Koagulanti i Flokulanti
Koagulacija i flokulacija su procesi pripreme vode uz primenu hemikalija za dalju obradu. Primenom koagulacije i flokulacije, nerastvorene i koloidne materije pretvaraju se u oblik pogodan da se sa efikasnošću od 95 do 99% uklone iz vode jednim od procesa:
- taloženjem i/ili filtriranjem
- flotacijom i/ili filtriranjem
- direktnom filtriranjem
Nerastvorene i koloidne materije koje se pojavljuju u vodi su: čestice minerala i zemljište od erozije, neorganske i organske materije od zagađenih voda stanovništva i industrije, bakterije, virusi, alge, obojene materije, plankton organizmi i supstance koje daju miris i ukus vodi.
Za uspešnost izvršenja tehnike koagulacije i flokulacije (pored vremenskog kontakta i odgovarajuće doze hemikalija) posebno je važno postići odgovarajuće hidrodinamičke uslove. Ovim uslovima se postiže:
- brzo i ravnomerno mešanje dodatih hemikalija sa sirovom vodom u fazi koagulacije (brzo mešanje) radi kontakta svih čestica koje se žele odstraniti sa dodatnim hemikalijama,
- odmerena turbulencija u fazi flokulacije, koja omogućava veći broj međusobnih dodira već obrazovanih pahuljica, bez njihovog razbijanja delovanjem prevelikih smičućih sila unutrašnjeg trenja vode, a takođe i bez formiranja suviše krupnih, ali lakih i nekoherentnih pahuljica.
Koagulacija i flokulacija omogućavaju niz poboljšanja kvaliteta sirove vode u fizičkom, hemijskom i biološkom pogledu. Samim taloženjem se popravljaju ne samo fizički parametri vode nego delom i hemijski. Boja se u potpunosti uklanja ako je koloidnog porekla, dok se boja od otopina uklanja samo delimično. Gvožđe i mangan u formi bikarbonata, kao i fosfati, uklanjaju se u potpunosti. Ako je materija koloidnog oblika, onda se potpuno uklanja. Sadržaj bakterija smanjuje se na cca 30%.
Koagulacija je proces destabilizacije mikroskopski sitnih čestica kojim se uz pomoć hemikalija neutrališe njihov električni naboj i omogućava spajanje u krupnije čestice koje se brže talože ili se zadržavaju u prostoru filterske ispune. Koagulacija se odvija kroz dve faze, prva je ravnomeran raspored dodate hemikalije po celoj zapremini vode koja se zbog razblaženja hidroliše, obrazujući pri tom metal-hidroksilne komplekse.
Druga faza je destabilizacija, u kojoj se odigrava sorpcija hidrolisane hemikalije – koagulanta na površini čestica i neutralizacija naelektrisanja. Ove dve faze veoma su brze.
Proces koagulacije definisan je sledećim parametrima:
- vremenom kontakta,
- dozom koagulanata,
- potrebom predtretmana
- energijom mešanja.
Uslov za uspešno sprovođenje koagulacije je da se na mestu dodavanja koagulanta obezbedi njegov ravnomeran raspored po celoj zapremini vode. To se efikasno može ostvariti u maloj zapremini vode i uz primenu intenzivnog mešanja i turbulencije.
Efikasnost koagulacije zavisi od stvaranja optimalnog dejstva koagulanta i postizanja brzog i potpunog mešanja dodate hemikalije sa vodom. Optimalno dejstvo koagulanta postiže se primenom odgovarajuće koncentracije i doze koagulanta, kao i količine vode u smislu podešavanja pH vrednosti, alkaliteta vode i eventualne predoksidacije. Mešanje se mora sprovesti za veoma kratko vreme i sa intenzitetom koji omogućava potpuno mešanje vode u cevi ili komori u kojoj se vrši destabilizacija.
Flokulacija je proces koji se nadovezuje na koagulaciju i ima zadatak da omogući intenzivan dodir između destabilisanih čestica, čime se postiže njihovo spajanje u krupnije frakcije.
Flokulacijom se postiže obrazovanje čestica – flokula određene veličine i jačine, preko niza faktora. Ti faktori su vreme kontakta, gradijent brzine i primena hemikalija u flokulatoru. Pravilnom kombinacijom ovih faktora postiže se ukrupnjavanje flokula povezivanjem više manjih i povećavanje njihove jačine. Pod jačinom flokula podrazumeva se njihova otpornost na sile smicanja i torzije koje se javljaju pri proticanju vode kroz cevi ili kanale na putu do filtera, kao i u samoj filterskoj ispuni. Izbor tehnike flokulacije uslovljen je narednom fazom prečišćavanja:
- Ako je taloženje sledeća faza prečišćavanja, flokulatorom treba obrazovati flokule velikih dimenzija i velike gustine. Time se postiže njihovo brzo i efikasno taloženje.
- Ako je filtriranje proces koji dolazi direktno iza flokulacije, onda je potrebno obrazovati flokule manjih dimenzija, ali velike čvrstine. Dimenzije ovih flokula treba da su prilagođene granulaciji filtarske ispune, a jačina brzini filtriranja.
Za oba slučaja važno je da obrazovane flokule budu što je moguće više jednakog prečnika.
Tehniku flokulacije karakterišu duže vreme kontakta, potreba da se u toku flokulacije mešanjem unosi različita energija, kao i potreba dodavanja flokulanta.
Vrste koagulanata i flokulanata
Hemikalije koje se najviše koriste kao koagulanti su soli aluminijuma (aluminijum-sulfat) i soli gvožđa (fero-sulfat, feri-sulfat i feri-hlorid).
Pored koagulanata, pri hemijskoj koagulaciji dodaju se i različite pomoćne supstance sa zadatkom da potpomognu flokulaciju, tzv. flokulanti. Najpoznatiji flokulanti su: aktivni silicijum-dioksid i polimerni elekrtoliti (polielektroliti). Određen značaj i ulogu u procesima koagulacije i flokulacije imaju i oksidaciona sredstva, aktivni ugalj i druge pomoćne materije.
Najčešće upotrebljavan koagulant je aluminijum-sulfat (Al2(SO4)3). Pošto su naše vode alkalne, aluminijum-sulfat je dominantan sastojak kod kondicioniranja vode za piće. Upotrebljava se kod vode čija je pH vrednost 4 – 7.
Takođe, od soli aluminijuma, u novije vreme dobra svojstva flokulacije pokazuje polialuminijum hlorid (PAC). To je kompleks polimeriziranog aluminijumovog jona.
Soli gvožđa koriste se kad se želi postići teža flokula i kad su u pitanju mutne i tvrde vode. Najčešće se koriste:
- fero-sulfat (FeSO4) za vode sa pH vrednošću od 8,5 i više
- feri-sulfat (Fe2(SO4)3) za vode sa pH vrednošću od 3,5 – 7 i više od 9
- feri-hlorid (FeCl3) za vode sa pH vrednošću od 3,5 – 6,5 i iznad 8,5
Flokulanti su pomoćna koagulaciona sredstva koja se primenjuju u cilju poboljšanja dejstva koagulanata. Ta se poboljšanja odražavaju preko obrazovanja jače i krupnije flokule. Potreba za krupnijom i jakom flokulom javlja se kod taloženja, a samo za jakom flokulom kod direktnog filtriranja.
Flokulanti mogu biti mineralnog i organskog porekla, prirodni ili sintetički. U pogledu električnog naboja mogu biti:
- katjonski,
- anjonski
- nejonski
Najpoznatiji mineralni flokulant je aktivni silicijum-dioksid.
Od organskih flokulanata postoje prirodni (proizvedeni od ekstrakta algi, od skroba itd.), kao i sintetički (polielektroliti).
Katjonski polielektroliti obično su na bazi akrilamida te na bazi poliamida, poliamina, polietilenamina, itd. Anjonski su akrilamidi kopolimeri akrilne kiseline, a nejonski su poliakrilamidi i polietilenoksidi. Ima nekoliko različitih kationskih monomera na bazi derivata amina akrilne ili estera metaakrilne kiseline. Priroda grupa varira od monomera do monomera, što se manifestuje u molekularnoj masi monomera.
Katjonski polielektroliti, zavisno od doze, mogu da neutrališu naelektrisanje koloidnih čestica u vodi, pored drugih dejstava u poboljšanju flokulacije. Anjonski i nejonski flokulanti ne neutrališu električni naboj čestica, ali menjaju stanje njihove površine i sa njima zajedno čine rešetku, povezujući pojedine čestice.
Anjonski flokulanti dodati uz osnovni koagulant deluju na povećanje dimenzije flokule, jačinu flokule i brzinu taloženja.
Katjonski polielektroliti deluju i kao koagulanti i kao flokulanti. Njihovom primenom moguće je smanjiti dozu koagulanata. Posebna prednost katjonskih flokulanata je njihova osobina uklanjanja negativnog dejstva lignina, huminskih materija i produkata metabolizma algi na koagulaciju.
Sintetički polielektrolti su efikasniji od prirodnih, što se odražava i u potrebi primene manjih doza i do 10 puta.
Potrebna količina sredstava za flokulaciju određuje se laboratorijskim testiranjem, tzv. JAR testom (od engleski: jar – staklena tegla). Izbor optimalne vrste, doze i sredstva za flokulaciju za svaku vodu može se izvršiti na osnovu eksperimentalnih podataka izvršenih u laboratoriji. Vreme potrebno za flokulaciju zavisi o kvaliteta vode, sadržaju koloidnih čestica, temperature, pH vrednosti i količine dodanog sredstva za flokulaciju.
Primer laboratorijskog testiranja (JAR test)
Nakon izvršenih laboratorijskih testiranja, prelazi se na pogonsko (industrijsko) testiranje, gde se u realnim uslovima može videti dejstvo upotrebe polielektolita.
Generalno gledano, proces koagulacije i flokulacije najčešće se primenjuje:u prečišćavanju vode za piće
- u prečišćavanju industrijskih procesnih voda
- u prečišćavanju industrijskih otpadnih voda
- u prečišćavanju komunalnih otpadnih voda
- u procesima ugušćavanja i odvodnjavanja (dehidratacije) različitih vrsta muljeva
Na donjim fotografijama prikazan je efekat upotrebe polielektolita u različitim procesima tretmana voda.
Ulazna otpadna voda (levo) i otpadna voda nakon koagulacije, flokulacije i DAF jedinice (desno)
Izgled vode od pranja peščanih filtera bez upotrebe polielektrolita
Izgled vode od pranja peščanih filtera kada se primenjuje polielektrolit
CWG Balkan može ponuditi paletu različitih hemijskih proizvoda za procese koagulacije i flokulacije. Laboratorijskim ispitivanjem, možemo testirati različite tipove flokulanata (polielektolita) i koagulanata, i na licu mesta pronaći proizvod koji najbolje odgovara tretmanu vode.
Nudimo i:
Hemikalije za tretman rashladne vode
Hemikalije za tretman kotlovske vode
Hemikalije za tretman sistema reverzne osmoze
Hemikalije za tretman sirove i otpadne vode
Hemikalije za tretman vode u industriji hrane i pića
Hemikalije za tretman goriva
Hemikalije za kontrolu prašine
Hemikalije za tretman grejnih sistema