 |
Кинетика и механизм процесса флокуляции
|
|
|
|
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
. Кинетика и механизм процесса флокуляции
.влияние различных факторов на процесс флокуляции
. Виды флокулянтов
. Применение флокулянтов
Заключение
Литература
РЕФЕРАТ
Курсовая работа состоит из: 21 страницы компьютерного текста, 18 использованных источников литературы.
Цель: проанализировать и охарактеризовать процесс флокуляции.
Для достижения цели необходимо было решить следующие задачи:
• Рассмотреть механизм флокуляции;
• Рассмотреть способы проведения флокуляции;
• Рассмотреть применение флокуляции в промышленности.
ВВЕДЕНИЕ
Снижение качества и возрастающие объемы потребления воды со все большей остротой ставят проблему её очистки от загрязнений, и в частности, от взвешенных и коллоидно-дисперсных частиц. Эффективность осаждения дисперсий может быть значительно увеличена с помощью флокулянтов, при этом одновременно снижаются: цветность, запахи, привкусы и микробная загрязненность воды. Кроме того флокулянты позволяют: улучшить качество воды при минимизации времени отстаивания; достигать запланированной производительности при меньших расходах; увеличивать производительность без капитальных затрат; повысить эффективность системы фильтрации и увеличить срок службы фильтров. Однако в настоящее время отсутствует универсальный флокулянт для выделения широкого спектра загрязняющих веществ. Кроме того возникают трудности с выбором определенных условий для оптимальной работы - температуры, рН, концентрации и др. Поэтому сейчас активно ведутся работы по поиску и синтезу новых высокоэффективных флокулянтов.
|
|
|
Кинетика и механизм процесса флокуляции
Процесс флокуляции состоит из адсорбции высокомолекулярных соединений (ВМС) и агрегации частиц полимеров. [1,2,3] Поэтому рассматривая кинетику флокуляции, необходимо учитывать скорость диффузии макромолекул к поверхности частички и достижение адсобционного равновесия. Кинетику флокуляции рассматривают исходя из представлений Смолуховского и Фукса о кинетике коагуляции коллоидных растворов. Для флокуляции полимеросодержащих и непокрытых частиц Флир преобразовал уравнение Смолуховского в такой вид:
= - 2 Ф1 (1 - Ф1) KN2 (1),
где Ф1 - объемная часть полимеросодержащих частиц; К - константа скорости образования молекул.
При Ф1 =0,5 скорость флокуляции должна быть максимальной и равняться ½ скорости коагуляции. На начальной стадии флокуляции ВМС,как показал Уоллес, отношение числа столкновений между покрытыми и непокрытими частицами z к числу столкновений между «чистыми» частицами z0 возрастает в меру увеличения толщины адсорбционного полимерного слоя Δ:
= 
,(2)
где r - радиус частиц;
С - их концентрация.
Ла Мер на основании адсорбционных представлений Ленгмюра вывел уравнение кинетики флокуляции для случая, когда равновесие адсорбции полимера достигается очень быстро и скорость процесса определяется только условиями столкновения частиц:
- 
= - θ (1 - θ) KN2 (3),
где θ - часть поверхности, покрытая полимером.
Из этого уравнения следует, что максимальная скорость флокуляции достигается, когда макромолекулы занимают половину всех адсорбционных мест на поверхности частиц. Влияние кинетики адсорбции ВМС на степень флокуляции определяется в зависимости от эффективности смешения полимера с дисперсией. Существенная зависимость эффективности коагуляции от молекулярной массы при одновременном добавлении ВМС, вероятно, обусловлена влиянием кинетического фактора: продолжительность адсорбционного равновесия ВМС на частицах значительно больше, чем интервал времени между столкновениями частиц в результате броуновского движения.
|
|
|
Много исследователей причиной флокуляции считают образование мостиков между дисперсными частицами с помощью молекул адсорбированного высокомолекулярного вещества. Флокуляция по механизму мостообразования будет разной для случаев установившегося и неустановившегося равновесия адсорбции ВМС на поверхности частичек. В случае неустановленного адсобционного равновесия флокулянтами выступают ВМС, которые, прикрепляясь малым числом контактов на поверхности, слабо деформируются во время адсорбции или содержат достаточно длинные петли и хвосты. Вторым условием флокуляции по механизму мостообразования должно быть наличие свободной поверхности на соседних частицах, на которых могут адсорбироваться несвязанные участки макромолекул. Флокуляция наиболее эффективна на частичном (θ =0,5) покрытии поверхности от гранично возможной, которая хорошо согласовывается с уравнением (3).
Флокуляция в условиях равновесия реагента происходит на протяжении нескольких часов.[2] При этом эффективность процесса зависит от степени полимеризации реагентов, поскольку, имея разную молекулярную массу, они образуют на поверхности адсорбционные слои примерно одинаковой толщины. Но большее влияние оказывает концентрация электролита в системе, так как здесь важно, чтобы длина петель и хвостов адсорбированных макромолекул превышала радиус действия электрических сил отталкивания между частицами.
Потенциальная энергия взаимодействия двух заряженных частиц в зависимости от расстояния между ними Н характеризуется наличием глубокого первичного минимума для малых Н, а для больших частиц - также вторичный минимум на значительных расстояниях. Флокуляция полимеросодержащих частиц в первичном минимуме маловероятна из-за стерической преграды, обусловленной значительной толщиной адсобционных слоев.
Возможна гетерокоагуляция в случае флокуляции дисперсии высокомолекулярными неорганическими полимерами (гели силикатной кислоты), которые вступают в реакцию гидролиза с многозарядными ионами или глобулами полиэлектролитов. Они образуют в растворе кинетические единицы коллоидных размеров. Флокуляцию дисперсий противоположно заряженными электролитами можно объяснить снижением эффективного заряда и потенциала частиц, то есть в этом случае действует механизм аналогичен механизму нейтрализационной коагуляции золей многозарядными противоионами. Заряд поверхности и φ1-потенциал могут снизиться как за счет накопления достаточно большого количества противоположно заряженных звеньев в слое Штерна (в условиях заметной деформации макроионов при адсорбции), так и в последствии разных химических взаимодействий между функциональными группами полиэлектролита и потенциалопределяющими ионами или противоионами двойного слоя частиц. Добавления электролитов расширяют границы флоккулирующей концентрации полиэлектролита вследствие нейтрализации части поверхностного заряда противоионами.
|
|
|
|
|
|
