Коагуляция (очистка воды)

При воды очистке коагуляция и флокуляция включают добавление соединений, которые способствуют слипанию мелких хлопьев в более крупные хлопья, чтобы их было легче отделить от воды. Коагуляция — это химический процесс, который включает нейтрализацию заряда, тогда как флокуляция — это физический процесс, который не включает нейтрализацию заряда. Процесс коагуляции-флокуляции можно использовать в качестве предварительного или промежуточного этапа между другими очистки воды или сточных вод, процессами такими как фильтрация и осаждение . Соли железа и алюминия являются наиболее широко используемыми коагулянтами, но соли других металлов, таких как титан и цирконий, также оказались высокоэффективными. ^[1]^[2]

Факторы

На коагуляцию влияют тип используемого коагулянта, его доза и масса; pH и начальная мутность очищаемой воды; и свойства присутствующих загрязняющих веществ. ^[1]^[3] На эффективность процесса коагуляции также влияет предварительная обработка, такая как окисление . ^[1]^[4]

Механизм

В коллоидной суспензии частицы оседают очень медленно или не оседают вообще, поскольку коллоидные частицы несут поверхностные электрические заряды, которые взаимно отталкивают друг друга. Этот поверхностный заряд чаще всего оценивается с точки зрения дзета-потенциала , электрического потенциала на плоскости скольжения. Чтобы вызвать коагуляцию, в воду добавляют коагулянт (обычно соль металла) с противоположным зарядом, чтобы преодолеть отталкивающий заряд и «дестабилизировать» суспензию. Например, коллоидные частицы заряжены отрицательно, а квасцы добавляются в качестве коагулянта для создания положительно заряженных ионов. Как только отталкивающие заряды нейтрализуются (поскольку противоположные заряды притягиваются), сила Ван-дер-Ваальса заставит частицы слипаться (агломерироваться) и образовывать микрохлопья. ^{[ нужна ссылка ]}

Определение дозы коагулянта

Тест в банке

Дозу используемого коагулянта можно определить с помощью баночного теста. ^[1]^[5] Испытание в банке включает в себя воздействие различных доз коагулянта на образцы воды, подлежащей обработке, в одном и том же объеме, а затем одновременное смешивание образцов с постоянным быстрым временем перемешивания. ^[5] Образующийся после коагуляции микрофлок подвергается дальнейшей флокуляции и оседает. Затем измеряют мутность образцов и можно сказать, что доза с наименьшей мутностью является оптимальной.

Микромасштабные испытания на обезвоживание

Несмотря на широкое использование при проведении так называемых «экспериментов по обезвоживанию», полезность метода в банке ограничена из-за ряда недостатков. Например, для оценки эффективности перспективных коагулянтов или флокулянтов требуются как значительные объемы проб воды/сточных вод (литры), так и время эксперимента (часы). Это ограничивает объем экспериментов, которые можно проводить, включая добавление повторов. ^[6] Более того, анализ экспериментов по тестированию банок дает результаты, которые часто носят лишь полуколичественный характер. В связи с широким спектром существующих химических коагулянтов и флокулянтов было отмечено, что определение наиболее подходящего обезвоживающего агента, а также оптимальной дозы «широко считается скорее «искусством», чем «наукой»». ^[7] Таким образом, тесты на производительность обезвоживания, такие как тест в банке, хорошо поддаются миниатюризации. Например, микромасштабный тест на флокуляцию, разработанный LaRue et al. уменьшает масштаб обычных тестов в банках до размера стандартного многолуночного микропланшета , что дает преимущества, связанные с уменьшением объема образца и увеличением распараллеливания; этот метод также пригоден для количественных показателей обезвоживания, таких как время капиллярного всасывания . ^[7]

Потоковый детектор тока

Автоматизированным устройством для определения дозы коагулянта является детектор потокового тока (ППТ). SCD измеряет суммарный поверхностный заряд частиц и показывает значение текущего тока, равное 0, когда заряды нейтрализуются ( катионные коагулянты нейтрализуют анионные коллоиды ). При этом значении (0) дозу коагулянта можно назвать оптимальной. ^[1]

Испытание в банке: смешивание различных доз коагулянта с образцами обрабатываемой воды.

Ограничения

Сама коагуляция приводит к образованию хлопьев, но флокуляция необходима, чтобы помочь хлопьям в дальнейшем агрегироваться и осесть. Сам процесс коагуляции-флокуляции удаляет только около 60–70% природных органических веществ (NOM), и поэтому для полной очистки сырой воды или сточных вод необходимы другие процессы, такие как окисление, фильтрация и седиментация. ^[4] Коагулянты (полимеры, связывающие коллоиды) также часто используются для повышения эффективности процесса. ^[8]

См. также

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и Цзян, Цзя-Цянь (01 мая 2015 г.). «Роль коагуляции в очистке воды». Текущее мнение в области химической инженерии . 8 : 36–44. дои : 10.1016/j.coche.2015.01.008 .
^ Чекли, Л.; Эрипрет, К.; Парк, Ш.; Табатабай, САА; Вронская О.; Тамбурич, Б.; Ким, Дж. Х.; Шон, Гонконг (24 марта 2017 г.). «Показатели коагуляции и характеристики хлопьев тетрахлорида полититана (PTC) по сравнению с тетрахлоридом титана (TiCl4) и хлоридом железа (FeCl3) в мутной воде с водорослями». Технология разделения и очистки . 175 : 99–106. дои : 10.1016/j.seppur.2016.11.019 . hdl : 10453/67246 .
^ Рамаванди, Бахман (1 августа 2014 г.). «Очистка мутности воды и бактерий с помощью коагулянта, выделенного из Plantago ovata» . Водные ресурсы и промышленность . 6 :36–50. дои : 10.1016/j.wri.2014.07.001 .
^ Jump up to: ^а ^б Айеко, Чиа Иветт Приска; Робер, Дидье; Лансине, Дро ушел (01 марта 2017 г.). «Сочетание коагуляции-флокуляции и гетерогенного фотокатализа для улучшения удаления гуминовых веществ из реальной очищенной воды из реки Агбо (Берег Слоновой Кости)». Катализ сегодня . 281 : 2–13. дои : 10.1016/j.cattod.2016.09.024 .
^ Jump up to: ^а ^б Арагонес-Бельтран, П.; Мендоса-Рока, JA; Бес-Пиа, А.; Гарсиа-Мелон, М.; Парра-Руис, Э. (15 мая 2009 г.). «Применение многокритериального анализа решений к результатам испытаний в банках для выбора химикатов при физико-химической очистке текстильных сточных вод». Журнал опасных материалов . 164 (1): 288–295. дои : 10.1016/j.jhazmat.2008.08.046 . ПМИД 18829168 .
^ Люринг, М.; Пессоа Нойма, Н.; де Магальяс, Л.; Миранда, М.; Муччи, М.; ван Остерхаут, Ф.; Гузар, ВЛМ; Манзи Мариньо, М. (июнь 2017 г.). «Критическая оценка хитозана как коагулянта для удаления цианобактерий». Вредные водоросли . 66 : 1–12. дои : 10.1016/j.hal.2017.04.011 . ПМИД 28602248 .
^ Jump up to: ^а ^б ЛаРю, Р.Дж.; Кобблдик, Дж.; Обри, Н.; Крэнстон, Эд; Латулипп, ДР (2016). «Микромасштабный тест на флокуляцию (MFT) — высокопроизводительный метод оптимизации производительности разделения». Химические инженерные исследования и проектирование . 105 : 85–93. дои : 10.1016/j.cherd.2015.10.045 . hdl : 11375/22240 .
^ Оладоджа, Нурудин Абиола (01 июня 2016 г.). «Достижения в поисках заменителей синтетических органических полиэлектролитов в качестве коагулянтов при очистке воды и сточных вод». Устойчивая химия и фармация . 3 : 47–58. дои : 10.1016/j.scp.2016.04.001 .

[:02-1] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и Цзян, Цзя-Цянь (01 мая 2015 г.). «Роль коагуляции в очистке воды». Текущее мнение в области химической инженерии . 8 : 36–44. дои : 10.1016/j.coche.2015.01.008 .

[2] Чекли, Л.; Эрипрет, К.; Парк, Ш.; Табатабай, САА; Вронская О.; Тамбурич, Б.; Ким, Дж. Х.; Шон, Гонконг (24 марта 2017 г.). «Показатели коагуляции и характеристики хлопьев тетрахлорида полититана (PTC) по сравнению с тетрахлоридом титана (TiCl4) и хлоридом железа (FeCl3) в мутной воде с водорослями». Технология разделения и очистки . 175 : 99–106. дои : 10.1016/j.seppur.2016.11.019 . hdl : 10453/67246 .

[3] Рамаванди, Бахман (1 августа 2014 г.). «Очистка мутности воды и бактерий с помощью коагулянта, выделенного из Plantago ovata» . Водные ресурсы и промышленность . 6 :36–50. дои : 10.1016/j.wri.2014.07.001 .

[:1-4] Jump up to: ^а ^б Айеко, Чиа Иветт Приска; Робер, Дидье; Лансине, Дро ушел (01 марта 2017 г.). «Сочетание коагуляции-флокуляции и гетерогенного фотокатализа для улучшения удаления гуминовых веществ из реальной очищенной воды из реки Агбо (Берег Слоновой Кости)». Катализ сегодня . 281 : 2–13. дои : 10.1016/j.cattod.2016.09.024 .

[:2-5] Jump up to: ^а ^б Арагонес-Бельтран, П.; Мендоса-Рока, JA; Бес-Пиа, А.; Гарсиа-Мелон, М.; Парра-Руис, Э. (15 мая 2009 г.). «Применение многокритериального анализа решений к результатам испытаний в банках для выбора химикатов при физико-химической очистке текстильных сточных вод». Журнал опасных материалов . 164 (1): 288–295. дои : 10.1016/j.jhazmat.2008.08.046 . ПМИД 18829168 .

[6] Люринг, М.; Пессоа Нойма, Н.; де Магальяс, Л.; Миранда, М.; Муччи, М.; ван Остерхаут, Ф.; Гузар, ВЛМ; Манзи Мариньо, М. (июнь 2017 г.). «Критическая оценка хитозана как коагулянта для удаления цианобактерий». Вредные водоросли . 66 : 1–12. дои : 10.1016/j.hal.2017.04.011 . ПМИД 28602248 .

[:3-7] Jump up to: ^а ^б ЛаРю, Р.Дж.; Кобблдик, Дж.; Обри, Н.; Крэнстон, Эд; Латулипп, ДР (2016). «Микромасштабный тест на флокуляцию (MFT) — высокопроизводительный метод оптимизации производительности разделения». Химические инженерные исследования и проектирование . 105 : 85–93. дои : 10.1016/j.cherd.2015.10.045 . hdl : 11375/22240 .

[8] Оладоджа, Нурудин Абиола (01 июня 2016 г.). «Достижения в поисках заменителей синтетических органических полиэлектролитов в качестве коагулянтов при очистке воды и сточных вод». Устойчивая химия и фармация . 3 : 47–58. дои : 10.1016/j.scp.2016.04.001 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]