Coagularea sau eliminarea suspensiilor cu ajutorul eactivilor chimici

Coagularea sau eliminarea suspensiilor cu ajutorul eactivilor chimici

In decantoare, se pot elimina suspensiile in proportie de 80 - 90%. Suspensiile foarte fine si cele coloidale, nu se pot elimina prin simpla decantare,oricat de lung ar fi timpul de sedimentare, datorita echilibrului coloidal in care se afla aceste suspensii.Cand cantitatea de particule foarte fine si coloidale nu depaseste 10 - 20%, apa de la decantoare se pote trece direct la filtrare. Pentru a evita colmatarea deasa a filtrelor se impune tratarea chimica a apei

Acest procedeu de tratare a apei, caracterizat prin utilizarea reactivilor chimici, este cunoscut sub numrle de coagularea sau floculare.

Coagularea este procesul fizico-chimici complez de tratare a apelor cu reactivi chimici, in vederea eliminarii particulelor fine si coloidale din apa,avand loc totodata si eliminarea, in masura mai mica sau mai mare,a unor poluanti prezenti in apa si a microorganismelor.

Teoria procesului de coagulare

Datorita mecanismelor implicate de procesul coagulare,cercetarile moderne se bazeaza pe un studiu aprofundat, a celui mai complex sistemdispers,sistemul coloidal.

Un sistem coloidal este un sistem dispers, cu particolele fazei disperse de la 1 la 200 mu.Sistemele coloidale difera foarte mult intre ele, in privinta stabilitatii.

Procesele care duc la distrugerea stabilitatii coloidale au fost impartite de Pescov in doua categorii³:

a. Procese de sedimentare:acestea determina separarea particulelor fazei disperse, fie prin depunere,fie prin ridicarea la suprafata mediului, in functie de greutatile specifice ale particulelor si a mediului.

b. Procese de coagulare: acestea constau in marirea dimensiunilor particulelor fazei disperse prin alipirea, prin comtopirea lor.

Particula coloidala are o structura foarte complexa care apare stratificata, avand drept rezultat incarcarea electrica a acesteia fata de solutie. Inpreruna cu stratul de contraioni se formeaza micela.

Micela in repaus este neuta. La miscarea micelei, in raport cu solutia, ia nastere un strat de alunecare, la limita stratului Stern si impreuna cu particula coloidala se misca si stratul Stern.Restul stratului dublu difuz se misca cu solutia. In acest mod ia nastere o diferenta de potential zeta, sau potentialul electroncinetic (notat cu PZ) care reprezinta o parte a potentialului total. Sistemul coloidal se caracterizeaza prin stabilitatea cinetica si stabilitatea la agregare.

Stabilitatea cinetica este rezultatul interactiunii fortei gravitationale, miscarii browniene si a difuziunii. Daca particulele coloidale au tendinta de a precipita complect, sistemul isi pierde stabilitatea cinetica.

Stabilitatea la agregare reprezinta capacitatea unui sistem coloidal de a-si mentine gradul de dispersie, adica de a se opune maririi dimensiunilor particulelor disperse. Ele sunt stabile, din punct de vedere cinetic, dar sunt mai putin stabile din punct de vedere al agregarii.

Eliminarea suspensiilor din apa, cu ajutorul reactivilor chimici, urmareste distrugerea stabilitatii la agregare, prin marirea dimensiunilor particulelor si depunerea lor, ceea ce atrage dupa sine si distrugerea stabilitatii cinetice.

Acest proces de disrugere a stabilitatii la agregare, poarta denumirea generala de destabilizare a sistemelor coloidale.Destabilizarea sistemelor coloidale se poate realiza pe diferite cai: cu ajutorul agentilor de coagulare, cu ioni nehidrolizabili; prin ridicarea temperaturii; prin imbatranirea solurilor.

Coagularea este rezultatul a doua procese independente si distincte: destabilizarea si transportul particulelor destabilizate.

a. Procesul de destabilizare a dispersiei coloidale, urmareste transformarea sistemelor coloidale stabile in sisteme instabile, folosind agenti de coagilare, care actioniaza printr-un mecanism complex.

b. Procesul de transport, are rolul de a aduce in contact particulele coloidale destabilizate, favorizand astfel ciocnirea lor. Ciocnirile pot fi eficace, ducand la aglomerarea particulelor.

Procesul de destabilizare

Teoria destabilizarii prin forte fizice. Cel mai simplu model, atribuie destabilzarea interactiunii contraionilor, cu dublul strat electric, al micelei si a fost elaborat de Gouy-Chapman.² Potrivit acestei teorii destabilizarea are loc, datorita atractiei electrostatice a contraionilor de catre suprafata particulelor. Destabilizarea are loc in conditii optime.

Aceasta teorie presupune un echilibru, intre fortele de respingere electrostatica si cele de atractie.

Teoria fortelor fizice nu poate explca o serie de cazuri practice.

Teoria destabilizarii prin forte de adsorbtie.

Daca consideram in procesul de destabilizare, preponderenta fortelor de adsorbtie, ne situam in domeniul coagularii de adsorbtie. Mecanismul destabilizarii admiteca produsii de hidroliza ai coagulantului sunt adsorbiti la suprafata particolelor coloidale, interactionand cu aceasta.

La concentratii mai mari ale coagulantului are loc restabilizarea dispersiei coloidale.

Teoria fortelor chimice. Aceasta teorie atribuie procesul de destabilizare fortelor chimice. In forma ei cea mai simpla, aceasta teorie poate fi redata astfel: moleculele polimere, care rezulta prin hidroliza coagulantului si polimerizarea produsilor de hidroliza, se adsorb cu unul sau mai multe puncte pe suprafata particulelor coloidale, restul moleculei ramanand indreptat spre solutie. Aceste secmente pot actiona, fie cu punctele de absorbtie libere a altei particole coloidale, sau cu secmentele libere ale altei moloecule polimere, adsorbite deja pe particole coloidale. Se formeaza punti de legatura, care impanzesc sistemul colidal producand aglomerarea particulelor sub forma de flocule.

Procesul de transport.

Are rolul de a aduce in contact particulele coloidale destabilizate, favorizand astfel ciocnirea lor. Aceste ciocnirii pot fi eficace sau elastice.

Cand particulele au dimensiuni foarte mice transportul pariculelor este realizat de miscarea browniana. Acest transport se numeste pericinetic, iar coagularea corespunzatoare, cuagulare pericinetica.

Daca particulele sunt de dimensiuni mai mari, contributia miscarii browniene la transport este nenansemnata. Determinantii devin gradientii de viteza. Transportul se numeste ortocinetic, iar coagularea ortocinetica.

Cercetarile si calculele efectuate au aratat ca viteza procesului de destabilizare este mult mai mare decat viteza procesului de transport. Deci procesul de transport constituie, faza limtativa a coagularii. Procesul de transport este un proces fizic, determinata de factorii fizici. Rezulta deci ca factorii fizici determina viteza coagularii, iar factorii chimici, care guverneaza mai ales destabilizarea, determina eficacitatea procesului. Astfel Sontheimer face o deosebire inter coagulare, proces in care destabilizarea este determinata de forte fizice si floculatie.

Stumm si Hahn deosebesc doua procese: flocularea care cuprinde coagularea si floculatia. In inglobarea si eliminarea suspensiilor, in precipitatele voluminoase si gelatinoase care se depun .Coagularea de ab sorbtie este determinata de saruri hidrolizabile ale metalelor polivalente, de contraioni superficiali activi si complecsi polinucleari solubili.