyakrylamidových flokulantů
i Nemůžete najít, co potřebujete? Vyzkoušejte službu výběru literatury.

Nové koagulanty a flokulanty v procesu rekultivace vody

Je zkoumán proces srážení suspendovaných částic sestupujících v zjasňovacích činidlech rekultivace odpadních vod za použití různých koagulantů a flokulantů. Byl studován vliv polyelektrolytů (polystyrensulfokyseliny a polybenzyltrimethylamoniumchloridu) na kvalitu čištění vody. Byla stanovena účinnost polyelektrolytů jako koagulantů. Optimální koncentrace polyelektrolytů ve vodě byla stanovena na 30 mg/l.

Text vědecké práce na téma „Nové koagulanty a flokulanty v procesech úpravy vody“

NOVÉ KOAGULANTY A FLOKULANTY V PROCESÍCH ÚPRAVY VODY

A.V. Grechannikov, A. P. Platonov, S. G. Kovchur, A. S. Kovčur

Problém čištění vody v odželezňovacích stanicích a tepelných elektrárnách, spočívající v čištění odpadních vod od jemně rozptýlených nečistot, lze řešit a prakticky je řešen pomocí procesu koagulace neboli flokulace. Procesy koagulace a flokulace se používají k oddělení suspendovaných pevných částic z vody, pokud je rychlost jejich přirozené sedimentace příliš nízká, aby bylo zajištěno účinné vyčištění vody.

Cílem práce je studovat vlastnosti ve vodě rozpustných polymerních koagulantů a flokulantů.

Procesy koagulace a flokulace spočívají ve zvětšování malých částic působením elektrolytů nebo polyelektrolytů [1]. Částice vzniklé v důsledku tohoto procesu, které mají ve srovnání s původními částicemi výrazně vyšší rychlost sedimentace, se snadno odstraňují konvenčními mechanickými metodami. Pojmy „koagulace“ a „flokulace“ jsou často zaměnitelné, ale pro získání přesnější představy o procesech čiření a odstraňování železa je lze považovat za dva různé mechanismy. V nepřítomnosti koagulantu nebo flokulantu je mnoho disperzních systémů agregačně stabilních [2]. Důvodem je přítomnost náboje na částicích a výsledná dvojitá elektrická vrstva, stejně jako významná hydrofilnost, která brání částicím v přiblížení se na těsné vzdálenosti, ve kterých převládají molekulární přitažlivé síly. Přidání koagulantu nebo flokulantu vede ke stlačení dvojité elektrické vrstvy, ke snížení elektrického potenciálu částic, což způsobuje pokles iontově-elektrostatických odpudivých sil, což má za následek snížení stability agregátu.

Teoreticky by koagulace měla probíhat v izoelektrickém bodě, kdy je potenciál částic nulový. V praxi ke koagulaci nedochází v izoelektrickém bodě, ale při dosažení určitého kritického potenciálu (zeta potenciálu). Hodnota kritického potenciálu závisí málo na typu elektrolytu, se kterým byl dosažen. Pro mnoho systémů je tento potenciál blízký 30 mV. Pro koloidy přítomné v přírodní vodě s pH 5 až 8 je zeta potenciál obvykle od -14 do -30 mV. Čím je jeho hodnota zápornější, tím větší je náboj částic. S klesajícím zeta potenciálem se může zmenšovat vzdálenost mezi částicemi, což zvyšuje pravděpodobnost jejich srážky. V systému úpravy vody s pH 6 až 8 koagulanty vytvářejí kladné náboje, které snižují zápornou hodnotu zeta potenciálu. Koagulace obvykle probíhá při mírně záporném zeta potenciálu, takže úplná neutralizace náboje obvykle není nutná. Pokud je koagulantem předávkováno, povrch částic se kladně nabije (kladný zeta potenciál) a částice se vrátí do dispergované fáze.

Aby se po přidání koagulantu narušila stabilita koloidního systému, je nutné provést míchání. Účinnost koagulačního procesu do značné míry závisí na četnosti a počtu srážek částic. Pro aglomeraci částic je nutné zajistit podmínku pro jejich srážky, za tímto účelem se provádí míchání. Maximálního účinku lze dosáhnout intenzivním mícháním, během kterého se koagulant rychle rozprostře po celém objemu, což urychluje proces srážek částic. Vzhledem k tomu, že většina kontaminantů ve vodě během úpravy vody v tepelné elektrárně je negativně nabitá, koagulační účinek vyvíjejí kationty přidaného koagulantu a čím větší je náboj kationtu, tím vyšší je jeho koagulační kapacita [3].

Nejčastěji používanými koagulanty v procesech úpravy vody jsou sloučeniny hliníku a železa. Síran hlinitý Al12(804)18^20I4 se v Běloruské republice široce používá k čištění přírodních a odpadních vod. V závislosti na složení nečistot v odpadních vodách se doporučuje provádět koagulační proces s hliníkovými solemi v rozmezí pH 8 – 8047. Zásadité hliníkové soli jsou ve vodě špatně rozpustné. Pro rychlou a úplnou hydrolýzu síranu hlinitého (k vazbě vodíkových iontů uvolněných během hydrolýzy) je nutné do vody přidat alkalická činidla – hašené vápno, kalcinovanou nebo hydroxid sodný. Síran železnatý ¥В20И9 se používá při pH = 9,5 – 1. Pro snížení koncentrace rozpuštěného hydroxidu železitého (II) se dvojmocné železo oxiduje na trojmocné. Železité soli jako koagulant zajišťují produkci hustých těžkých vloček, které se usazují vysokou rychlostí. Pro zvýšení účinnosti čištění vody lze použít koagulant sestávající ze směsi roztoků síranu hlinitého a chloridu železitého v poměru 1:XNUMX (hmotnostně).

Koagulanty destabilizují koloidní systém neutralizací sil různé povahy, které zajišťují jeho stabilitu. Přidaný koagulant neutralizuje náboje a ničí „mrak“ obklopující koloidní částice (obrázek 1)

a). Flokulanty zvětšují velikost vloček vzniklých během koagulace. Vzhledem k tomu, že flokulant vytváří můstkové vazby mezi slepenými koloidními částicemi, vznikají velké a snadno vysrážené vločky (obrázek 1b).

Jako vysokomolekulární ve vodě rozpustné flokulanty se používají anorganické polymery (např. polymerní kyselina křemičitá), přírodní polymery (deriváty celulózy a škrobu) a syntetické organické polymery (polyethylenoxid, polyvinylalkohol, polyvinylpyridiny, polyakrylamidy). Ze syntetických organických polymerů se nejčastěji používají polyelektrolyty a polyamidové flokulanty. Polyakrylamidové flokulanty se používají k čištění pitné vody, přírodních a průmyslových odpadních vod [4].

Obrázek 1 – Schémata procesů koagulace a flokulace: a) koagulace,

Konformace molekul polyelektrolytů rozpustných ve vodě závisí hlavně na jejich koncentraci, stupni náboje a přítomnosti nízkomolekulárních elektrolytů. V současné době neexistuje univerzální teorie, která by uspokojivě popisovala chování polyelektrolytů. Závislost charakteristické viskozity polyelektrolytů na jejich molekulové hmotnosti ukazuje, že jejich molekuly, a to i při maximálních stupních ionizace, nejsou tuhé tyčinky, ale silně nabobtnalé kuličky. Termodynamická teorie konformačních vlastností molekul polyelektrolytů potvrzuje, že elektrostatické odpudivé síly nejsou schopny transformovat makromolekulu kulovitého tvaru na tyčovitou. Makromolekula má vždy mezilehlou formu, která je superpozicí dvou uvedených forem. Se zvyšující se koncentrací se zvyšuje příspěvek sférické formy, zvyšuje se symetrie pole vytvořeného polyiontem a se zředěním se zvyšuje příspěvek řetězové formy.

Určení tvaru molekuly polyelektrolytu je důležité pro procesy koagulace a flokulace v průmyslovém čištění vody, protože tyto procesy probíhají za přítomnosti nízkomolekulárních elektrolytů, což výrazně komplikuje nalezení optimální koncentrace polyelektrolytu. Dosud nebyla vyvinuta žádná teorie, která by umožňovala určit tvar molekuly polyelektrolytu v závislosti na její koncentraci a přítomnosti nízkomolekulárních elektrolytů.

V této práci byly použity následující polyelektrolyty: kyselina polystyrensulfonová (PS) a její soli, a také chlorid

polyvinylbenzyltrimethylamonium (C1P). Kyselina polystyrensulfonová byla získána sulfonací polystyrenu s molárními hmotnostmi 80 000, 120 000 a 200 000. Stupeň sulfonace byl téměř 100 %. HP byl čištěn dialýzou přes celofánovou membránu a také průchodem přes KRS kationit v H-formě. Během skladování viskozita roztoků HP klesá, což je způsobeno jeho částečnou destrukcí. Viskozimetrická měření roztoků polyelektrolytů nám neumožňují přesně určit jejich molární hmotnost, protože pro takové roztoky neexistují kalibrační křivky. Proto je vhodné použít jako charakteristiku HP viskozitu. Viskozita stabilizovaného HP se v průběhu času nemění. Soli alkalických kovů a kovů alkalických zemin byly získány zpracováním kyseliny.

na pH = 7. Polyelektrolyt ClP byl získán chlormethylací polystyrenu

monochlormethyletherem a animací vodným roztokem trimethylaminu. Stupeň aminace byl 0,98. Molární hmotnosti polystyrenu: 80 000, 120 000, 200 000. Čištění a stabilizace ClP byla provedena stejným způsobem jako HP. Koncentrace roztoků polyelektrolytů byla provedena odpařováním při 50 °C.

Účinnost flokulantů byla hodnocena množstvím dispergovaných částic v suspenzi ve vrstvě vyčištěné vody pomocí gravimetrických a fotokolorimetrických metod. Jako flokulanty byly použity polyvinylbenzyltrimethylamoniumchlorid (ClP) a polystyrensulfonát sodný (NaP) a jako koagulant síran železnatý. Koncentrace ClP a NaP byly 30 mg/l a FeSÜ4 100 mg/l. Výsledky studií jsou uvedeny na obrázku 2.

Nejlepších výsledků se dosahuje při použití ClP jako flokulantu. To je dáno tím, že ve vodě rozpustné polyelektrolyty mají vlastnosti dané přítomností aktivních ionizujících funkčních skupin v řetězci makromolekul a také následujícími faktory:

— polykationit je monofunkční a má zásaditý charakter;

— ClP je schopen disociace v širokém rozmezí pH prostředí;

— kationtové polyelektrolyty mají vysokou výměnnou kapacitu, která je dána přítomností chlormethylových skupin;

V této práci byly použity následující polyelektrolyty: kyselina polystyrensulfonová (PS) a její soli, a také chlorid

Polyvinylbenzyltrimethylamonium (ClP). Kyselina polystyrensulfonová byla získána sulfonací polystyrenu s molárními hmotnostmi 80 000, 120 000 a 200 000. Stupeň sulfonace byl téměř 100 %. HP byl čištěn dialýzou přes celofánovou membránu a také průchodem přes KRS kationtoměnič v H-formě. Během skladování viskozita roztoků HP klesá, což je způsobeno jeho částečnou destrukcí. Viskozimetrická měření roztoků polyelektrolytů nám neumožňují přesně určit jejich molární hmotnost, protože pro takové roztoky neexistují kalibrační křivky. Proto je vhodné použít jako charakteristiku HP viskozitu. Viskozita stabilizovaného HP se v čase nemění. Soli alkalických kovů a kovů alkalických zemin byly získány úpravou kyseliny na pH = 7. Polyelektrolyt ClP byl získán chlormethylací polystyrenu.

monochlormethyletherem a animací vodným roztokem trimethylaminu. Stupeň aminace byl 0,98. Molární hmotnosti polystyrenu: 80 000, 120 000, 200 000. Čištění a stabilizace ClP byla provedena stejným způsobem jako HP. Koncentrace roztoků polyelektrolytů byla provedena odpařováním při 50 °C.

Účinnost flokulantů byla hodnocena množstvím dispergovaných částic v suspenzi ve vrstvě vyčištěné vody pomocí gravimetrických a fotokolorimetrických metod. Jako flokulanty byly použity polyvinylbenzyltrimethylamoniumchlorid (ClP) a polystyrensulfonát sodný (NaP) a jako koagulant síran železnatý. Koncentrace ClP a NaP byly 30 mg/l a FeSO4 100 mg/l. Výsledky studií jsou uvedeny na obrázku 2.

Flokulace a koagulace jsou jevy, které se používají zejména v procesech čištění vody. Umožňují sloučení částic suspendovaných ve vodě do větších agregátů, což umožňuje jejich vysrážení a filtraci. Zjistěte, jak tyto procesy fungují, jak se liší a jaké chemické sloučeniny se používají jako koagulanty a flokulanty.

Co je to koagulace a flokulace vody?

Procesy koagulace a flokulace se používají v suspenzích a koloidech, tedy systémech, kde je jedna látka dispergována v druhé. Koagulace umožňuje jedné z těchto sloučenin vysrážet se do agregátů tvořících spojitou fázi. Může to být sediment, gel nebo pasta. Flokulace na druhé straně umožňuje, aby se tyto agregáty, to znamená slepené pevné částice, spojily do ještě větších struktur, které lze snadno odstranit z roztoku. Oba procesy se používají při čištění odpadních vod, kde se jim odpadní voda podrobuje po předběžném mechanickém čištění. Koagulace a následná flokulace jsou chemické metody čištění vody, které odstraňují větší částice nečistot pomocí filtrace nebo sedimentace.

Jaký je mechanismus koagulace a flokulace?

Fenomén koagulace může být způsoben přidáním určitých chemických sloučenin, jako jsou elektrolyty nebo plniva, a také teplotou a dalšími vnějšími faktory, jako je pH, které urychlují pohyb částic a podporují jejich srážku. Proto je proces koagulace podporován mícháním, mačkáním a aplikací ultrazvuku na směs.

Při procesu koagulace dochází k destabilizaci částic znečištění, což vede k jejich sdružování do tzv. mikroagregátů. Koagulanty, látky stimulující agregaci malých částic, jsou často zaměřeny na adsorpci na jejich povrchu a neutralizaci jejich negativního povrchového náboje, což zabraňuje agregaci částic a tvorbě sedimentu. Vzniklé mikroagregáty ještě nejsou pouhým okem příliš viditelné a vzniklý sediment je rozptýlen.

Pro usnadnění usazování a sedimentace suspendovaných látek nebo pro vytvoření větších agregátů pro jejich zachycení a účinnou filtraci je následně aplikován proces flokulace. Flokulanty, které tento jev podporují, podporují fúzi mikroagregátů do větších struktur. Často se jim říká „vločky“, jsou viditelné pouhým okem a snadněji se srážejí, takže je lze zachytit pomocí filtrů. Flokulanty jsou často polymerní látky, které adsorbují částice koagulantu, mění vlastnosti jeho povrchu, stimulují přiblížení částic, vyplňují mezery mezi nimi a prostřednictvím chemických vazeb, obvykle vodíku, tvoří makroagregáty. Tyto struktury jsou obvykle viditelné pouhým okem, jsou volně zabaleny a lze je snadno zničit intenzivním protřepáváním. Příkladem přirozeného vločkování je agregace sněhových vloček do větších forem.

Jaké sloučeniny se používají jako flokulanty a koagulanty?

Jako anorganické koagulanty se nejčastěji používají trojmocné kationty, jako jsou sloučeniny železa nebo hliníku. Stimulují koagulaci mnohem účinněji než dvojmocné ionty. Při jejich použití je důležité zajistit správné pH roztoku přidáním kyseliny nebo zásady. Pro ionty železa je optimální pH nad 5 a pro ionty hliníku mezi 6 a 7,4. Někdy se používají organické koagulanty – kationtové polyelektrolyty, jejichž výhodou je výrazně menší množství vzniklé sraženiny.

Polymerní sloučeniny se používají jako flokulanty. Mohou to být organické sloučeniny (například želatina nebo škrob), anorganické (například aktivovaný oxid křemičitý) a také syntetické, jako jsou polyakrylamidy, polyethylenoxid nebo polyvinylalkohol. Volba vhodného flokulantu závisí na požadovaném účinku. Aniontové flokulanty se používají pro suspenze s alkalickou nebo neutrální reakcí a kationtové pro suspenze s kyselou reakcí. Použití syntetických flokulantů umožňuje snížit množství sedimentu a jeho zvětšení.

Co je třeba vzít v úvahu při provádění koagulace a flokulace?

Při použití koagulace a flokulace v technologických procesech je důležité nejen zvolit vhodné chemické složení pro daný proces, ale vzít v úvahu i řadu dalších důležitých faktorů. To určuje efektivitu a efektivitu procesu, který vyžaduje správnou optimalizaci. Je nutné vybrat nejen správný typ koagulantu nebo flokulantu, ale také jeho koncentraci. Důležitý je typ pevných částic přítomných v roztoku, jejich velikost, množství a koncentrace. V procesu koagulace a flokulace je důležitá také rychlost dávkování koagulantů a flokulantů, teplota a intenzita míchání. Pomalé míchání podporuje tyto procesy, zatímco příliš intenzivní míchání může vést k rozpadu agregátů vzniklých v důsledku flokulace. Je také nutné naplánovat proces odstraňování koagulantu nebo flokulantu z konečného produktu. V prodejně Foodcom najdete různé druhy koagulantů a flokulantů, ale i další přísady používané v technologických procesech. To vám umožní vybrat vhodné formulace pro aplikaci, o kterou máte zájem.

Oblasti použití flokulantů a koagulantů

Koagulace a flokulace se používá v mnoha technologických procesech, kde je nutné čistit nebo čiřit roztok, stejně jako získat určitou koloidní směs. Hlavní aplikací těchto procesů je čištění odpadních vod sedimentací.

Čištění odpadních vod a čištění vod

V procesu čištění odpadních vod hraje koagulace a flokulace důležitou roli při usazování a filtraci suspendovaných znečišťujících látek. Používají se také k čištění a čiření bazénové vody, často ve spojení s chlornanem sodným, který se používá k dezinfekci vody. K čištění vody od zbytků barev nebo laků, které se usazují na povrchu vody, lze také použít koagulanty a flokulanty, takže je lze snadno filtrovat.

Biotechnologie a farmakologie

Procesy koagulace a flokulace jsou široce používány v biotechnologických procesech, například při výrobě biofarmaceutik. Používají se zejména k oddělení buněčné hmoty mikroorganismů produkujících účinné látky od produktů jejich metabolismu a vzniklých nečistot. V mnoha produktech umožňuje flokulace také separaci jednotlivých sloučenin. Flokulace se využívá i v laboratorní diagnostice, zejména při studiu krevní plazmy.

Další technologické postupy

Flokulace je široce používána v biotechnologiích, celulózovém a papírenském průmyslu a v potravinářském průmyslu, stejně jako v těžebním, metalurgickém a ropném průmyslu. Tento proces se používá i v jiných procesech, kde je nutné separovat částice v koloidní formě, například pro odstranění emulzí, suspenzí nebo kovů. V metalurgii procesy koagulace a flokulace umožňují selektivní vysrážení jednotlivých kovů, což usnadňuje jejich extrakci. Fenomén koagulace se využívá i při výrobě polymerů, plastů a barev. Koagulací může dojít i ke vzniku různých past a gelů, ale i pevných materiálů, které se používají např. ve stavebnictví (výroba betonu nebo cementu) a při výrobě keramiky. Srážení bílkovin se naopak využívá v mlékárenském průmyslu při výrobě jogurtů, dále při výrobě sýrů nebo v pivovarnictví. Při výrobě papíru flokulace umožňuje odvodnění produktu a kombinování celulózových vláken s přísadami za vzniku papíru.

Jak vidíme, procesy koagulace a flokulace nacházejí široké uplatnění v nejrůznějších oborech – jak pro čištění směsí, produktů, odpadních vod a vod, tak ve výrobě v potravinářském průmyslu, biotechnologii, metalurgii, výrobě papíru a lékařství. V každém případě je důležité dobře porozumět složení směsi, která bude podrobena procesu koagulace nebo flokulace, a také správně vybrat použité složení a podmínky procesu.