Flokulacija
Flokulacija(pahuljičenje) ikoagulacijasu osnovni postupci u većem broju različitih područja, uključujućibiokemiju,proizvodnjusiraiguma,teobradu voda(pročišćavanje vode) iotpadnihvoda. U postupcima obrade voda i otpadnih voda koagulacija i flokulacija su iznimno važni. Koagulacija je postupak izbijanjanabojakoloidnih čestica.Jednom neutralizirane, čestice se više ne odbijaju jedna od druge i mogu ostati okupljene. Flokulacija je postupak okupljanja destabiliziranih ili koaguliranih čestica da bi se stvorile veće nakupine ili flokule. Bez koagulacije ne može nastupiti flokulacija, odnosnotaloženječestica, a samim postupkom koagulacije ne možemo praktički odstranitikoloidne tvariizvode.Primarni flokulanti (koagulansi) sukemikalijeili supstance koje dodane u zadanususpenzijuiliotopinuda bi se postigla destabilizacija. Pomoćni flokulanti (koagulansi) su kemikalije ili supstance dodane u destabiliziranu suspenziju ili otopinu da ubrzaju flokulaciju ili da ojačaju flokule koje su se stvorile tijekom flokulacije. Proces bistrenja može se odvijati u horizontalnombazenuili uzvodnom akceleratoru. Da bi se uspješno obavio postupak koagulacije, potrebno je uraditi određeneeksperimentalnamjerenja u laboratoriju.[2]
Bistrenje vode obuhvaća postupketaloženja(sedimentacije), koagulacije, flokulacije ifiltracije.
Zakoloidne sustavevrijedi da je veličina čestica disperzne tvari od 1 do 200nm,dok je kod grubo disperznih sustava veličina istih tih čestica veća od 200 nm. Zbog toga se koloidne tvari ne mogu vidjeti običnimmikroskopom,jer su im dimenzije manje odvalne duljinesvjetlosti(350-700 nm). Koloidne tvari mogu se vidjeti posredno pomoćuTyndallovog učinkai optičkog mikroskopa. U prirodnim vodama mogu postojatihidrofilne(hidrofilne otopljene tvari su one koje voda privlači, pa se zbog hidratacije brže otapaju u vodi - male organske molekule u stanicama:šećeri,organskekiselinei nekeaminokiseline) ihidrofobne čestice(nisu topljive u vodi -lipidii većinabjelančevina), ali uglavnom susrećemo hidrofobne koloidne čestice. Koloidne tvari suelektrički nabijene česticečiji jeelektrični potencijalu granicama od od 5 do 80mV.
Većina prirodnih sirovih voda imaju hidrofobne koloidne čestice koje posjeduju negativne naboje. Potrebno je naglasiti da koloidne čestice imaju velik stupanj disperzije (usitnjenja), a time i ogromnu kontaktnu površinu (računa se po jedinici težine ili jediniciobujma).Brzinataloženja koloidnih čestica vrlo je mala, a može se računati prema Stokesovom zakonu.
Koloidna česticakvarcaimapromjer10-7m (100nm),temperaturu20˚C(293K). Za takvu česticu brzinataloženjaiznosi približno 10-6cm/s.To znači da čestica može proći put taloženja od 1 cm za 11,6 dana. Za put taloženja od 1metarvrijeme taloženja iznosi oko 1 160 dana, a to približno iznosi 3,2 godine.
Koloidne čestice mogu se praktički odstraniti iz vode jedino povećanjem veličine čestice, odnosno povećanjem brzine padanja (taloženja) na oko 2 do 4 m/h. U svrhu povećanja veličine koloidnih čestica neophodno je izbijanje naboja do ± 5 mV, jer se u ovom području električki nabijene čestice mogu približiti do 100 nm (10-7cm), kada započinje djelovanje adsorpcijske sile (Van der Waalsova sile).
Izbijanje naboja koloidnih čestica zove se koagulacija, a rast skoro neutralnih čestica u veće nakupine (flokule) zove se flokulacija. Bez koagulacije ne može nastupiti flokulacija, odnosno taloženje čestica, a samim procesom koagulacije ne možemo praktički odstraniti koloidne tvari iz vode. Za odvijanje procesa koagulacije se dozirajusolialuminijaiželjeza(Al3+,Fe3+). Potrebne količine koagulanasa se kreću u rasponu od 10 do 50gramapom3sirove vode. Nakon koagulacije spontano slijedi proces flokulacije. Međutim, u praksi je često potrebno ubrzavati proces stvaranja flokula dodatkom tzv.polielektrolitau količini 0,05 do 0,5 g/m3.Polielektroliti su najčešće organski spojevi, čijemolekulese sastoje od dugačkih lanaca koji sadrže naboje.Molna masatih lanaca kreće se u intervalu od 1 x 106do 4 x 106g/molu tvari.[3]
Emulzijenisutermodinamičkistabilni sustavi već postoji mogućnost njihovog razdvajanja na faze. Prvi korak u razdvajanju je flokulacija koja podrazumijeva jednak broj i veličinu kapljica disperzne faze kao i u početnoj emulziji, ali one plivaju na površini disperznog sredstva (vrhnjenje) ili setaložena dno (sedimentacija). Sljedeći je korak koalescencija kod koje se pojedinačnih kapljice spajaju u veće nakupine, te to u konačnici uzrokuje cijepanje emulzije.
Prisutnost koloida usko je povezana s veličinom čestica disperzne faze i njihovim istovrsnimelektričnim nabojem.U koloidnom sustavugravitacijska silateži taloženju raspršenih koloidnih čestica, dok suprotno djeluje odbojna sila istovrsnog naboja čestica i snaga difuzije, odnosno kinetička sila čestica koja ih pokreće u pravcu manje koncentracije. Sile gravitacije prevladavaju ako su čestice većeg promjera od 4μm,(0,004 mm) te se one tada talože i ne dolazi do nastanka koloidnog sustava.
Pretvorbamlijekausirse sastoji od:
- Koagulacija i flokulacija (nastajanje trodimenzionalneproteinskemreže);
- Sušenje sirnog zrna;
- Zrenje sira.
Ovisno o primijenjenoj tehnologiji odnosno o ova tri koraka moguće je proizvesti vrlo široku lepezu različitih sireva. Kod većine sireva između 2. i 3. koraka koristiti sesoljenje.Prve promijene na mlijeku tijekom koagulacije određuju osobine konačnog proizvoda. Stoga ih sirari moraju strogo kontrolirati.
Brzina taloženjakvascaje važan čimbenik pri izborukvasca.Boja taloga je često u ovisnosti od sladovine, jer, ako ova ima bjelančevine koje koaguliraju (flokulacija), stvara se kašasta masa prljavo-sivog taloga.
Bistrenje vode obuhvaća postupketaloženja(sedimentacije), koagulacije, flokulacije ifiltracije.Glavnina problema kod smanjenja mutnoće, kao čestog nedostatka vode, vezana je uz prisustvo vrlo sitnih raspršenih čestica – koloida, dimenzija od 1 nm do 1000nm.Zbog istoimenih (negativnih) elektrostatičkih naboja koloidi se međusobno odbijaju i ostaju raspršeni u vodi. Zato je vrijeme potrebno za izdvajanje koloida iz vode, prvenstveno postupkom taloženja, zbog njihove tzv. agregatne stabilnosti, praktički beskonačno. To je u tehnici pročišćavanja vode rezultiralo traženjem postupka remećenja stabilnosti koloida i mogućnosti njihovog kasnijeg međusobnog spajanja u veće čestice koje će se u vodi lakše taložiti. Takav postupak remećenja stabilnosti (destabilizacija) koloida u sirovoj vodi naziva se koagulacija ili zgrušavanje. Destabilizacija koloida se postiže dodavanjem vodi određenih kemijskih reagensa –flokulanata(koagulanata).
U praktične svrhe, kao neorganski flokulanti najčešće se koristesolialuminijaiželjeza,tj.aluminijev sulfat,Al2(SO4)3•18 H2O, poznatiji pod komercijalnim nazivom alaun, i željezni sulfat, FeSO4• 7 H2O, tj. zelena galica. Još se dosta često koriste i kalcijev oksid, CaO (živo vapno), kalcijev hidroksid, Ca(OH)2(gašeno vapno) inatrijev karbonat,Na2CO3(soda). U suvremenoj tehnici pročišćavanja vode sve se više koriste organski koagulanti, tzv.polielektroliti,kao makromolekule dugačkog niza dobivene spajanjem prostih monomera.
Na proces flokulacije u znatnoj mjeri utječu kvaliteta sirove (prirodne) vode, količina i karakter suspendiranih koloida, potrošnjakisika,količinasoli,pHvrijednost i temperatura vode. Stoga se vrsta i optimalna doza flokulanta određuje ispitivanjem izvorišne vode. Radi orijentacije, prosječna doza alauna za vodu mutnoće 40 [°NTU] iznosi 25 do 35 mg/l, dok za mutnoću od 400 [°NTU] prosječna doza alauna iznosi 60 do 90 mg/l.
Flokulant se u vodu dodaje u oblikuotopine.Zato postoje posebni uređaji za pripremu otopine i njeno doziranje – dozatori, koji otopinu koagulanta doziraju u funkciji mutnoće vode (čije vrijednosti mogu u relativno kratkom vremenu znatno oscilirati). Danas je postupak doziranja potpunoautomatiziran,tako da se vodi automatski, ovisno o mutnoći iprotoku,dodaje prethodno definirana optimalna doza flokulanata.
Da bi zgrušavanje bilo što korisnije, potrebno je odmah nakon dodavanja flokulanata osigurati njegovo snažno (turbulentno) miješanje sa sirovom vodom. To se postiže u posebnim objektima (bazenima) – mješačima, u kojima se voda zadržava do 5 minuta. Obično se primjenjuju dvije vrste mješača:
- gravitacijski mješači (mješači s gravitacijskim miješanjem),
- mehanički mješači (mješači s mehaničkim miješanjem).
Kapacitet ovih uređaja kreće se u granicama od 1 do 5000m3/h.Flokulanti (koagulansi) se dodaju ucjevovodtj. komoru za miješanje, u uvjetima turbulentnog strujanja. Proces koagulacije i flokulacije odvija se u taložnicima ili akcelatorima, gdje je vrijeme boravka vode (retencija) oko 2 sata. Brzina strujanja vode u smjeru odozdo prema gore kreće se u granicama od 2 do 4 m/h, što ovisi o sastavu vode, onečišćenju i temperaturi. U akcelatoru se ulazna sirova voda mješa s muljem kako bi se ubrzao postupak flokulacije. Za dobar učinak flokulacije važno je imati uvijek izvjesnu količinu aktivnog mulja koji služi kao lebdeći muljni filter.
Ako se sredstvo za flokulaciju (koagulaciju) nabavlja ukristalnomobliku kaoaluminijev sulfat,potrebno je imati uređaj za pripremu odgovarajuće otopine. Ovisno o veličini uređaj će biti u izvedbi za manja ili za veća postrojenja.
Uređaji za doziranje sredstva za flokulaciju za manja postrojenja mora biti zaštićeni odkorozijskogdjelovanja otopine flokulanata (pH vrijednost ~ 3).
Uređaji za doziranje sredstva za flokulaciju za veća postrojenja imaju kapacitet od 50 do 2000 m3/h. U bazenima se priprema 10%-tna otopina aluminijevog sulfata. Uglavnom su odbetonačije površine se prevlače kiselootpornim premazom ili poliesterom.
Deflokulacija je sposobnost, koju detergent mora imati, a sastoji se u tome, da čvrste tvari otopi i dispergira po cijeloj rastopim, a važno je, da ih u takvom stanju i održi. To svojstvo može spriječiti, da se tvrdi djelići ne talože, a to je osobito važno kod upotrebe alkalija utvrdoj vodi.
- ↑[1][neaktivna poveznica]"Kondicioniranje vode", www.grad.unizg.hr, 2012.
- ↑[2] Arhivirana inačica izvorne straniceod 15. svibnja 2012. (Wayback Machine) "Koagulacija i flokulacija", www.apfmo.org, 2012.
- ↑[3][neaktivna poveznica]"Pročišćavanje otpadnih voda", www.grad.unizg.hr, 2012.