¿Métodos de coagulación y coagulantes para el tratamiento del agua?
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En el tratamiento de aguas residuales industriales y domésticas existe un método de tratamiento físico y químico muy importante: la coagulación. Este método de tratamiento de agua se usa ampliamente y tiene una alta tasa de eliminación de varios indicadores de contaminación. Este método se presenta brevemente a continuación. 1 Método de coagulación 1.1 El concepto de método de coagulación En el agua natural y diversas aguas residuales, existen tres formas de sustancias en el agua: estado iónico, estado coloidal y estado suspendido. Generalmente se cree que las partículas con un tamaño de partícula inferior a 1 nm son sustancias disueltas, las partículas con un tamaño de partícula de 1 a 100 nm son sustancias coloidales y las partículas con un tamaño de partícula de 100 nm a 1 mm son sustancias suspendidas. Las sustancias suspendidas son visibles a simple vista y pueden eliminarse mediante precipitación natural. Las sustancias disueltas existen en estado iónico en el agua, y se puede agregar una sustancia química al agua para que reaccione y forme sustancias insolubles en agua, que luego pueden eliminarse; por precipitación natural Las sustancias coloidales son estables debido a la estructura de doble capa eléctrica de las partículas coloidales y no pueden eliminarse mediante precipitación natural. Es necesario agregar algunos productos químicos al agua para desestabilizar las partículas coloidales que son difíciles de precipitar en el agua. y se agregan entre sí, aumentando hasta el punto en que pueden eliminarse naturalmente dependiendo del grado de precipitación. Este método de desestabilizar los coloides para formar precipitados mediante la adición de sustancias químicas al agua se llama coagulación y las sustancias químicas agregadas se denominan coagulantes. 1.2 Principios básicos de coagulación Las sustancias coloidales en las aguas residuales tienen una enorme superficie específica, que puede adsorber iones positivos o negativos o moléculas polares en el medio líquido, provocando que la carga en la interfaz sólido-líquido se desequilibre en ambos lados del medio. interfaz Se genera una diferencia de potencial, que es la estructura eléctrica de doble capa de las partículas coloidales. Toda la estructura coloidal de las partículas que forman una estructura eléctrica de doble capa se llama micela, y toda la micela es eléctricamente neutra. El centro de la micela es la propia partícula sólida cargada, llamada núcleo de micela. El signo de la carga en el núcleo del coloide es el signo de la carga en el coloide. La razón por la que las partículas coloidales pueden mantener la estabilidad en el agua se debe a la repulsión electrostática entre partículas coloidales (los coloides suelen tener la misma carga y tienen fuerza repulsiva), la hidratación de la superficie del coloide y la fuerza de atracción mutua de Van der Waals entre partículas coloidales. * **Mismo efecto. Cuanto más cargadas están las partículas coloidales, mayor es su potencial. Cuanto mayor es la hidratación entre las partículas coloidales cargadas y los contraiones y las moléculas de agua circundantes, más espesa es la capa de hidratación y más estable es. Agregar productos químicos al agua hace que el coloide pierda su estabilidad y forme partículas pequeñas. Luego, estas partículas pequeñas uniformemente dispersas forman partículas más grandes y se sedimentan en el líquido. La condensación tiene las siguientes funciones: 1.2.1 Compresión de la doble capa eléctrica y neutralización de cargas. Agregue electrolito para reducir el espesor efectivo de la doble capa eléctrica formada en la superficie de las partículas sólidas, de modo que la fuerza de Van der Waals se vuelva dominante y se atraigan entre sí para formar una aglomeración o agregue partículas sólidas con diferentes cargas para que las partículas con diferentes cargas; se atraen entre sí debido a la atracción electrostática. Finalmente se logra la cohesión. 1.2.2 El efecto de adsorción y puenteo de los floculantes poliméricos. Los enlaces simples carbono-carbono de los floculantes poliméricos generalmente pueden rotar. Además, el grado de polimerización es grande, es decir, la cadena principal es más larga y la cadena principal está curvada en el medio acuoso. Muchas partículas sólidas se adsorben en varias partes de la cadena principal, lo que es como construir muchos puentes para las partículas sólidas, lo que permite que estas partículas sólidas se junten relativamente para formar partículas grandes. 1.2.3 El efecto de captura de red de los flóculos. Algunos coagulantes (como las sales de aluminio o las sales de hierro) forman flóculos de compuestos polihidroxi con un alto grado de polimerización en el agua. Durante el proceso de precipitación, pueden adsorber y arrastrar partículas coloidales en el agua y precipitar simultáneamente. efecto floculante. 2 Varios coagulantes comunes Los coagulantes comúnmente utilizados incluyen floculantes inorgánicos, floculantes de polímeros orgánicos, floculantes biológicos, etc. Los principales productos de floculantes inorgánicos son sulfato de aluminio, cloruro de polialuminio, cloruro férrico, sulfato ferroso y sulfato poliférrico, silicato de polialuminio, silicato poliférrico, cloruro férrico de polialuminio, silicato férrico de polialuminio y sulfato de cloruro de aluminio polimérico, etc. Los floculantes de polímeros orgánicos están representados por productos de poliacrilamida. Los biofloculantes son un tipo de materia orgánica polimérica con capacidad de floculación producida por microorganismos, que incluyen principalmente proteínas, mucopolisacáridos, celulosa y ácidos nucleicos. La siguiente es una breve introducción a varios coagulantes de uso común.
2.1 Sulfato de aluminio (AS) El sulfato de aluminio anhidro es un cristal incoloro y es fácilmente soluble en agua. A temperatura ambiente, el sulfato de aluminio que contiene octahidrato es el más estable. Al2(SO4)3·18H2O es una partícula incolora brillante o un cristal en polvo, que es fácilmente soluble en agua y la solución acuosa es ácida (PHlt; =2,5). El producto industrial es un polvo o cristal en bloque de color blanco o ligeramente gris. La superficie del producto puede volverse amarilla debido a la presencia de una pequeña cantidad de sulfato ferroso. El sulfato de aluminio es uno de los primeros floculantes utilizados. El proceso de floculación del sulfato de aluminio sobre partículas coloidales en agua se divide en cuatro áreas: desestabilización por adsorción, floculación por precipitación, zona de mezcla de adsorción-precipitación y reestabilización. Agregar un exceso de sulfato de aluminio formará un coloide y lo estabilizará, afectando el efecto de floculación. El sulfato de aluminio es barato y se utiliza ampliamente. 2.2 Cloruro de polialuminio (también conocido como cloruro de aluminio básico PAC) El cloruro de polialuminio es el floculante más utilizado. Su sólido es resinoso de incoloro a amarillo, fácil de licuar y su solución es de incoloro a marrón amarillento. Un líquido transparente, el cloruro de polialuminio, se disuelve fácilmente. soluble en agua y propenso a la hidrólisis. El proceso de hidrólisis va acompañado de fenómenos físicos y químicos como electroquímica, condensación, adsorción y precipitación. El cloruro de polialuminio generalmente se elabora a partir de tierra de bauxita y ácido mediante procesos complejos como disolución ácida, hidrólisis y policondensación. En comparación con el sulfato de aluminio, el efecto de coagulación del cloruro de polialuminio cambia menos con la temperatura, la velocidad de formación de flóculos es más rápida, las partículas de flóculo y la densidad relativa son mayores, el rendimiento de precipitación es bueno y la dosis es menor. El rango de valor de pH adecuado del cloruro de polialuminio está entre 5 y 9. Una dosis excesiva generalmente no causa reestabilización de los coloides. La práctica a largo plazo ha demostrado que como floculante, el cloruro de polialuminio es superior al sulfato de aluminio. El sulfato de aluminio en muchas plantas de purificación de agua ha sido reemplazado gradualmente por cloruro de polialuminio. La solución acuosa de cloruro de polialuminio es débilmente ácida, tiene un valor de pH de 5,5 a 6,0 y es muy corrosiva para los equipos. 2.3 Sulfato férrico polimérico (PFS) El sulfato férrico polimérico está disponible en forma sólida y líquida. El líquido es un líquido viscoso de color marrón rojizo y el sólido son partículas resinosas de color amarillo claro o gris claro. Durante el almacenamiento y uso del producto, el sulfato poliférrico básicamente no tiene ningún efecto corrosivo en el equipo. La dosis de sulfato poliférrico es baja y básicamente no hay necesidad de controlar el valor del pH del líquido. En comparación con la sal de aluminio, el sulfato férrico polimérico tiene una velocidad de floculación más rápida, forma flores de alumbre más grandes y una velocidad de sedimentación más rápida. Además, también puede decolorar, eliminar iones de metales pesados y reducir la concentración de DQO y DBO en el agua; sin embargo, su efluente es fácilmente visible de color amarillo. 2.4 La poliacrilamida (PAM) se clasifica según sus características iónicas y se puede dividir en cuatro tipos: amida catiónica, aniónica, no iónica y anfótera. Las amidas catiónicas se utilizan principalmente en el tratamiento de agua, las amidas aniónicas se utilizan principalmente en la fabricación de papel y el tratamiento de agua, y las amidas anfóteras se utilizan principalmente en el tratamiento de deshidratación de lodos. La poliacrilamida es fácilmente soluble en agua fría y su peso molecular tiene poco efecto sobre la solubilidad. Sin embargo, cuando la concentración de amida de alto peso molecular excede una fracción de masa de 10, formará un estado de gel. Cuando la temperatura de disolución supera los 50 grados, el PAM sufre una degradación molecular y pierde su efecto de asistencia a la coagulación. Por lo tanto, lo más adecuado es utilizar agua tibia a 45-50 grados para disolver la poliacrilamida. La solución de poliacrilamida generalmente se prepara con una concentración másica de 0,05-2. La amida catiónica tiene una viscosidad pequeña y se puede formular en una solución con una concentración mayor. La amida aniónica tiene una viscosidad mayor y se puede formular adecuadamente en una solución con. una concentración menor. Al preparar la solución, la concentración no debe ser demasiado alta, de lo contrario será difícil controlar la dosis, lo que puede provocar una sobredosis. La cantidad de poliacrilamida añadida es muy pequeña, generalmente entre 0,1 y 2 ppm. Cuando se usa una solución de poliacrilamida para tratar aguas residuales, el efecto de floculación después de la adición está relacionado con el tiempo de agitación y la agitación. Cuando se hayan formado grandes trozos de floculación, no continúe revolviendo, de lo contrario las flores de alumbre más grandes que se hayan formado se romperán en pequeños flóculos, lo que afectará el efecto de sedimentación. 3 Factores que afectan el efecto de floculación La floculación es un proceso físico y químico complejo, y el efecto del tratamiento de floculación es el resultado de una combinación de múltiples factores. Los principales factores que afectan el efecto de floculación son los siguientes: 3.1 Efecto de la temperatura: A medida que aumenta la temperatura del agua, el efecto de floculación aumentará. En condiciones de baja temperatura, se debe aumentar la dosis de floculante. Por otro lado, si la temperatura del agua es demasiado alta, los flóculos formados serán pequeños y el contenido de humedad del lodo aumentará, dificultando su procesamiento. Por lo tanto, una temperatura del agua demasiado alta o demasiado baja es perjudicial para la floculación. Generalmente, las condiciones de temperatura del agua deben controlarse entre 20 y 30 °C.
3.2 Influencia del valor de PH del agua: Cada floculante tiene su rango de valor de PH adecuado Más allá de su rango, el efecto de floculación se verá afectado. Por ejemplo, poliacrilamida, el tipo catiónico es adecuado para su uso en entornos ácidos y neutros, el tipo aniónico es adecuado para su uso en entornos neutros y alcalinos, y el tipo no iónico es adecuado para su uso en entornos que varían desde fuertemente ácidos hasta alcalinos. 3.3 Impacto de las propiedades y estructura de los floculantes: Para los floculantes poliméricos, su estructura y propiedades tienen un gran impacto en la floculación. Cuanto mayor sea el grado de polimerización del floculante de polímero inorgánico, más fuerte será su capacidad de neutralización eléctrica y su función de puente de adsorción. Para los floculantes orgánicos, además de la influencia del grado de polimerización, los floculantes con estructuras lineales tienen un mayor efecto de floculación, mientras que los floculantes de polímeros orgánicos con estructuras cíclicas o ramificadas tienen efectos de floculación deficientes. 3.4 Influencia de la dosis de floculante: Varios floculantes tienen dosis óptimas en las condiciones correspondientes. Si la dosis es menor o excede esta dosis óptima, el efecto de floculación empeorará. Cuando la dosis es insuficiente, la floculación será incompleta. Si la dosis es excesiva, el coloide se reestabilizará y se reducirá el efecto de la floculación. Por lo tanto, se deben probar diferentes floculantes antes de su uso para determinar la dosis óptima. 3.5 Influencia de las condiciones hidráulicas: para que el floculante entre en contacto completo con el cuerpo de agua y aumentar la tasa de colisión de partículas, a menudo se requiere agitación mecánica y la velocidad y el tiempo de agitación deben ser apropiados. Si el tiempo de agitación es demasiado corto, la floculación será insuficiente; si la velocidad de agitación es demasiado rápida y el tiempo demasiado largo, la floculación que se ha formado se romperá y se reducirá la capacidad de adsorción puente de la cadena polimérica; .
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