Физико-химические основы процесса коагуляции коллоидных примесей воды

Обработка поверхностных вод начинается с очистки их от грубо-и коллоиднодисперсных примесей, которые могут быть причиной образования накипи на поверхностях нагрева, ухудшения качества пара, загрязнения ионитных материалов.

Грубодисперсные примеси достаточно полно могут быть удалены из воды путем отстаивания и фильтрования, а коллоидные примеси, которые являются наиболее распространенными и в тоже время трудноудаляемыми, требуют применения специальных реагентов.

Коагулированием (в переводе с латыни – “свертывание”) называется технологический процесс обработки воды реагентами, который завершается укрупнением коллоидных примесей. Реагенты, применяемые для этой цели называют коагулянтами.

Чтобы понять сущность процесса коагуляции необходимо разобраться с причинами устойчивости коллоидных растворов, т.е. с тем, почему коллоидные частицы находятся во взвешенном состоянии, не осаждаются и самостоятельно не укрупняются.

Дело в том, что эти частицы имеют исключительно малые размеры, находятся в непрерывном и беспорядочном броуновском движении, что способствует выравниванию концентрации частиц по объему. Между ними действуют силы взаимного притяжения и отталкивания. Силы взаимного отталкивания обусловлены тем, что коллоидные частицы имеют электрические заряды одного знака. Они обладают значительной адсорбционной способностью и накапливают на своей поверхности ионы электролитов одного знака, которые образуют адсорбционный слой. Адсорбцией называют явление изменения содержания конкретного компонента в поверхностном слое по сравнению с содержанием его во внутренних слоях. Коллоидная частица вместе с адсорбционным слоем называется гранулой. И так как гранула имеет электрический заряд, то вокруг ее концентрируются ионы с зарядами противоположного знака – противоионы. Противоионы не связаны с гранулой прочно, они сохраняют способность к диффузии в окружающую жидкость, образуя вокруг гранулы диффузионный слой. Гранула вместе с диффузионным слоем называется мицеллой (рис. 2.5.).

При броуновском движении вместе с коллоидной частицей движется двойной электрический слой, состоящий из ионов адсорбционного слоя и части противоионов диффузионного слоя. Остальные противоионы, расположенные вокруг двойного электрического слоя, отрываются от движущейся частицы и она приобретает некоторый заряд, одинаковый по знаку с зарядом гранулы.

Р ис. 2.5 - Строение мицеллы

Наиболее эффективным методом понижения электрокинетического потенциала является взаимная коагуляция коллоидов, т.е. взаимная нейтрализация их потенциалов путем добавления к природному коллоиду противоположно заряженного коллоида.

Данный способ широко используется в технологии водоподготовки. Для коллоидных примесей природных вод характерен отрицательный потенциал, поэтому для их коагуляции (укрупнения) применяют вещества (коагулянты), продукты гидролиза которых имеют положительный потенциал.

В качестве традиционных коагулянтов используют:

• сернокислый алюминий Аl₂(SO₄)₃·18Н₂О (глинозем);

• сернокислое железо FeSO₄·7Н₂О;

• хлорное железо FeCl₃·6H₂O.

В настоящее время получают распространение новые типы коагулянтов, в частности, полиоксихлориды алюминия (ОХА) и др.