В химии коагуляция это: ХиМиК.ru — КОАГУЛЯЦИЯ — Химическая энциклопедия

В химии коагуляция это: ХиМиК.ru — КОАГУЛЯЦИЯ — Химическая энциклопедия

Содержание

ХиМиК.ru — КОАГУЛЯЦИЯ — Химическая энциклопедия

ХиМиК.ru — КОАГУЛЯЦИЯ — Химическая энциклопедия









КОАГУЛЯЦИЯ (от лат. coagulatio- свертывание, сгущение), объединение частиц дисперсной фазы в агрегаты вследствие сцепления (адгезии) частиц при их соударениях. Соударения происходят в результате броуновского движения, а также седиментации, перемещения частиц в электрич. поле (электрокоагуляция), мех. воздействия на систему (перемешивания, вибрации) и др. Характерные признаки коагуляции — увеличение мутности (интенсивности рассеиваемого света), появление хлопьевидных образований — флокул (отсюда термин флокуляция, часто используемый как синоним коагуляции), расслоение исходно устойчивой к седиментации системы (золя) с выделением дисперсной фазы в виде коагулята (осадка, сливок). При высоком содержании частиц дисперсной фазы коагуляция может приводить к отверждению всего объема системы вследствие образования пространств, сетки коагуляц. структуры (см. Гели, Структурообразование). В относительно грубодисперсных системах (суспензиях) при отсутствии броуновского движения первичных частиц о коагуляции можно судить по изменению седиментации — от оседания независимых первичных частиц с постепенным накоплением осадка (бесструктурная седиментация) к оседанию агрегатов сплошным слоем; при достаточно высокой концентрации частиц в системе такой слой образует четкую границу (структурная седиментация). Кроме того, коагуляция приводит к увеличению конечного объема осадка.
коагуляция сама по себе (не осложненная изотермич. перегонкой или коалесценцией) не приводит к изменению размера и формы первичных частиц (см. Дисперсные системы). Коагуляция наиб. характерна для дисперсий твердых в-в (золей, суспензий), в к-рых, в отличие от эмульсий и пен, коалесценция невозможна даже при непосредств. контакте частиц после прорыва разделяющих их пленок жидкости.
Процесс, обратный коагуляции,-распад агрегатов до первичных частиц, наз. пептизацией. Между -коагуляцией и пептизацией может устанавливаться динамич. равновесие, к-рое для систем с броуновским движением частиц отвечает условию: где Е — энергия связи частиц в контакте, z — координац. число частицы в пространств, структуре коагулята, v3 — объем, приходящийся на одну частицу в золе (при концентрации частиц nv3=1/n), vк — эффективный объем, в к-ром происходят смещения частицы относительно положения равновесия в пространств, коагуляц. структуре, k постоянная Больцмана, Т-абс. т-ра. В лиофильных дисперсных системах, характеризующихся низкими значениями уд. межфазной энергии и соотв. энергии связи Е, могут реализоваться условия, когда 1/2zE<kTln(v1/vк) и коагуляция термодинамически невозможна. В лиофобных системах, когда потенц. минимум на кривой зависимости энергии Е от расстояния между частицами достаточно глубок, концентрация частиц золя n=1/v3 в равновесии с коагулятом пренебрежимо мала, т.е. коагуляцию можно считать практически необратимой.
Устойчивость лиофобных золей к коагуляции может быть вызвана наличием энергетич. барьера в нек-рой области расстояний между частицами, препятствующего их дальнейшему сближению и связанного с преобладанием отталкивания частиц над их притяжением, обусловленным межмолекулярными
взаимодействиями. Согласно теории Дерягина-Ландау-Фервея-Овербека (теории ДЛФО), возникновение такого барьера рассматривается как результат электростатич. отталкивания частиц из-за наличия на их пов-сти двойного электрического слоя. Отталкивание частиц может иметь и др. причины, напр. оно м. б. обусловлено тем, что граничные (сольватные) слои жидкости имеют структуру, отличную от структуры в объеме дисперсионной среды, или наличием адсорбц. слоев ПАВ (структурно-мех. барьер по Ребиндеру), а также м. б. связано с др. дальнодействующими поверхностными силами (см. Расклинивающее давление).
Кинетика броуновской коагуляции лиофобных коллоидных систем подчиняется теории Смолуховского. Время t, за к-рое число независимых кинетич. единиц (отдельных частиц или агрегатов) уменьшается вдвое, определяется выражением:


t=3h/4kTn0a,

где h — вязкость среды, n0 — исходная концентрация частиц, a — т. наз. коэф. замедления коагуляции. При безбарьерной («быстрой») коагуляции, когда скорость коагуляции равна числу соударений частиц в единицу времени, a=1; при наличии энергетич. барьера a < 1 («медленная» коагуляция).

Урок 6. дисперсные системы — Химия — 11 класс

Химия, 11 класс

Урок № 6. Дисперсные системы

Перечень вопросов, рассматриваемых в теме: урок посвящён изучению истинных растворов и дисперсных систем: способам выражения концентрации растворов, видам дисперсных систем, их свойствам, способам коагуляции золей, строению гелей.

Глоссарий

Аэрозоль – грубодисперсная система, в которой твёрдые или жидкие частицы размером более 10-3 см равномерно распределены в газообразной среде.

Гель – полутвёрдая трёхмерная ячеистая структура, каркас которой образован коллоидными частицами, а в прослойках между частицами удерживается дисперсионная среда.

Грубодисперсная система – дисперсная система, в которой размер частиц дисперсной фазы более 10-3 см.

Дисперсионная среда – сплошная фаза, составная часть дисперсной системы, в которой равномерно распределены частицы дисперсной фазы.

Дисперсная система – гетерогенная система, состоящая, как минимум, из двух фаз, одна из которых мелко раздроблена и равномерно распределена в другой, сплошной фазе.

Дисперсная фаза – мелко раздробленные частицы, равномерно распределённые в дисперсионной среде.

Гетерогенная система – неоднородная система, в которой компоненты находятся в разных фазах и между ними существует видимая граница раздела фаз.

Гомогенная система – однородная система, все компоненты которой находятся в одной фазе, граница раздела фаз между компонентами отсутствует.

Золь (коллоидный раствор) – тонкодисперсная система, в которой твёрдые частицы дисперсной фазы размером 10-7 – 10-5 см равномерно распределены в жидкой среде.

Истинный раствор – гомогенная система, состоящая из двух или более компонентов, состав которой в определённых пределах можно изменять без нарушения однородности.

Коагуляция – процесс слипания коллоидных частиц в более крупные агрегаты.

Опалесценция – изменение окраски бесцветного коллоидного раствора с желтоватой в проходящем свете на голубую в отраженном свете.

Седиментация – процесс оседания крупных частиц дисперсной фазы.

Суспензия – грубодисперсная система, в которой твёрдые частицы размером более 10-3 см равномерно распределены в жидкой дисперсионной среде.

Фаза – часть системы, однородная по составу и свойствам, отделённая от окружающей среды видимой границей раздела.

Электрофорез – движение коллоидных частиц золя в постоянном электрическом поле к одному из электродов.

Эмульсия – грубодисперсная система, в которой одна жидкая фаза в виде отдельных мелких капель равномерно распределена в другой жидкости, при этом жидкости взаимно нерастворимы.

Эффект Тиндаля – образование светлого конуса в отраженном свете при прохождении через дисперсную систему луча света.

Основная литература: Рудзитис, Г. Е., Фельдман, Ф. Г. Химия. 10 класс. Базовый уровень; учебник/ Г. Е. Рудзитис, Ф. Г, Фельдман – М.: Просвещение, 2018. – 224 с.

Дополнительная литература:

1. Рябов, М.А. Сборник задач, упражнений и тестов по химии. К учебникам Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман «Химия. 10 класс» и «Химия. 11 класс»: учебное пособие / М.А. Рябов. – М.: Экзамен. – 2013. – 256 с.

2. Рудзитис, Г.Е. Химия. 10 класс : учебное пособие для общеобразовательных организаций. Углублённый уровень / Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман. – М. : Просвещение. – 2018. – 352 с.

Открытые электронные ресурсы:

  • Единое окно доступа к информационным ресурсам [Электронный ресурс]. М. 2005 – 2018. URL: http://window.edu.ru/ (дата обращения: 01.06.2018).

ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО ИЗУЧЕНИЯ

Истинные растворы

Истинным раствором называется гомогенная система, состоящая из нескольких компонентов, состав которой в определённых пределах можно менять без нарушения однородности.

Растворимостью называется такое количество вещества, которое можно при данной температуре растворить в 100 г растворителя. Абсолютно нерастворимых веществ в природе не существует.

Молярная концентрация показывает количество растворённого вещества в 1 литре раствора. Сокращенно молярная концентрация, или молярность, обозначается буквой М, например, 1 М – один моль на литр. моль/л.

Для того, чтобы найти молярную концентрацию по величине известной массовой доли, необходимо знать плотность раствора. При этом массовая доля должна быть выражена не в процентах, а в долях, а плотность – в г/л.

, моль/л.

С истинными растворами мы постоянно встречаемся в жизни. Пьём чай с сахаром, консервируем овощи. В сельском хозяйстве используют растворы минеральных удобрений и средств для борьбы с вредителями и болезнями растений. Растворы используют в промышленности, в медицине, в учебных и научно-исследовательских химических лабораториях.

Дисперсные системы

Дисперсной называется гетерогенная система, состоящая, как минимум, из двух фаз, одна из которых мелко раздроблена и равномерно распределена во второй, сплошной фазе. В отличие от истинных растворов, дисперсная система неоднородна, а между составляющими её фазами всегда существует граница раздела. Мелкораздробленная фаза называется дисперсной фазой, а сплошная фаза – дисперсионной средой. В зависимости от размера частиц дисперсной фазы различают грубодисперсные (размер частиц больше 100 нм) и тонкодисперсные (от 1 до 100 нм), или коллоидные системы. Если размер частиц дисперсной фазы становится меньше 1 нм, система перестает быть гетерогенной, образуется истинный раствор. В истинном растворе вещество раздроблено до отдельных молекул или ионов. В зависимости от агрегатного состояния дисперсной фазы и дисперсионной среды дисперсные системы разделяют на суспензии, эмульсии, пены и аэрозоли. В суспензии твёрдые частицы распределены в жидкости. Эмульсия состоит из мелких капель жидкости, равномерно распределённых в другой жидкости, причем эти жидкости взаимно нерастворимы. Пена – это мелкие пузырьки газа в жидкости. Аэрозоль представляет собой газообразную среду, в которой распылены мелкие твёрдые или жидкие частицы.

Получение и свойства коллоидных растворов

Тонкодисперсные коллоидные системы получили название «золь». Золи могут быть образованы как неорганическими веществами, так и органическими макромолекулами, размеры которых превышают 1 нм, например, белками. Приготовить золь можно смешиванием малорастворимого вещества с растворителем (раствор крахмала, яичного белка), так и с помощью химических реакций ионного обмена, гидролиза, окисления-восстановления, в которых один из продуктов реакции не растворяется в жидкости.

Золи прозрачны, как и истинные растворы. Чтобы отличить золь от истинного раствора, надо посмотреть на проходящий через раствор луч в отражённом свете. В коллоидном растворе свет рассеивается, образуя светлый конус. Это явление получило название «эффект Тиндаля» — по фамилии английского физика Джона Тиндаля, который впервые описал и объяснил это явление. С древних времён люди ценили драгоценный камень опал за игру света. Его окраска в зависимости от угла зрения изменяется с голубой на желтоватую. Опал – это затвердевший коллоидный раствор, а свойство золей изменять окраску в проходящем и отражённом свете получило название «опалесценция».

Если в U-образную стеклянную трубку налить золь гидроксида железа и погрузить в каждое колено трубки графитовые электроды, подсоединив их к источнику постоянного электрического тока, то жидкость в одном колене станет светлее, в другом интенсивность окраски увеличится. Происходит это, так как коллоидные частицы движутся в постоянном электрическом поле к одному из электродов. Это явление получило название «электрофорез».

Образование заряда на поверхности коллоидных частиц

Коллоидные частицы перемещаются в постоянном электрическом поле, так как они заряжены. Заряд на поверхности коллоидных частиц образуется по двум причинам. Одна из причин – адсорбция заряженных ионов на поверхности частиц дисперсной фазы. Огромное количество мелких частиц дисперсной фазы имеют большую суммарную поверхностную энергию. За счет этой энергии ионы из раствора, одноименные с частицами дисперсной фазы, притягиваются к поверхности, в результате коллоидные частица приобретают заряд. Например, коллоидная частица хлорида серебра, полученная в избытке ионов Cl, имеет строение (mAgCl)·nCl.

Другая причина образования заряда на поверхности коллоидных частиц – ионизация нерастворимых молекул. По такому механизму образуется заряд на поверхности коллоидных частиц золя кремниевой кислоты. Полярные молекулы воды отрывают от поверхностных молекул кремниевой кислоты ионы водорода, в результате на поверхности коллоидной частицы остаются заряженные гидросиликат ионы, которые придают заряд коллоидной частице. Коллоидные частицы золя кремниевой кислоты имеют строение (mH2SiO3)·nHSiO3.

Для золей, как и для истинных растворов, характерно броуновское движение, а тяжёлые и крупные частицы грубодисперсных систем в броуновском движении не участвуют. Одноимённые заряды коллоидных частиц препятствуют их слипанию, поэтому золи длительное время остаются устойчивыми. Размеры частиц дисперсной фазы в грубодисперсных системах слишком большие, со временем они оседают – происходит седиментация.

Коагуляция коллоидных растворов

Если к золю добавить раствор электролита, произойдет нейтрализация заряда коллоидных частиц. Золь потеряет устойчивость, частицы начнут слипаться. Слипание коллоидных частиц называется коагуляцией. Коагуляцию можно вызвать длительным нагреванием золя, а также сливанием золей с противоположно заряженными частицами. Если коллоидные частицы слабо взаимодействуют с дисперсионной средой, то в результате коагуляции образуется осадок. Если коллоидные частицы хорошо взаимодействуют с растворителем, то они захватывают часть жидкости, в результате образуется гель. Гель – трёхмерная ячеистая структура, каркас которой образован коллоидными частицами, а в ячейках удерживается жидкость.

Дисперсные системы в природе и на службе у человека

Коллоидные растворы широко распространены в природе. Плазма крови, яичный белок, сырая нефть, речная и озёрная вода, почвенный раствор являются золями. Дисперсными системами являются облака, туман, дым, морская пена, молоко, газированная вода. В промышленности и быту человек использует эмульсионные краски, клеи, лаки, косметические и лечебные гели и шампуни. В пищевой промышленности дисперсными системами являются тесто, желе, студни, соусы, бульоны, мармелад, суфле. Без преувеличения можно сказать, что коллоидная химия – это химия реальных систем.

ПРИМЕРЫ И РАЗБОР РЕШЕНИЙ ЗАДАЧ ТРЕНИРОВОЧНОГО МОДУЛЯ

1. Приготовление насыщенного раствора

Условие задачи: Для приготовления насыщенного раствора поваренной соли надо в 100 г воды растворить 36 г хлорида натрия. Какое количество (моль) поваренной соли будет растворено в 360 г насыщенного раствора? Ответ запишите с точностью до десятых долей.

Шаг первый: найдём массу насыщенного раствора соли, в котором растворено 36 г хлорида натрия. Для этого сложим массу растворителя и растворённого вещества:

100 + 36 = 136 (г).

Шаг второй: найдём массу хлорида натрия, которая содержится в 360 г насыщенного раствора. Для этого составим пропорцию:

В 136 г насыщенного раствора содержится 36 г хлорида натрия;

в 360 г такого же раствора содержится т г хлорида натрия.

т = (360·36) : 136 = 95,3 (г).

Шаг третий: вычислим молярную массу хлорида натрия:

М = 23 + 35 = 58 (г/моль).

Шаг четвертый: найдём, сколько моль хлорида натрия содержится в 95,3 г.

Для этого массу хлорида натрия разделим на его молярную массу:

95,3 : 58 = 1,6 (моль).

Ответ: 1,6

2. Расчёт объёма раствора, который можно приготовить из раствора известной концентрации

Условие задачи: Какой объём 0,25 М раствора NaOH можно приготовить из 200 мл раствора гидроксида натрия с массовой долей 12% и плотностью 1,13 г/см3? Ответ запишите в мл в виде целого числа.

Шаг первый: найдём массу 200 мл 12%-ного раствора.

Для этого умножим объём раствора на его плотность:

200·1,13 = 226 (г).

Шаг второй: найдём массу гидроксида натрия, которая содержится в 226 г 12%-ного раствора.

Для этого составим пропорцию:

В 100 г раствора содержится 12 г гидроксида натрия;

в 226 г раствора содержится т г гидроксида натрия.

т = (226·12) : 100 = 27,12 (г)

Шаг третий: найдём количество моль гидроксида натрия, которое содержится в 27,12 г.

Для этого вычислим молярную массу гидроксида натрия:

М = 23 + 16 + 1 = 40 (г/моль).

Теперь разделим массу гидроксида натрия на его молярную массу:

27,12 : 40 = 0,68 (моль).

Шаг четвёртый: Найдём объём раствора, в котором это количество гидроксида натрия составит концентрацию 0,5 М.

Для этого составим пропорцию:

в 1000 мл раствора содержится 0,5 моль гидроксида натрия;

в V мл раствора содержится 0,68 моль гидроксида натрия.

V = (1000·0,68) : 0,5 = 1360 (мл).

Ответ: 1360.

Коагуляция — это… Что такое Коагуляция?

        слипание частиц коллоидной системы при их столкновениях в процессе теплового (броуновского) движения, перемешивания или направленного перемещения во внешнем силовом поле. В результате К. образуются агрегаты — более крупные (вторичные) частицы, состоящие из скопления более мелких (первичных). Первичные частицы в таких скоплениях соединены силами межмолекулярного взаимодействия непосредственно или через прослойку окружающей (дисперсионной) среды. К. сопровождается прогрессирующим укрупнением частиц (увеличением размера и массы агрегатов) и уменьшением их числа в объёме дисперсионной среды — жидкости или газа.

         Различают быструю и медленную К. При быстрой К. почти каждое соударение частиц эффективно, т. е. приводит к их соединению; при медленной К. соединяется часть сталкивающихся частиц. В жидкой среде, например при К. золей (См. Золи), укрупнение частиц до известного предела (приблизительно до размера 10-4 см) не сопровождается их оседанием или всплыванием. Это скрытая К., при которой система сохраняет седиментационную устойчивость. Дальнейший рост частиц приводит к образованию сгустков или хлопьев (флокул), выпадающих в осадок (коагулят, коагель) или скапливающихся в виде сливок у поверхности; это явная К. В некоторых случаях при К. во всём объёме дисперсионной среды возникает рыхлая пространственная сетка (коагуляционная структура) и расслоения системы не происходит (см. Гели). Если коллоидные частицы — капельки жидкости или пузырьки газа, то К. может завершиться их слиянием, коалесценцией (См. Коалесценция).
         К. — самопроизвольный процесс, который, в соответствии с законами термодинамики, является следствием стремления системы перейти в состояние с более низкой свободной энергией. Однако такой переход затруднен, а иногда практически невозможен, если система агрегативно устойчива, т. е. способна противостоять укрупнению (агрегированию) частиц. Защитой от К. при этом может быть электрический заряд и (или) адсорбционно-сольватный слой на поверхности частиц, препятствующий их сближению (подробнее см. Коллоидные системы). Нарушить агрегативную устойчивость можно, например, повышением температуры (термокоагуляция), перемешиванием или встряхиванием, введением коагулирующих веществ (коагулянтов (См. Коагулянты)) и др. видами внешнего воздействия на систему. Минимальная концентрация введенного вещества, электролита или неэлектролита, вызывающая К. в системе с жидкой дисперсионной средой, называется порогом коагуляции. В полидисперсных системах, где частицы имеют разную величину, можно наблюдать ортокинетическую К. — налипание мелких частиц на более крупные при их оседании или всплывании. Слипание однородных частиц называется гомокоагуляцией, а разнородных — гетерокоагуляцией или адагуляцией. Гетерокоагуляция часто происходит при смешении дисперсных систем различного состава. К. может наступить без какого-либо внешнего воздействия на коллоидную систему (автокоагуляция) как результат физических или химических изменений, происходящих при её старении. Иногда К. обратима; в благоприятных условиях, особенно при введении поверхностно-активных веществ (См. Поверхностно-активные вещества), понижающих поверхностную межфазную энергию и облегчающих Диспергирование, возможен распад агрегатов на первичные частицы (Пептизация) и переход коагеля в золь.
         К. играет важную роль во многих технологических, биологических, атмосферных и геологических процессах. Так, при нагревании биополимеров (См. Биополимеры) (белков, нуклеиновых кислот) и при некоторых др. воздействиях на них, например изменении pH, наблюдается их К. Явления К. во многих биологических дисперсных системах (например, крови, лимфе) важны в связи с вопросами их агрегативной устойчивости. Очистка природных и сточных вод от высокодисперсных механических примесей, борьба с загрязнением воздушного пространства аэрозолями (См. Аэрозоли), выделение каучука из Латекса, получение сливочного масла и др. пищевых продуктов — характерные примеры использования К. в практических целях. Нежелательна К. при получении и хранении суспензий (См. Суспензии), эмульсий (См. Эмульсии), порошков и др. дисперсных систем промышленного или бытового назначения.
         Лит.: Наука о коллоидах, под ред. Г. Кройта, пер. с англ., т. 1, М., 1955; Воюцкий С. С., Курс коллоидной химии, М., 1964. См. также лит. при ст. Коллоидная химия.

         Л. А. Шиц.

        акустическая, процесс сближения и укрупнения взвешенных в газе или жидкости мелких твёрдых частиц, жидких капелек и газовых пузырьков под действием звуковых волн. При распространении звуковой волны возникают силы, под действием которых частицы сближаются, что способствует их слипанию. При коагуляции пузырьков газа в жидкости происходит полное слияние их с уничтожением разделявших их границ, так что в этом случае имеет место более глубокая стадия процесса — ультразвуковая Коалесценция. К. применяется для очистки воздуха от промышленных дымов, для осаждения туманов, для дегазации жидкостей, в частности расплавов металлов.

         Лит.: Бергман Л., Ультразвук и его применение в науке и технике, пер. с нем., М., 1956; Цетлин В. М., Акустическая коагуляция аэрозолей и её техническое применение, М., 1957.

«Золь +соль=…». Коагуляция золей — История развития коллоидной химии

«Золь +соль = …» — так мы описали воздействие электролита на дисперсную систему (ДС). Многоточие — это вопрос об устойчивости золя к этому воздействию.

Устойчивость дисперсных систем (ДС) — это способность сохранять постоянство своих свойств во времени или при достаточно сильном изменении условий. Всеобъемлющим свойством является равномерность распределения частиц дисперсной фазы по всему объему системы. Различают два вида устойчивости ДС: агрегативную и седиментационную. Понятие об агрегативной (как устойчивости к коагуляции, т.е. к слипанию частиц) и седиментационной устойчивости (как устойчивости к оседанию частиц) дисперсных систем впервые было введено Н.П. Песковым.
В литературе понятие устойчивости часто используется в узком смысле — как способность ДС противостоять коагуляции при введении в нее электролита. Это объясняется тем, что длительное время введение электролитов оставалось единственным способом дозированного воздействия на состояние системы, результаты которого можно было увидеть, зарегистрировать и принять в качестве характеристики устойчивости. ( Вот откуда название «золь + соль =…»).
Естественно, что низкая агрегативная устойчивость приводит к укрупнению частиц, а крупные частицы могут оседать, поэтому существует глубокая связь между агрегативной и седиментационной устойчивостью.
Теория устойчивости ДС получила общее признание под названием «теория ДЛФО» — по именам авторов Дерягин Б.В., Ландау Л.Д., Фервей (Vervey) и Овербек (Overbek).

В ней рассматривается совместное действие сил притяжения и отталкивания между частицами.

Чтобы поддерживать стабильность коллоидной системы, силы отталкивания должны быть доминирующими. Все проблемы устойчивости ДС упираются в строение ДЭС (двойного электрического слоя). Важнейшей характеристикой устойчивости ДЭС является ζ -потенциал. На его величину оказывают влияние: температура, pH, концентрация золя, диэлектрическая проницаемость, вязкость дисперсионной среды и т.д. Наиболее сильное влияние на стпроение ДЭС оказывает добавление электролитов, приводящее к коагуляции золей. 

Для начала коагуляции золя необходима некоторая минимальная концентрация электролита, называемая 

порогом коагуляции.
Коагулирующим действием

 обладает тот из ионов электролита, заряд которого противоположен заряду коллоидных частиц.

При увеличении концентрации электролита в растворе происходит перераспределение противоионов между адсорбционным и диффузными слоями ДЭС. ζ –потенциал (и заряд частицы) уменьшается, уменьшается отталкивание между частицами, происходит коагуляция.

В рядах неорганических ионов с одинаковыми зарядами 

коагулирующее действие 

возрастает с уменьшением их размера. 

Ионы одинаковой валентности располагаются в так называемые лиотропные ряды (ряды Гофмейстера): Li+— Na+— K+— Rb+— Cs+.

Коагулирующее действие иона обратно пропорционально его

заряду

в шестой степени (

правило Щульце-Гарди). Внедрение многоз

а

рядного иона в плотный слой ДЭС приводит к резкому падению ζ –потенциала (и заряда частицы) вплоть до ноля, наступает изоэлектрическое состояние. А при сверхэквивалентном содержании такого иона в плотном слое произойдет перезарядка поверхности. При добавлении к отрицательному золю электролитов с многозарядными катионами–коагулянтами наблюдается явление «неправильных рядов коагуляции». Также возможна взаимная коагуляция золей.
На практике необходимо учитывать, что для протекания коагуляции необходимо время, т.е. кинетику коагуляции золей.

 

Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет — Сибстрин

С Днем знаний, Сибстрин! С Днем знаний, первокурсники!

1 сентября 2021 года на площади перед главным корпусом Новосибирского государственного архитектурно-строительного университета (Сибстрин) прошли торжественные линейки для студентов первого курса, посвященные Дню знаний. В 11.00 чествовали первокурсников, которым предстоит обучаться в институте архитектуры и градостроительства и институте цифровых и инженерных технологий, а в 12.00 – новобранцев института строительства и инженерно-экологического факультета. На мероприятия собрались первокурсники и их родители, администрация университета и почетные гости, директора институтов и деканы факультетов.

– Дорогие первокурсники! Сегодня для вас настал знаменательный день! Именно с сегодняшнего дня вы официально становитесь студентами НГАСУ (Сибстрин)! Сибстрин для наших студентов – это второй дом. Здесь они …

Поздравление Министра науки и высшего образования РФ Валерия Фалькова с Днем знаний

Для каждого из нас 1 сентября наполнено особым смыслом, волнением и радостью. И сколько бы лет ни прошло после окончания вуза, в День знаний все мы с благодарностью возвращаемся в это счастливое студенческое время – период открытий, творчества и романтики.

Мир стремительно меняется. Появляются новые формы получения информации, формируются профессии, востребованные современным обществом. Высшее образование – надежный интеллектуальный фундамент, который меняет качество жизни и ее восприятие. На нём вы построите своё будущее. Хочу пожелать вам здорового оптимизма. Позволяйте себе мечтать, не бойтесь ставить амбициозные цели, старайтесь выходить за рамки привычного и понятного…

Поздравление Министра строительства и жилищно-коммунального хозяйства РФ Ирека Файзуллина с Днем знаний

Уважаемые друзья!

От всей души поздравляю вас с Днем знаний!

Пусть успехи, хорошее настроение, удача, здоровье никогда вас не покидают. 1 сентября незабываемый день для любого жителя нашей страны: для детей, которые идут в первый класс и для вздрослых, которые уж езакончили школу и поступили в вузы, колледжи.

Учиться и учить – это очень увлекательный процесс, поэтому коллеги, будущие строители хочу пожелать вам успехов! Хочу сказать слова благодарности преподавателям, наставникам, студентам. Пусть все у вас получается, а здоровье, хорошее настроение и успехи не покидают вас!

Поздравление ректора НГАСУ (Сибстрин) Ю.Л. Сколубовича с Днем знаний и началом нового учебного года

Уважаемые коллеги, сотрудники, студенты и аспиранты Новосибирского государственного архитектурно-строительного университета (Сибстрин)! Дорогие первокурсники! От всей души поздравляю вас с Днем знаний и началом нового учебного года!

Наступил новый учебный год – очередной этап нашей с вами жизни. Кто-то только поступил в университет, кто-то перешел на следующий курс, в магистратуру или аспирантуру, а для кого-то это последний год учебы в стенах альма-матер. Всех нас ждет плодотворная и интересная работа по выполнению поставленных сегодня задач, чтобы первокурсники стали полноправными студентами, студенты успешно сдали сессию, аспиранты реализовали себя в науке, а преподаватели – в профессии.

По традиции, обращаюсь к главным героям этого дня – первокурсникам. Поступив в Сибстрин, современный вуз с богатейшей историей, вы сделали верный шаг в новую жизнь. Строительство будет востребовано во все времена, а это значит, что у наших выпускников всегда будет…

27.Устойчивость коллоидных систем. Агрегационная и седиментационная устойчивость. Коагуляция. Коагуляция под действием сильных электролитов. Порог коагуляции. Правила Шульца-Гарди. Коллоидная защита.

Устойчивость
коллоидных систем-это способности
системы сохранять неизменные размеры
частиц дисперсной фазы и их равномерное
распределение в дисперсионной среде.

Коллоидные
системы могут существовать длительное
время, устойчивы с дисперсных систем
делятся на 2 вида:
кинетическую(седиментационная-осаждение)
и агрегатную.

Кинетическая
определяется способностью системы
противодействовать оседанию.

Агрегативность-это
способность сохранять неизменную
первоначальный размер частиц.

КОАГУЛЯЦИЯ
(от лат. coagulatio—створаживание), характерный
для коллоидных растворов (золей) процесс,
заключающийся либо в выпадении дисперсной
фазы в осадок либо в застывании всего
коллоидного раствора в студень— гель.
В обоих случаях имеет место слияние
отдельных мельчайших частиц дисперсной
фазы, их укрупнение, или агрегация.

Коагуляция
под действием сильных электролитов.

Коллоидные
растворы очень чувствительны к присутствию
посторонних электролитов и коагуляция
может быть вызвана даже присутствием
малых их количеств. Например, коагуляция
наступает очень быстро, практически
сразу же после образования золя, если
он был получен в плохо вымытой посуде,
сохранившей следы солей, содержащихся
в водопроводной воде. Однако в присутствии
каких-то определённых очень малых
количеств электролита-ко-а-гулятора
коллоидные растворы способны сохранять
агрегативную устойчивость. Наименьшая
концентрация электролита, вызывающая
явную коагуляцию коллоидного раствора,
называется порогом коагуляции .
Экспериментально
порог коагуляции может быть определён
постепенным (например, из бюретки)
добавлением к исследуемому золю раствора
электролита-коагу-ля-то-ра.
Другой способ определения 
— приготовление
серии растворов электролита с равномерно
увеличивающейся концентрацией с
последующим добавлением к ним одинаковых
объёмов золя. Наступление коагуляции
может отмечаться визуально или с помощью
приборов. Чаще всего для этих целей
используются оптические методы. В любом
случае порог коагуляции может быть
вычислен по формуле

Порог
коагуляции обычно измеряется в моль/л
или в ммоль/л. При этом следует помнить,
что физический смысл этой размерности
– количество электролита (моль или
ммоль), способное вызвать коагуляцию 1
литра коллоидного раствора.

Кроме
порога коагуляции в коллоидной химии
используется и обратная ему величина
– коагулирующая способность Р:

Размерность
Р – л/моль или л/ммоль, что по физическому
смыслу соответствует объёму золя,
который может быть скоагулирован 1 молем
(или миллимолем) электролита.

Порог
коагуляции, а значит, и коагулирующая
способность являются приблизительными
характеристиками, так как зависят от
очень многих факторов – от скорости
прибавления электролита-коагулятора,
от способа приготовления золя, от метода
регистрации, от времени между добавлением
электролита и моментом фиксирования
явной коагуляции, от температуры и др.

Правило
шульце-гарди. Коагулирующий ион имеет
заряд, протиоположный коллоидной
частицы, и чем он больше, тем больше его
коагулирующее действие.

28)Классификация
высокомолекулярных соединений.
Сравнительная характеристика растворов
ВМС, коллоидных и истинных растворов.
Основные классы биополимеров: белки,
нуклеиновые кислоты, полисахариды.
Глобулярная и фибриллярная структура
белков. Изоэлектрическое состояние.
Изоэлектрическая точка белка. Электрофорез.

ВМС-это
соединение молекулярной массы, которая
преваешт 1000 углеродные единиц массы
или а.е.м. и макромолекулы, которые
построены из большого числа повторяющихся
мономерных звеньев или молекулярных
группировок.

ВМС
обладают свойствами не только истинных
растворов (само-произвольность
образования раствора, его термодинамиче-ская
устойчивость, молекулярная дисперсность,
гомоген-ность),
но и свойствами коллоидных растворов
(неспособ-ность
молекул полимера проникать через
полупроницаемую мембрану, низкое
осмотическое давление, малые скорости
диффузии молекул, светорассеяние).

Коллоидные
растворы

Как
уже отмечалось, нерастворимых веществ
нет. Даже твёрдые вещества, которые,
вроде бы, являются нерастворимыми, —
тоже частично растворяются, при этом
образуя мельчайшие частицы в растворителе
мицеллы. Эти частицы проходят через
фильтр. Они настолько мелкие и лёгкие,
что не выпадают в осадок. Такие частицы
(мицеллы) называют коллоидными. А растворы
— коллоидные растворы.

Коллоидные
частицы можно рассмотреть в растворе
с помощью пучка света — лучи отражаются
и преломляются, и тогда коллоидные
частицы становятся видны невооружённым
глазом. (Такое явление называют эффектом
Тиндаля).

В
коллоидных растворах частицы имеют
размер от 0,1…0,001 мкм (микрон).

Ещё
одно распространённое название коллоидных
растворов — золи. При длительном хранении
золи переходят в гель (структура геля
отличается от золи положением частиц
(мицелл) — в гелях они сгруппированы).

Но
если гель нагреть, то он снова перейдёт
в золь.

Суспензия

Золи,
которые переходят в гель, но при этом
обратное превращение исключается —
называют суспензиями. Если из геля снова
получается золь — то это уже эмульсия.

Примерами
коллоидного раствора могут быть молоко,
клей, чернила, майонез, эмульсия фотоплёнок
(раствор серебра). Облака — это тоже
коллоидные растворы, где воздух —
растворитель, а капли воды — коллоидные
частицы.

Если
насыпать в воду песок и взболтать, то
песок очень быстро отделится от воды и
окажется на дне ёмкости. Если перемешать
пыль с водой, то тоже выпадет осадок, но
гораздо медленнее. В таких случаях
нельзя говорить о растворе, так как
частицырастворяемого вещества видны
невооруженным глазом или с помощью
лупы, или микроскопа. Эта смесь является
гетерогенной. Смеси такого типа, в
которых компоненты можно отделить друг
от друга путём простой фильтрации, также
называют суспензиями.

Истинные
растворы – это однофазные дисперсные
системы, они характеризуются большой
прочностью связи между дисперсной фазой
и дисперсионной средой. Истинный раствор
сохраняет гомогенность неопределенно
долгое время. Истинные растворы всегда
прозрачны. Частицы истинного раствора
не видны даже в электронный микроскоп.
Истинные растворы хорошо диффундируют.

Компонент,
агрегатное состояние которого не
изменяется при образовании раствора,
называют растворителем (дисперсионная
среда), а другой компонент – растворенным
веществом (дисперсная фаза).

При
одинаковом агрегатном состоянии
компонентов растворителем считается
компонент, количество которого в растворе
преобладает.

В
растворах электролитов вне зависимости
от соотношения компонентов электролиты
рассматриваются как растворенные
вещества.

Истинные
растворы подразделяются:

· по
типу растворителя: водные и неводные

· по
типу растворенного вещества: растворы
солей, кислот, щелочей, газов и т.д.

· по
отношению к электрическому току:
электролиты и неэлектролиты

· по
концентрации: концентрированные и
разбавленные

· по
степени достижения предела растворимости:
насыщенные и ненасыщенные

· с
термодинамической точки зрения: идеальные
и реальные

· по
агрегатному состоянию: газообразные,
жидкие, твердые.

Основные
классы биополимеров: белки, нуклеиновые
кислоты, полисахариды.

Белки-высокомолекулярные
биополимеры мономерами, которых явлются
аминокислоты.

Аминокислоты-органические
к-ты, содержащие амминогруппу (-Nh3),
еоторой присущи щёлочные св-ва, и
карбоксильную группы (-COOH)
с кислотными остатками (основ, к-т).

Ренатурация-процесс
восстановления природной структуры
белка.

Денаурация-процесс
нарушения природной структуры белка
под влиянием различных физико-химических
факторов(температура, давление, кислоты,
и др.) без разрушения пептидной
связи(первичной структуры).

Функции
белков: строительная, энергетическкая,
защитная, сократительная или двигательная,
резервная, транспортная, регуляторная,
каталитическая.

Нуклеиновые
кислоты-сложные высокомолекулярные
биополимеры, мономерами которых являются
нуклеотиды. Молекула нуклеотидов состоит
из остатков азотистого основания,
пятиуглеродного моносахарида (пентозы)
и фосфорной кислоты.

Нуклеиновые
кислоты-это продукты конденсации
фосфатной к-ты, моносахаридов(рибоза,
дезоксирибоза) и гетероциклических
оснований.

Углеводы.

Полисахариды
(С6Н10О5)n
— полимеры, содержащие больше 10-ти
моносахаридных звеньев(глюкоза, амилоза,
ацетилглюкозамин и др.), соединённых
между собой О-гликозидными связями. Они
входят в состав мембран клеток и их
органелл, а так же являются поставщиками
энергии.(Крахмал, гликоген, целлюлоза).

Комплексные
соединения: углеводов с белками-гликопротеиды,
углеводов с липидами-гликолипиды,
сложный гликопептид-муреин, хитин-в
отличие от целлюлозы в молекулах остатки
глюкозы связаны с азотсодержащими
группами и др.

Глобулярные
белки — имеют сферическую или эллипсовидную
форму молекулы (глобула). В процессе
образования глобулы гидрофобные радикалы
аминокислот погружаются во внутренние
области, гидрофильные радикалы
располагаются на поверхности молекулы.
При взаимодействии с водной фазой
полярные радикалы образуют многочисленные
водородные связи. Белки удерживаются
в растворённом состояния за счёт заряда
и гидратной оболочки. В организме
глобулярные белки выполняют динамические
функции (транспортную, ферментативную,
регуляторную, защитную). К глобулярным
белкам относятся:

Альбумин
— белок плазмы крови; содержит много
остатков глутамата и аспартата; осаждается
при 100%-ном насыщении раствора сульфатом
аммония.

Глобулины
— белки плазмы крови; по сравнению с
альбумином оббладают большей молекулярной
массой и содержат меньше остатков
глутамата и аспартата, осаждаются при
50%-ном насыщении раствора сульфатом
аммония.

Глобулярная
(сферическая) – компактные шаровидные.
Образования: гемоглобин, гликоген,
пепсин, трипсин, панкреатин и др.

Ограниченно
набухающие:процесс перехода от набухания
к растворению происходит при определенных
факторах (повышение температуры и др.)

Фибриллярная
(линейная,слаборазветвленная)
–ассиметричные пачки молекул:желатин,целлюлоза
и ее производные, коллаген, полиакрилат
натрия и др.

Фибриллярные
белки — имеют нитевидную форму (фибриллы)
, образуют волокна и пучки волокон. Между
соседними полипептидными цепями имеется
много поперечных ковалентных сшивок.
Нерастворимы в воде. Переходу в раствор
препятствуют неполярные радикалы
аминокислот и сшивки между пептидными
цепями. В организме выполняют главным
образом структурную функцию, обеспечивают
механическую прочность тканей.

Электрофорез-движение
частиц дисперсной фазы во внешнем
электрическом поле.

рН
при которой белок находится в
изоэлектрическом состоянии называется
изоэлектрической точкой (ИЭТ).

Коллоидная химия | Открытые видеолекции учебных курсов МГУ

Курс «Коллоидная химия» ставит своей целью ознакомление студентов с учением о дисперсном состоянии вещества, особых свойствах поверхностных слоев и поверхностных явлениях в дисперсных системах. Подчеркивается главное и общее для дисперсных систем – это развитость границ раздела фаз. Особое внимание в курсе уделяется роли поверхностных явлений; адсорбции поверхностно-активных веществ в управлении свойствами дисперсных систем.

Обсуждается решение ряда важных задач современной коллоидной химии с раскрытием закономерностей и механизмов поверхностных явлений, привлечением разнообразных физико-химических и специфических коллоидных методов эксперимента и развитого теоретического аппарата, дающего количественное описание рассматриваемых явлений на атомно-молекулярном уровне.

Список всех тем лекций

Лекция 1. Коллоидная химия как наука. Предмет изучения.
Предмет коллоидной химии

История становления коллоидной химии

Классификация дисперсных систем

Размеры объектов

Типы коллоидных систем (классификация по агрегатному состоянию)

Классификация по структуре

Поверхностные явления

Процессы, связанные с уменьшением поверхностного натяжения

Процессы, связанные с уменьшением общей поверхности

Процессы, связанные с увеличением поверхностной энергии

Несамопроизвольные процессы

Лекция 2. Поверхностное натяжение.
Поверхностное натяжение

Характеристика степени раздробленности

Капиллярные явления

Лекция 3. Молекулярно-кинетические свойства дисперсных систем.
Броуновское движение

Диффузия в коллоидных системах

Поверхностная диффузия

Понятие о теории флуктуации

Седиментация в дисперсных системах

Методы дисперсного анализа

Седиментационно-диффузионное равновесие в дисперсных системах

Стабильность коллоидных систем

Резюме по теме

Типы взаимодействия

Лекция 4. Термодинамика поверхностных явлений.
Основные соотношения термодинамики

Термодинамика поверхности разрыва

Адсорбция

Поверхностные плёнки

Лекция 5. Поверхностно-активные вещества.
Введение

Классификация Ребиндера

Ионогенные ПАВ

Катионактивные ПАВ

Гидрофильно-липофильный баланс

Фазовые переходы в растворах ПАВ

Неионогенные ПАВ

Применение ПАВ в нефтевытеснении

Амфотерные и полмерные амфолитные ПАВ

Биологическое разложение ПАВ

Смеси ПАВ

Применение ПАВ

Лекция 6. Электрические свойства дисперсных систем.
Электрокапиллярные явления

Строение мицеллы гидрофобного золя

Двойной электрический слой

Влияние электролитов

Электрокинетические явления

Лекция 7. Электрокинетические явления.
Осмос

Открытие электрокинетических явлений

Типы электрокинетических явлений

Электроосмос и его применение

Электрофорез и его применение

Использование электрокинетических явлений

Электрокинетические явления в связнодисперсных системах

Лекция 8. Теория ДЛФО.
Общие положения теории ДЛФО

Устойчивость дисперсных систем

Расклинивающее давление

Энергия молекулярного притяжения

Энергия электростатического отталкивания

Потенциальная энергия взаимодействия частиц

Структурный барьер

Закономерности электролитной коагуляции

Лекция 9. Лиофильные и лиофобные дисперсные системы.
Образование и устойчивость дисперсных систем

Порядок величин и их соподчинение

Рэлеевское рассеяние

Френелевское рассеяние

Японский исследователь Шинода

Представление Фольмера

Принцип подбора эмульгатора

Лекция 10. Реология.
Реология как наука

Вязкоупругое поведение

Релаксационные явления в полимерах

Гистерезисные явления в эластомерах

Критерий Деборы для вязкоупругости

Вязкое поведение

Модель пластичности

Модель Максвелла

Модель Кельвина-Фойгта

Модель внутренних напряжений

Модель Бингама

Классификация дисперсных систем по структурно-механическим свойствам

Конденсационно-кристализационные структуры

Коагуляционные структуры

Классификация тел, основанная на их реологических свойствах

Реологические свойства дисперсных систем

Тиксотропное реологическое поведение структурированной дисперсной системы

Структурообразование в дисперсных системах

Лекция 11. Пены, аэрозоли, порошки.
Жидкие пены

Характеристики пен

Системы с газообразной дисперсионной средой

Порошки

Твёрдые пены

Металлические пены

Угольные пены

Лекция 12. Коллоидные системы.
Парадокс Леонардо

Количественная модель без параметров

Лекция 13. Физико-химическая механика.
Введение

Эффект Ребиндера

Физико-химическая механика дисперсных систем и материалов

Поверхностные явления в процессах деформации и разрушении твёрдых тел и материалов

Эффект Иоффе

Механохимия

Что такое коагуляция? — Определение из Corrosionpedia

Что означает коагуляция?

Коагуляция — это химический процесс, при котором происходит дестабилизация неоседлых частиц. Эти частицы образуют комки с помощью коагулянта. Коллоидные частицы и очень мелкие твердые суспензии, изначально присутствующие в сточных водах, объединяются в более крупные агломераты, которые можно разделить с помощью различных методов разделения.

Коагуляция часто используется для удаления взвешенных твердых частиц на установках очистки бытовых и промышленных сточных вод. При очистке воды за коагуляцией обычно следует флокуляция.

Коррозия объясняет коагуляцию

Коагуляция — это химический процесс, используемый для нейтрализации зарядов и образования гелеобразной массы для улавливания (или связывания) частиц, таким образом образуя массу, достаточно большую, чтобы осесть или быть захваченной фильтром.

Слова «коагуляция» и «флокуляция» часто используются как синонимы, но они относятся к двум различным процессам. Коагуляция часто используется в сочетании с флокуляцией.

Коагуляция обычно достигается путем добавления различных типов химикатов (коагулянтов) в сточные воды, чтобы способствовать дестабилизации коллоидной дисперсии и агломерации образующихся отдельных коллоидных частиц.

Наиболее распространенными коагулянтами, используемыми при очистке сточных вод, являются:

  • Соли алюминия (квасцы)
  • Соли железа и железа
  • Известь
  • Катионные полимеры
  • Анионные и неионные полимеры

Коагуляция коллоидов происходит при стабильный коллоид (из-за внутренней стабильности коллоидной дисперсии) или стабилизированный коллоид (из-за наличия или двойного слоя) дестабилизируется.Дестабилизация коллоидов происходит, когда коллоидные частицы приближаются достаточно близко друг к другу для возникновения агломерации.

Способность химической добавки вызывать коагуляцию обычно зависит от:

  • Электрический заряд иона или молекулы, используемых в качестве коагулянта — Чем больше заряд, тем эффективнее коагулянт
  • Размер используемого иона или молекулы как коагулянт — Чем больше размер молекулы, тем эффективнее коагулянт

Коагуляция — обзор | Темы ScienceDirect

Коагуляция противоионами с высокой валентностью (DCC-HVCI)

DCC путем сдвига pH на IEP — надежный процесс для производства керамических тел, но прочность во влажном состоянии может быть недостаточно высокой для обращения с ними.Сдвиг межчастичных сил с режима отталкивания на режим притяжения путем увеличения концентрации одновалентных ионов, например, за счет разложения мочевины, катализируемого уреазой, требует очень высокой концентрации одновалентной соли (2 моль л -1 ), и время коагуляции становится равным слишком длинный (Xu et al ., 2012a, b).

Для преодоления таких ограничений была разработана модификация метода DCC, индуцирующая коагуляцию суспензии за счет увеличения концентрации противоионов с высокой валентностью.Основная идея процесса заключается в том, что дестабилизирующая способность электролита определяется минимальной концентрацией, необходимой для быстрой коагуляции суспензии, — так называемой критической концентрацией коагуляции (CCC). Теория DLVO используется для вывода выражения, которое связывает CCC с противоионной валентностью, z:

(9) CCC = constantz6

Eq. (9) — это правило Шульце-Харди, указывающее, что минимальная концентрация противоионов, при которой происходит переход от стабилизированной к коагулированной суспензии, обратно пропорциональна шестой степени валентности z.Для z = 1, 2 и 3 отношение CCC равно 1, 0,016 и 0,0014 соответственно. Как следствие, для коагуляции суспензии необходимы гораздо более низкие концентрации двухвалентных и трехвалентных электролитов по сравнению с более высокими концентрациями одновалентных электролитов.

Результаты, представленные авторами, показали потенциальное применение противоионов с высокой валентностью в формировании коллоидов (Xu et al ., 2012a). Основываясь на этой концепции, была предложена модификация DCC с комбинацией теории DLVO и правила Шульце-Харди, так называемого прямого коагуляционного литья посредством контролируемого высвобождения противоионов с высокой валентностью (DCC-HVCI) (Chen et al. ., 2017).

Хотя процесс относится к использованию противоионов с высокой валентностью, во всех опубликованных работах нескольких авторов использовались только двухвалентные ионы, в основном кальций Ca 2+ и Mg 2+ для увеличения ионной силы среды, в результате чего происходит сжатие EDL поверхностных частиц и коагуляция суспензии. Метод был применен для обработки оксида алюминия, диоксида циркония (YSZ), диоксида кремния и алюмосиликатных композитов с йодатом кальция, цитратом кальция и фосфатом кальция в качестве наиболее распространенных реагентов для выделения иона Ca 2+ .Что касается выпуска Mg 2+ , использовались цитрат магния и оксид магния. Помимо коагуляции из-за увеличения ионной силы, в некоторых исследованиях также присутствовал другой механизм коагуляции, связанный с термически активированным гидролизным разложением сложного эфира (диацетата глицерина). Большинство исследований показали, что оба механизма коагуляции позволяют в короткие сроки получать плотные, однородные и высокопрочные тела (Xu et al ., 2015).

Композиты с матрицей из диоксида кремния, армированные волокном оксида алюминия, с улучшенными механическими свойствами были получены этим методом (Xiao et al ., 2017) с использованием Ca 2+ , выделяемого йодатом кальция, и гидролизного разложения диацетата глицерина (GDA), термически активированного при 70 ° C. Электростатически стабилизированная суспензия кремнезема с глиноземным волокном коагулировалась за счет высвобождения ионов Ca 2+ из иодата кальция, а также за счет сдвига pH из-за гидролиза GDA. Эта реакция разложения происходит при высоких температурах (70 ° C) с образованием уксусной кислоты и глицерина. Уксусная кислота сдвигает pH в сторону IEP, способствуя коагуляции суспензии.Кроме того, с повышением температуры растворимость иодата кальция увеличивается, высвобождая ионы Ca 2+ . Оба механизма ускоряют коагуляцию суспензии при высокой температуре (70 ° C). Обработанные тела с однородной микроструктурой и хорошими механическими свойствами позволяют предположить, что этот коллоидный метод перспективен для получения композитов с керамической матрицей сложной формы, с однородным составом и высокой механической прочностью.

Фосфат кальция — еще один реагент, который использовался для высвобождения ионов Ca 2+ для коагуляции суспензий оксида алюминия, стабилизированных в кислой области с помощью HCl (Xu et al ., 2012а). Соединения кальция, образованные в суспензии оксида алюминия, высвобождают ионы Ca 2+ , которые сжимают EDL частиц оксида алюминия, и суспензия коагулирует. Кроме того, гидролиз гидрофосфатных ионных форм (HPO 4 2- и H 2 PO 4 ) генерирует OH , что способствует сдвигу pH в сторону IEP. Повышение температуры суспензий будет способствовать быстрой коагуляции суспензий из-за более быстрого высвобождения ионов Ca 2+ .

Также сообщалось о коагуляции суспензий оксида алюминия путем контролируемого высвобождения Ca 2+ из комплекса цитрата кальция при помощи сдвига pH в присутствии диацетата глицерина (Xu et al ., 2016). Оксид алюминия добавляли к суспензии комплекса цитрата кальция, полученной смешиванием цитрата триаммония и хлорида кальция. Затем добавление диацетата глицерина (GDA) вызывало коагуляцию оксида алюминия в хелатной суспензии при различных температурах (40–70 ° C).

Высвобождение ионов Mg 2+ из цитрата магния и сдвиг pH в присутствии GDA также применялись для коагуляции суспензий стабилизированного оксида циркония, стабилизированного иттрием (YSZ) (Xu et al ., 2015) . Реакция гидролиза GDA позволяет разлагать цитрат магния с образованием Mg 2+ . Кроме того, это изменит pH суспензий YSZ, и оба эти механизма позволят обрабатывать тела сложной формы.

Оксид магния (MgO) использовался несколькими авторами в качестве коагулянта.Суспензии оксида алюминия, стабилизированные поли (акрилатом) аммония (APA), коагулировали с помощью MgO. Образовавшийся in situ Mg 2+ с задержкой во времени вступает в реакцию с диспергатором, образуя Mg-поли (акрилат) и сдвигая адсорбционное равновесие диспергатора на поверхности частиц с последующей коагуляцией концентрированной суспензии оксида алюминия (Prabhakaran et al. al ., 2008, 2010). Быстрая коагуляция с повышением температуры при нагревании до 70 ° C может быть связана с увеличением скорости реакции MgO с молекулами диспергатора, из-за увеличения растворимости MgO и концентрации ионов Mg 2+ .Эти результаты были недавно подтверждены другими авторами (Nair et al ., 2019), которые выполнили аналогичные исследования.

Было обнаружено, что прочность влажно-коагулированных образцов, полученных с помощью DCC-HVCI, выше, чем у образцов, приготовленных путем увеличения количества одновалентных электролитов (мочевины). Механизм коагуляции DCC-HVCI — это сжатие двойного электрического слоя ионами с высокой валентностью, что приводит к тесному контакту взвешенных частиц. Во время процесса агрегация частиц приводит к усадке суспензии и потере воды.Скорость усадки уменьшается с увеличением температуры коагуляции, что аналогично эффекту, наблюдаемому для прочности на сжатие. Большая степень усадки означает сильную агрегацию частиц, и вода выдавливается из образца, что приводит к высокой плотности сырца и способствует высокой прочности на сжатие. Кроме того, трещины легко образуются при высокой температуре и ухудшают механические свойства сырого тела. Повышение прочности сухих образцов с концентрацией йодата кальция может быть связано с медленным разложением избыточного количества йодата кальция во время обработки сушкой.

1.4: Коагуляция и флокуляция — рабочая сила LibreTexts

Цели обучения

После прочтения этой главы вы сможете определить и объяснить следующее:

  • Типы коагулянтов
  • Коагуляционная химия
  • Смесительные системы для коагуляции и флокуляции
  • Теория процесса флокуляции
  • фунтов формула

Одним из наиболее важных этапов процесса очистки воды является удаление взвешенных твердых частиц.Двухэтапный процесс очистки воды включает химическую дезактивацию и физическое удаление патогенных организмов. Физическое удаление патогенов осуществляется в несколько этапов. Первые два этапа включают процессы коагуляции и флокуляции . В этом процессе коллоидные частицы дестабилизируются, собирая вместе весь взвешенный материал. Их также можно называть нестабильными твердыми телами . Этот процесс увеличивает размер частиц, что способствует их удалению во время процесса фильтрации.Более крупные частицы хлопьев удаляются в процессе осаждения и фильтрации. Коагуляция происходит очень быстро в процессе быстрого или мгновенного перемешивания. Процесс мгновенного перемешивания длится всего несколько секунд, поскольку коагулянт быстро смешивается и вступает в реакцию с сырой неочищенной водой. На втором этапе флокуляции хлопья увеличиваются в размере. Фильтрация невозможна без надлежащей коагуляции и флокуляции.

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Изображение обработки воды Агентством по охране окружающей среды находится в открытом доступе.

Типы коагулянта

Обычно во время коагуляции используются два типа коагулянтов.В процессе быстрого перемешивания будут использоваться первичный коагулянт и вспомогательный коагулянт . Коллоидные поверхности отрицательны, поэтому в качестве первичных коагулянтов используются положительно заряженные соли металлов. Коагулянт растворяется в воде и ионизируется. Ионизация — это когда молекула теряет или приобретает электрон, чтобы сформировать ион. Три наиболее распространенных коагулянта, используемых при очистке воды, — это сульфат алюминия (квасцы), сульфат железа и хлорид железа. Наиболее часто используемым первичным коагулянтом при очистке воды являются квасцы из-за их широкой доступности и доступности.

Синтетические полимеры часто используются в качестве коагулянта и фильтрующего средства, но также используются в качестве первичного коагулянта. Операторы используют разные заряженные группы полимеров, известные как катионные (положительные), анионные (отрицательные) и неионные (без ионизируемых групп). Вспомогательные средства коагуляции помогают в создании схватывавшегося хлопка.

Важные моменты, которые следует учитывать при выборе полимера:

  • Передозировка полимера может снизить эффективность процесса коагуляции и вызвать заедание фильтра и увеличение потери напора в фильтрах
  • Не вся водопроводная вода одинакова.Каждый источник воды имеет разный химический состав, и необходимо провести тесты в банке, чтобы увидеть, какой полимер лучше всего работает с конкретной исходной водой.
  • Общепринятого стандарта выбора полимера не существует. В разных штатах есть стандарты разрешений на химические вещества, которым необходимо соответствовать.
  • Добавление хлора может повлиять на эффективность полимера
  • Как и у любого химического вещества, существует предел дозировки

Химия

Как и многие процессы очистки воды, теория коагуляции очень сложна.Как оператор, вы должны иметь базовое представление о химическом составе каждого процесса. Коагулянт, добавленный в воду, будет реагировать со щелочностью воды с образованием нерастворимых хлопьев. Нерастворимое — это то, что не растворяется. Если хлопья сформированы неправильно, операторы не смогут эффективно удалить патогенные микроорганизмы из очищенной воды. Щелочность — это не то же самое, что pH. Это очень сбивает с толку, поскольку «щелочная вода» стала более популярным маркетинговым термином. Щелочность — это способность воды нейтрализовать кислоту на основе карбоната, бикарбоната или гидроксида.Показатель щелочности — это количество кислоты, которое нужно добавить в воду, чтобы снизить pH до 4,5, и здесь возникает путаница.

Коагуляция наиболее эффективна в диапазоне pH 5-7 из-за способности воды реагировать со щелочностью. В этом диапазоне вода имеет тенденцию буферизоваться или оставаться в том же диапазоне pH, что позволяет полностью смешивать химические вещества коагулянта. Если исходная вода имеет низкий pH, можно добавить такие вещества, как кальцинированная сода, для повышения pH.

Операторы должны проводить надлежащие испытания качества воды, чтобы способствовать правильному добавлению коагулянтов.Недостаточная дозировка коагулянтов вызовет проблемы с образованием хлопьев, в то время как передозировка коагулянтов может вызвать засорение во время процесса фильтрации. Засоренные фильтры приводят к потере напора в фильтрах и повышенной промывке фильтров.

Смешивание

Как отмечалось ранее, процесс коагуляции завершается в течение нескольких секунд. Смешивание может быть достигнуто с помощью гидравлических смесителей, механического перемешивания, диффузоров или насосных смесителей. Гидравлические смесители используют поток для достижения смешивания. Для этого типа смешивания требуется достаточный поток, чтобы создать волнение в воде для достижения надлежащего перемешивания.Механические миксеры требуют наибольшего количества энергии, поскольку для перемешивания им требуется электрический источник. Диффузоры обеспечивают равномерный поток во время процесса коагуляции, но могут потребовать множества регулировок после изменения потока. Наконец, можно использовать насосы для проталкивания коагулянта в поток воды. Смешивание может происходить в бассейне, канале или трубопроводе.

Флокуляция

Флокуляция — это медленный процесс перемешивания, при котором более мелкие частицы сливаются в более крупные частицы, которые легче оседают.Затем частицы легче удаляются в процессе осаждения и фильтрации. Процесс флокуляции достигается за счет управления скоростью ударов между частицами по мере их увеличения. Размер хлопьев может составлять от 0,1 до 3 мм. Размер производимого хлопья зависит от того, какой тип процесса очистки используется на конкретном предприятии. Важно, чтобы хлопья были хорошего размера, но также имели плотность, чтобы хлопья не сдвигались в процессе осаждения и фильтрации. Этот процесс намного дольше, чем коагуляция, которая длится примерно 15-45 минут.

Рисунок \ (\ PageIndex {2} \): Процесс коагуляции-флокуляции, разработанный Открытым университетом и партнерами, лицензирован в соответствии с CC BY-NC-SA 4.0

. Показано вверху: Часть флэш-смеси также известна как коагуляция. Химические вещества добавляются вместе, и процесс происходит в течение нескольких секунд. После мгновенного перемешивания вода направляется в резервуары для флокуляции, чтобы частицы хлопьев собирались в размерах.

Механические флокуляторы можно устанавливать как горизонтально, так и вертикально. В горизонтальном типе используются лопастные смесители, в то время как в вертикальных смесителях используются лопастные, турбинные и пропеллерные смесители.Форма и размер бассейна флокуляции определяется типом используемого перемешивания и прилегающими структурами, такими как бассейны отстойника. Емкости для флокуляции обычно делятся на 3 отделения. Скорость перемешивания снижается в каждом отсеке, чтобы частицы не распадались по мере их увеличения. Если частицы распадаются во время флокуляции, частицы будут ложиться более тяжелой нагрузкой на фильтры во время процесса фильтрации, что приведет к сокращению времени работы фильтра. Более подробно это явление будет рассмотрено в главе 6.

Мониторинг и управление процессами

Процесс коагуляции и флокуляции требует большого внимания к деталям. Оператор не может просто установить дозу и «надеяться», что все получится. Качество воды может часто меняться, и операторы должны следить за тем, чтобы они были в курсе меняющихся условий. Один из способов, которым оператор может добиться этого, — это тестирование емкости. Это лабораторная процедура, которая определяет лучшую дозу коагулянта в зависимости от условий качества воды.

Рисунок \ (\ PageIndex {3} \): изображение теста Jigchen L.Norbu имеет лицензию CC BY-SA 4.0

. Эффективность водоочистных сооружений определяется по показаниям комбинированной мутности сточных вод. Эффективность отдельных фильтров также тщательно контролируется. Это будет подробно обсуждаться в главе текста, посвященной фильтрации, но на данном этапе процесса лечения важно иметь общее представление об этой концепции. Очистка воды — длительный процесс. То, что происходит прямо сейчас, может иметь серьезные последствия в процессе лечения. В связи с этим тем более критичными становятся испытания сосудов и мониторинг завода.Тестирование сосудов и лабораторный отбор проб гарантируют, что вода, которая теоретически обрабатывается сейчас, будет безопасной при поступлении в систему распределения через несколько часов.

В ненормальных условиях для операторов важно делать записи и информировать старших операторов и / или руководителя. Ведение записей важно, потому что операторы могут вернуться к заметкам, использованным в предыдущем опыте. Например, сильный дождь изменил входящую мутность, поступающую в очистные сооружения. Подобное событие произошло тремя годами ранее, и входящая мутность очень похожа на те, которые операторы наблюдают в настоящее время.Разве не неплохо было бы записать, что операторы сделали три года назад? Будем надеяться, что производственный персонал трехлетней давности отметил изменения в дозе коагулянта, скорости перемешивания, потребности в хлоре и других значительных изменениях на заводе.

Улучшенная коагуляция

Процесс усиленной коагуляции используется для удаления естественного органического вещества путем регулирования pH и дозы коагулянта для удаления наибольшего количества взвешенных веществ в процессе обработки. Добавление кислоты используется для достижения надлежащего pH, в отличие от проточной обработки, когда оператор передозирует коагулянт для достижения правильного диапазона pH.Усиленная коагуляция происходит при более низком pH. и соответственно увидим улучшения в лечении, такие как:

  • Молекулы гуминовых и фульвовых кислот лучше разделяются при более низком pH. Гуминовые и фульвокислоты — это органические кислоты, обычно содержащиеся в источниках сырой воды
  • Для обработки требуется меньше коагулянта
  • Флокуляция улучшается при более низком pH
  • Добавление серной кислоты перед добавлением коагулянта предварительное кондиционирование органических веществ

Формула фунтов (проблемы с химической дозировкой)

Одним из наиболее важных вычислений, которые использует оператор, является «Формула фунтов.Формула в фунтах может использоваться для решения водных математических задач, включая расчет от миллиграммов на литр до фунтов в день, скорости подачи, дозировки хлора, концентрации в процентах и ​​расчетов разбавления. Формула расчета фунтов:

Скорость подачи (фунты / день) = дозировка (частей на миллион) × скорость потока (миллион галлонов в день) × 8,34 фунта / галлон

Ниже приведена формула в фунтах, выраженная в механическом колесе. Механическое колесо можно использовать для решения проблемы дозировки химикатов путем ввода данной информации, а затем умножения или деления, как указано, для определения решения.Например, очистное сооружение будет производить 2 МГ в день. Доза хлора составляет 3,0 мг / л. Сколько фунтов хлора будет использовать оператор?

Скорость подачи = 3,0 × 2 × 8,34

Скорость подачи = 50 фунтов / день

Важно отметить, что при использовании формулы в фунтах производство воды всегда выражается в MGD.Например, задача может спросить, каково производство хлора для водоочистной установки, производящей 1 000 000 галлонов в день. Это самое простое выражение, потому что 1000000 ÷ 1000000 = 1.

EX: Оператор водоочистки должен провести супер хлорирование резервуара емкостью 650 000 галлонов до 50 частей на миллион. Сколько хлора должен добавить оператор?

50 × 0,65 × 8,34 = 271 фунт

* Вы должны разделить 650 000 на миллион, чтобы получить 0,65 для решения уравнения. Чтобы получить наиболее точный ответ, округлите до ближайшего десятого или сотого разряда.Помните, что вы должны показывать всю работу во время экзаменов, чтобы получить зачет, но формат по-прежнему является множественным, поэтому будьте осторожны при округлении.

Задачи по формуле для упражнений с фунтами

Пример \ (\ PageIndex {1} \)

Дозировка сухих квасцов составляет 15 мг / л. Суточный расход очистных сооружений составляет 5 МГ. Сколько фунтов сухих квасцов требуется в день?

Решение

Скорость подачи = 15 мг / л × 5 MGD × 8,34 фунта / галлон

Скорость подачи = 625,5 фунтов / день

* Этот пример задачи довольно прост.Подставьте числа в уравнение и умножьте, чтобы получить ответ.

Пример \ (\ PageIndex {2} \)

Очистное сооружение использует 300 фунтов квасцов в день. Производительность завода — 2 500 000 галлонов в сутки. Какая доза?

Решение

Шаг 1: 2 500 000 ÷ 1 000 000 = 2,5 MGD

Доза = 300 фунтов / день / (2,5 × 8,34)

Доза = 250 / 20,85

Доза = 12 мг / л

Пример \ (\ PageIndex {3} \)

Сколько фунтов 65% доступного хлора должен добавить оператор в очистную установку с дозой 3.0 мг / л и производительность установки 5 MGD?

Решение

* Запустите уравнение, как обычно. Поскольку вы добавляете не 100-процентный раствор хлора, для решения проблемы требуется дополнительный шаг. Помните, что если раствор хлора не является 100-процентным доступным хлором, вам понадобится больше для правильной дозировки!

Скорость подачи = 3,0 × 5 × 8,34 = 125 фунтов / день

Затем вам нужно будет отрегулировать концентрацию хлора.

(0,65) (x фунт / день) = 125 фунтов / день

х = 125,65

x = 192 фунта / день

Примечание. Если число меньше исходного, вы умножили, а не делили. Вам всегда понадобится больше химиката, если он не на 100%.

Пример \ (\ PageIndex {4} \)

В резервуар для воды высотой 30 футов и диаметром 100 футов необходимо дозировать 50 ppm для дезинфекции. Сколько фунтов 65% гипохлорита кальция необходимо добавить, чтобы дозировать резервуар?

Решение

0.785 × 100 футов × 100 футов × 30 футов × 7,48 галлонов / фут 3 = 1,761 540 галлонов

1,761,540 галлонов / 1,000,000 = 1,76MGD

Скорость подачи = 50 × 1,76 × 8,34 = 733,92 фунта / день

(0,65) (х) = 734

х = 734 / 0,65

x = 1129 фунтов

Обзор главы

  1. Оптимальная доза коагулянта определяется ___________.
    1. Тест на хлор
    2. Тест флокуляции
    3. Jar test
    4. Тест коагуляции
  2. Самый распространенный первичный коагулянт — ___________.
    1. Квасцы
    2. Катионный полимер
    3. Фторид
    4. Анионный полимер
  3. Бактерии и вирусы относятся к размеру частиц, известному как ___________.
    1. Подвес
    2. Растворенный
    3. Растянутый
    4. Коллоидный
  4. Целью коагуляции является ___________.
    1. Увеличьте время работы фильтра
    2. Увеличение осадка
    3. Увеличить размер частиц
    4. Дестабилизируют коллоидные частицы
  5. Целью флокуляции является ___________.
    1. Дестабилизируют коллоидные частицы
    2. Увеличить размер частиц
    3. Уменьшить осадок
    4. Уменьшить время работы фильтра
  6. Первичные коагулянты, используемые в процессе обработки: ___________.
    1. Полиалюминий хлорид
    2. Сульфат алюминия
    3. Хлорид железа
    4. Все вышеперечисленное
  7. Флокуляция используется для улучшения ___________.
    1. Число столкновений частиц для увеличения floc
    2. Нейтрализация заряда
    3. Дисперсия химикатов в воде
    4. Скорость оседания хлопьев
  8. Что бы вы изменили, если возникла проблема с образованием хлопьев?
    1. Отрегулируйте дозу коагулянта
    2. Не сдавайся
    3. Отрегулируйте интенсивность перемешивания
    4. И 1, и 3
  9. Какой этап лечения самый короткий?
    1. Фильтрация
    2. Седиментация
    3. Флокуляция
    4. Коагуляция
  10. Чтобы понизить pH для улучшенной коагуляции, оператор добавит ___________.
    1. Хлор
    2. Серная кислота
    3. Лайм
    4. Сода каустическая
  11. Как долго длится процесс флокуляции?
    1. секунды
    2. 5-10 минут
    3. 15-45 минут
    4. Более часа
  12. Функция резервуара для флокуляции: ___________.
    1. Коллоидные частицы оседают
    2. Дестабилизируют коллоидные частицы
    3. Смесь химикатов
    4. Разрешить рост взвешенных частиц
  13. Очистное сооружение имеет максимальную производительность 30 MGD и дозирует хлорид железа 75 мг / л.Сколько фунтов хлорида железа используется растением в день?
    1. 18 765
    2. 17 765
    3. 19 765
    4. 16 765
  14. Очистная установка использует 750 фунтов квасцов в день, поскольку она обрабатывает 15 MGD. Какая была мощность дозы?
    1. 4 мг / л
    2. 5 мг / л
    3. 6 мг / л
    4. 7 мг / л
  15. Очистное сооружение работает со скоростью 1500 галлонов в минуту и ​​потребляет 500 фунтов квасцов в день.Какая доза квасцов?
    1. 18 мг / л
    2. 28 мг / л
    3. 8 мг / л
    4. 38 мг / л

4-49 Осаждение / коагуляция / флокуляция

Описание:

Рисунок 4-49:
Типичный процесс осаждения металлов

Осаждение металлов долгое время было основным методом лечения
промышленные сточные воды с содержанием металлов.В результате успеха осаждения металлов в
таких приложений, технология рассматривается и выбирается для использования в восстановлении
подземные воды, содержащие тяжелые металлы, включая их радиоактивные изотопы. В земле
в системах водоподготовки процесс осаждения металлов часто используется в качестве
предварительная обработка для других технологий обработки (например, химическое окисление или воздух
зачистка), где присутствие металлов может помешать другой обработке
процессы.

Осаждение металлов из загрязненной воды связано с преобразованием
от растворимых солей тяжелых металлов до нерастворимых солей, которые будут выпадать в осадок. Осадок может
затем удалить из очищенной воды физическими методами, такими как осветление
(отстаивание) и / или фильтрация. В процессе обычно используется регулировка pH, добавление
химический осадитель и флокулянт. Обычно металлы осаждаются из раствора в виде
гидроксиды, сульфиды или карбонаты.Растворимость конкретных металлических примесей
и требуемые стандарты очистки будут определять используемый процесс. В некоторых случаях обрабатывают
конструкция позволит образовывать шламы, которые можно отправлять на переработку металла
восстановление.

Коагулянты и флокуляция

В процессе осаждения химические осадители, коагулянты и флокулянты
используются для увеличения размера частиц за счет агрегации.Процесс осаждения может
генерируют очень мелкие частицы, которые удерживаются во взвешенном состоянии за счет электростатических поверхностных зарядов.
Эти заряды вызывают образование облаков противоионов вокруг частиц, вызывая образование
силы отталкивания, препятствующие агрегации и снижающие эффективность последующих
процессы разделения твердой и жидкой фаз. Поэтому химические коагулянты часто добавляют в
преодолеть силы отталкивания частиц. Три основных типа коагулянтов:
неорганические электролиты (такие как квасцы, известь, хлорид железа и сульфат железа), органические
полимеры и синтетические полиэлектролиты с анионными или катионными функциональными группами.В
за добавлением коагулянтов следует перемешивание с малым сдвигом во флокуляторе для улучшения контакта
между частицами, позволяя частицам расти за счет явления седиментации
называется отстаиванием флокулянта.

Осаждение флокулянта относится к довольно разбавленной суспензии частиц, которые сливаются, или
флокуляция во время операции осаждения. Когда происходит коалесценция или флокуляция,
частицы увеличиваются в массе и оседают быстрее.Количество флокуляции, которое
происходит в зависимости от возможности контакта, которая зависит от скорости перелива,
глубина бассейна, градиенты скорости в системе, концентрация частиц,
и диапазон размеров частиц. Эффекты этих переменных могут быть достигнуты только
с помощью седиментационных тестов.

Синонимы:

NA.

Применимость:

Осаждение используется в основном для преобразования растворенных ионных частиц в
твердофазные частицы, которые можно удалить из водной фазы путем коагуляции и
фильтрация.Лечебное применение этой технологии обычно включает удаление растворенных
токсичные металлы и радионуклиды. В зависимости от технологического процесса шламы могут поддаваться обработке.
рекуперации металлов.

Ограничения:

К недостаткам осаждения металлов могут относиться:

  • Как и в случае любого процесса с насосом и обработкой, если источник загрязнения не удален (как в
    металлы, попавшие в почву), обработка грунтовых вод может оказаться излишней.
  • Присутствие нескольких металлических частиц может затруднить удаление из-за
    амфотерная природа различных соединений (т.е. оптимизация для одного вида металла может
    предотвратить удаление другого).
  • По мере ужесточения стандартов сброса может потребоваться дополнительная обработка.
  • Шлам гидроксида металла должен пройти TCLP перед захоронением.
  • Растворимый шестивалентный хром требует дополнительной обработки перед коагуляцией и
    флокуляция.
  • Добавление реагента необходимо тщательно контролировать, чтобы исключить недопустимые концентрации в
    очистные стоки.
  • Эффективность системы зависит от адекватных методов отделения твердых частиц (например,
    осветление, флокуляция и / или фильтрация).
  • В процессе может образовываться токсичный осадок, требующий надлежащей утилизации.
  • Процесс может быть дорогостоящим, в зависимости от используемых реагентов, требуемых средств управления системой и
    требуется участие оператора в работе системы.
  • Растворенные соли добавляются в очищенную воду в результате регулирования pH.
  • Может потребоваться добавить полимер в воду для достижения адекватного осаждения твердых частиц.
  • Обработанная вода часто требует корректировки pH.
  • Металлы, удерживаемые в растворе комплексообразователями (например, цианидом или ЭДТА), трудно поддаются обработке.
    осадок.

Потребности в данных:

Подробное обсуждение этих элементов данных представлено в подразделе 2.2.2 (Требования к данным для грунтовых вод,
Поверхностные воды и фильтрат).

Лабораторные испытания на обрабатываемость должны проводиться в
определить рабочие параметры и характеристики [т.е. тип и дозировка реагента, оптимальные
pH, время удерживания, скорость потока, температура, требования к смешиванию, флокулянт (полимер)
отбор, взвешенные твердые частицы, скорость осаждения и фильтрации осадка, а также объем ила
и характеристики].

Рабочие характеристики:

Осаждения тяжелых металлов в виде гидроксидов или сульфидов металлов были
применяется в качестве основного метода очистки промышленных сточных вод от тяжелых металлов для
много лет.В последнее время использовалось осаждение (обычно в виде гидроксидов металлов).
в электронной и гальванической промышленности в качестве технологии предварительной обработки для
сброс сточных вод на государственные очистные сооружения (POTW). Осадки металлов
широко используется для удовлетворения требований NPDES для обработки тяжелых металлов, содержащих
сточные воды.

Благодаря успешному выполнению требований по выписке излеченных
сточные воды, осаждение металлов признаны проверенным процессом для использования в лечебных целях.
такие мероприятия, как очистка грунтовых вод.Осадки (в сочетании с седиментацией,
и / или флокуляция и фильтрация) становится наиболее широко используемым средством для тяжелых
удаление металлов из грунтовых вод в насосных и очистных операциях.

Стоимость:

Данная смета составляет
не включает затраты на дополнительные этапы лечения, которые могут быть
необходимо при приеме на работу
технология осаждения / коагуляции / флокуляции, такая как осадок
обезвоживание и утилизация.Для
бюджетных целей, удаление осадка может быть оценено для увеличения операционной
затраты примерно на 0,50 доллара на 1 000 галлонов очищенных грунтовых вод. В
ключевая информация о драйверах затрат и анализ затрат были разработаны с использованием
версия проекта затрат и требований к корректирующим действиям (RACER)
программное обеспечение.


Ключевые факторы затрат

Нет анализа чувствительности
возможно, так как переменной является только скорость притока.


Анализ затрат

Следующая таблица
представляет собой предполагаемые затраты (по общепринятым единицам измерения) для применения
технология осаждения / коагуляции / флокуляции на объектах различного размера
и сложность. Более подробная таблица сметы затрат, которая включает
специфические характеристики сайта и существенные элементы затрат, которые способствовали
С окончательными расходами можно ознакомиться, перейдя по ссылке ниже.

ГВт
ТЕХНОЛОГИЯ:


Осаждение / Коагуляция / Флокуляция



ГОНЩИК
ПАРАМЕТРЫ


Сценарий А
и B


Сценарий C
и D


Малый сайт


Большой сайт


Отсутствие чувствительности к стоимости
Возможно


Отсутствие чувствительности к стоимости
Возможно



ТЫСЯЧ ГАЛЛОНОВ
ОБРАБОТАНО В ГОД


10,512


34 164


СТОИМОСТЬ НА ТЫСЯЧУ
ГАЛЛОНОВ В ГОД


41 доллар США


$ 17

Подробная стоимость
Смета

Каталожные номера:

Инновационная реабилитация
Технологии: демонстрационный проект в полевом масштабе в Северной Америке,
2-е издание

Тезисы
of Remediation Case Studies, том 4, июнь 2000 г., EPA 542-R-00-006

Руководство по документированию и
Управление информацией о затратах и ​​производительности для проектов восстановления —
Пересмотренная версия, октябрь 1998 г., EPA 542-B-98-007

Баласо, К.A., et al., 1986. «Растворимый сульфид
Исследование осадков «, Arthur D. Little, Inc., Заключительный отчет для USATHAMA,
Отчет № AMXTH-TE-CR-87106.

Battelle Memorial Institute, 1995. «ReOpt.
V3.1 «, Мемориальный институт Баттель при Министерстве энергетики по контракту DE / AC06 / 76RLO
1830.

Брика, Р. Марк, 1988. «Исследование и оценка эффективности
Отвержденная целлюлоза и шламы тяжелых металлов ксантата крахмала «, USACE-WES
Технический отчет EL-88-5.

EPA, 1980. Технологии контроля и обработки для отделки металлов
Отрасль: сульфидные осадки
, EPA / 625 / 8-80 / 003.

EPA, 1990. Руководство по оценке инновационных и альтернативных технологий ,
EPA, Управление операций водной программы, EPA / 430 / 9-78 / 009.

Круглый стол Federal Remediation Technologies, 1998. Дело о восстановлении
Исследования: инновационные технологии очистки подземных вод
, EPA / 542 / R-98/015.

NEESA, 1993. Осадки металлов из грунтовых вод . NEESA
Документ номер 20.2-051.6, Морская энергетическая и экологическая поддержка, Порт-Уенем,
CA.

Tchobanoglous, G. and F.L. Бертон, 1991. «Очистка сточных вод —
Обработка, утилизация и повторное использование, третье издание. Metcalf & Eddy, Inc.

Информация о сайте:

Контактные лица:

Общие контакты агентства FRTR

Веб-сайты для конкретных технологий:

государственных веб-сайтов

Неправительственные веб-сайты

Информация о продавце:

Список продавцов, предлагающих
Физическая / химическая очистка воды En situ предоставляется EPA.
REACH IT, который объединяет информацию из трех установленных баз данных EPA,
Информационная система для поставщиков инновационных лечебных технологий (VISITT),
Система технологий анализа и характеристики полей Vendor (Vendor
FACTS) и инновационных лечебных технологий (ITT), чтобы предоставить пользователям доступ к
исчерпывающая информация о технологиях лечения и характеризации и
их приложения.

Правительственный отказ от ответственности

Здоровье и безопасность:

Анализ опасностей

Химическое поведение различных видов фосфора при коагуляции

DOI: 10.1016 / j.chemosphere.2015.10.131.

Epub 2015 19 ноя.

Принадлежности

Расширять

Принадлежности

  • 1 Департамент системотехники энергетики, Сеульский национальный университет, Кванак-ро 1, Кванак-гу, Сеул, 151-744, Республика Корея.
  • 2 Центр исследований цикла водных ресурсов, Корейский институт науки и технологий, Hwarangno 14-gil 5, Seongbuk-gu, Seoul, 136-791, Республика Корея.
  • 3 Департамент инженерии энергетических систем, Сеульский национальный университет, Кванак-ро 1, Кванак-гу, Сеул, 151-744, Республика Корея. Электронный адрес: [email protected]

Элемент в буфере обмена

Taejun Park et al.Chemosphere.

2016 Февраль.

Показать детали

Показать варианты

Показать варианты

Формат

АннотацияPubMedPMID

DOI: 10.1016 / j.chemosphere.2015.10.131.

Epub 2015 19 ноя.

Принадлежности

  • 1 Департамент системотехники энергетики, Сеульский национальный университет, Кванак-ро 1, Кванак-гу, Сеул, 151-744, Республика Корея.
  • 2 Центр исследований цикла водных ресурсов, Корейский институт науки и технологий, Hwarangno 14-gil 5, Seongbuk-gu, Seoul, 136-791, Республика Корея.
  • 3 Департамент инженерии энергетических систем, Сеульский национальный университет, Кванак-ро 1, Кванак-гу, Сеул, 151-744, Республика Корея. Электронный адрес: [email protected]

Элемент в буфере обмена

Полнотекстовые ссылки
Опции CiteDisplay

Показать варианты

Формат
АннотацияPubMedPMID

Абстрактный

Фосфор — один из элементов, оказывающих значительное влияние на такие экологические проблемы, как эвтрофикация или цветение водорослей.Соединения фосфора в воде могут быть гидролизованы до ортофосфата, который является единственной формой фосфора, которую могут ассимилировать водоросли. В этом исследовании изучается удаление фосфора в виде ортофосфата и общего фосфора из сточных вод с использованием квасцов или ионов трехвалентного железа в качестве коагулянтов. Было обнаружено, что квасцы демонстрируют более высокую эффективность удаления фосфора, чем ионы трехвалентного железа при тех же концентрациях мольного отношения. Доля ортофосфата среди общего фосфора существенно не изменилась в процессе коагуляции, когда концентрация коагулянта низкая.Однако пропорция постепенно уменьшается по мере увеличения концентрации коагулянта. Не только разница в концентрации электролита в растворе, но и характеристики ортофосфата и полифосфата, такие как реакционная способность и размер ионов, также могут вызывать различия в скорости удаления. Ортофосфат, обладающий большей реакционной способностью, чем другие виды фосфора, будет преимущественно участвовать в химических реакциях при применении больших количеств коагулянтов. Однако влияние реакционной способности уменьшилось из-за большого размера ионов полифосфата и низкой концентрации электролита при низкой концентрации коагулянта во время процесса коагуляции.


Ключевые слова:

Коагуляция; Ортофосфат; Удаление фосфора; Полифосфат; Очистки сточных вод.

Copyright © 2015 Elsevier Ltd. Все права защищены.

Похожие статьи

  • [Влияние гидролиза полимера алюминия на распределение фосфора при коагуляции].

    Лю Х.Л., Чжао X, Цзяо Р.Ю., Ван XW, Ван Р.Дж.
    Лю Х.Л. и др.
    Хуан Цзин Кэ Сюэ. 2011 Янв; 32 (1): 102-7.
    Хуан Цзин Кэ Сюэ. 2011 г.

    PMID: 21404671

    Китайский язык.

  • Механизмы изменения концентрации взвешенных веществ и фосфатов в процессе коагуляции сточных вод.

    Манамперума Л.Д., Ратнавера ХК, Марцул А.
    Manamperuma LD, et al.Environ Technol. 2016 Октябрь; 37 (19): 2405-13. DOI: 10.1080 / 09593330.2016.1150354. Epub 2016 7 марта.
    Environ Technol. 2016 г.

    PMID: 26857441

  • Оптимизация удаления фосфора из вторичных стоков симплексным методом в Тяньцзине, Китай.

    Ван И, Хань Т, Сюй З, Бао Г, Чжу Т.
    Ван И и др.
    J Hazard Mater. 2005 20 мая; 121 (1-3): 183-6. DOI: 10.1016 / j.jhazmat.2005.02.006.
    J Hazard Mater. 2005 г.

    PMID: 15885420

  • Восстановление сельскохозяйственных питательных веществ из биоперерабатывающих заводов.

    Кэри Д.Е., Ян Й., Макнамара П.Дж., Майер Б.К.
    Кэри DE, et al.
    Биоресур Технол. 2016 сентябрь; 215: 186-198. DOI: 10.1016 / j.biortech.2016.02.093. Epub 2016 2 марта.
    Биоресур Технол. 2016 г.

    PMID: 26948442

    Рассмотрение.

  • Возможности и проблемы извлечения фосфора в виде вивианита из сточных вод: обзор.

    У И, Ло Дж., Чжан Кью, Алим М., Фанг Ф, Сюэ З., Цао Дж.
    Wu Y et al.
    Chemosphere. 2019 июл; 226: 246-258. DOI: 10.1016 / j.chemosphere.2019.03.138. Epub 2019 23 марта.
    Chemosphere. 2019.

    PMID: 30933734

    Рассмотрение.

Процитировано

2
статей

  • Улучшение ультрафильтрации для очистки фосфорсодержащей воды с помощью модифицированной лантаном мембраны из аминированного полиакрилонитрила.

    Koh KY, Zhang S, Chen JP.
    Koh KY, et al.
    САУ Омега. 2020 25 марта; 5 (13): 7170-7181. DOI: 10.1021 / acsomega.9b03573. eCollection 2020 7 апр.
    САУ Омега. 2020.

    PMID: 32280857
    Бесплатная статья PMC.

  • Понимание влияния спецификаций органического и неорганического фосфора на эффективность удаления фосфора из вторичных сточных вод.

    Сюй Цюй, Сяо К., Ван Х, Ву Цюй, Лян С., Ю В, Хоу Х, Лю Б., Ху Дж, Ян Дж.Сюй Кью и др.
    Environ Sci Pollut Res Int. 2020 апр; 27 (11): 11736-11748. DOI: 10.1007 / s11356-020-07774-9. Epub 2020 23 января.
    Environ Sci Pollut Res Int. 2020.

    PMID: 31975007

Типы публикаций

  • Поддержка исследований, за пределами США. Правительство

Условия MeSH

  • Квасцы / химия
  • Фосфаты / выделение и очистка
  • Фосфор / выделение и очистка *
  • Загрязнение воды, химия / химия
  • Загрязнения воды, химические вещества / изоляция и очистка *
  • Очистка воды / методы *

Вещества

  • Загрязняющие воду химические вещества

LinkOut — дополнительные ресурсы

  • Источники полных текстов

  • Другие источники литературы

[Икс]

цитировать

Копировать

Формат:

AMA

APA

ГНД

NLM

Необходима безопасная питьевая вода — коагуляция-флокуляция

Обычная коагуляция-флокуляция-седиментация

Традиционные методы коагуляции, флокуляции и седиментации являются важными методами предварительной обработки для многих систем очистки воды, особенно для фильтрации.Эти процессы агломерируют взвешенные твердые частицы в более крупные тела, так что процессы физической фильтрации могут более легко удалить их. Удаление твердых частиц этими методами делает последующие процессы фильтрации намного более эффективными. За процессом часто следует гравитационная сепарация (осаждение или флотация) и всегда следует фильтрация.

Химический коагулянт, такой как соли железа, соли алюминия или полимеры, добавляют в исходную воду для облегчения связывания между частицами.Коагулянты работают, создавая химическую реакцию и устраняя отрицательные заряды, которые заставляют частицы отталкиваться друг от друга.

Затем смесь воды и коагулянта медленно перемешивают в процессе, известном как флокуляция. Это перемешивание воды заставляет частицы сталкиваться и слипаться в более крупные и легко удаляемые сгустки, или «хлопья».

Этот процесс требует химических знаний характеристик исходной воды, чтобы гарантировать использование эффективной смеси коагулянта.Неправильные коагулянты делают эти методы лечения неэффективными.

Конечная эффективность коагуляции / флокуляции также определяется эффективностью процесса фильтрации, с которым она сочетается.

Флотация растворенного воздуха

Флотация растворенного воздуха — это разновидность технологии коагуляции-флокуляции, которая используется в качестве предварительной обработки. Использование этого метода перед фильтрацией воды снижает засорение, которое вызывает проблемы с обслуживанием последующей фильтрации.

Флотация растворенного воздуха особенно хорошо подходит для удаления водорослей, нежелательной окраски и более легких частиц, которые сопротивляются осаждению из очищенной исходной воды.

Этот процесс плохо работает с сильно мутной водой, потому что более тяжелые частицы, такие как ил и глина, не так легко всплывают на поверхность воды.

Чтобы начать процесс, к исходной воде добавляют химический коагулянт, такой как соли железа, соли алюминия или полимеры, чтобы облегчить связывание между частицами.Коагулянты работают, создавая химическую реакцию, устраняя отрицательные заряды, которые заставляют частицы отталкиваться друг от друга.

Затем смесь воды и коагулянта медленно перемешивают в процессе, известном как флокуляция. Взбивание воды заставляет частицы сталкиваться и слипаться в более крупные и легко удаляемые сгустки или «хлопья».

Флокулированная вода собирается в резервуаре и подвергается большой инфузии крошечных пузырьков воздуха под давлением. Под действием этих пузырьков сгустки или хлопья частиц поднимаются на поверхность воды, откуда они могут быть удалены.

Альтернативой седиментации является флотация растворенным воздухом. Он выполняет аналогичную задачу с помощью диаметрально противоположного метода — выталкивает комки загрязняющих веществ на поверхность, а не позволяет им оседать на дне.

Флокуляция-хлорирование

Система, которая включает коагуляцию-флокуляцию с последующим хлорированием, была разработана как технология точки использования, особенно для развивающихся стран.

В нем используется небольшой пакет порошкообразного сульфата железа (обычный флокулянт) и гипохлорита кальция (распространенное дезинфицирующее средство).Пользователь открывает пакет, добавляет содержимое в открытое ведро, содержащее около десяти литров воды, перемешивает в течение пяти минут, позволяет твердым частицам осесть на дно, перетирает воду через хлопчатобумажную ткань в другой контейнер и ждет 20 минут, пока не поступит хлор. для дезинфекции воды.

Комбинация удаления частиц и дезинфекции, по-видимому, обеспечивает высокую скорость удаления бактерий, вирусов и простейших даже в очень мутной воде. Имеются убедительные доказательства того, что эта система значительно снизила количество диарейных заболеваний в различных регионах.Есть также свидетельства того, что процесс флокуляции помогает удалить мышьяк; однако эти системы не являются адекватной заменой высококачественной централизованной обработки, когда она может быть доступна.

Умягчение извести

Умягчение извести используется в первую очередь для «умягчения» воды, то есть для удаления минеральных солей кальция и магния. Но он также удаляет вредные токсины, такие как радон и мышьяк. Хотя нет единого мнения, некоторые исследования даже предполагают, что смягчение известью эффективно при удалении лямблий.

Жесткая вода — обычное явление, вызывающее множество проблем. Пользователи часто узнают жесткую воду, потому что она мешает мыльнице должным образом пениться. Однако он также может вызвать образование отложений («накипь») в водонагревателях, бойлерах и трубах с горячей водой.

Из-за этих неудобств многие очистные сооружения используют умягчение извести для умягчения жесткой воды для бытового использования.

Прежде чем использовать умягчение извести, менеджеры должны определить требуемый химический состав умягчителя.Это относительно простая задача для источников подземных вод, состав которых остается более постоянным. Однако качество поверхностных вод сильно различается, и может потребоваться частая замена смягчающей химической смеси.

При умягчении извести в воду добавляют известь, а иногда и карбонат натрия, когда она попадает в комбинированный осветлитель для контакта с твердыми частицами. Это повышает pH (т.е. увеличивает щелочность) и приводит к осаждению карбоната кальция. Позже pH сточных вод из осветлителя снова снижается, и вода затем фильтруется через гранулированный фильтр.

Требования этих систем к водно-химическому составу требуют знающих операторов, что может сделать умягчение извести экономической проблемой для некоторых очень небольших систем.

% PDF-1.4
%
133 0 объект
>
эндобдж

xref
133 86
0000000016 00000 н.
0000003029 00000 н.
0000003150 00000 н.
0000003286 00000 н.
0000003949 00000 н.
0000004263 00000 н.
0000004414 00000 н.
0000004539 00000 н.
0000004664 00000 н.
0000004778 00000 н.
0000004889 00000 н.
0000004967 00000 н.
0000005517 00000 н.
0000005674 00000 н.
0000005994 00000 н.
0000006402 00000 п.
0000012109 00000 п.
0000017648 00000 п.
0000022794 00000 п.
0000028045 00000 п.
0000028194 00000 п.
0000028581 00000 п.
0000028704 00000 п.
0000028781 00000 п.
0000029311 00000 п.
0000040117 00000 п.
0000040178 00000 п.
0000040217 00000 п.
0000045722 00000 п.
0000045935 00000 п.
0000046242 00000 п.
0000046315 00000 п.
0000046440 00000 п.
0000046479 00000 п.
0000063376 00000 п.
0000063907 00000 п.
0000064200 00000 н.
0000064394 00000 п.
0000064674 00000 п.
0000064962 00000 н.
0000065156 00000 п.
0000065436 00000 п.
0000065721 00000 п.
0000066135 00000 п.
0000066383 00000 п.
0000066587 00000 п.
0000066759 00000 п.
0000066972 00000 п.
0000067320 00000 п.
0000067774 00000 п.
0000068197 00000 п.
0000068647 00000 п.
0000068882 00000 п.
0000069054 00000 п.
0000074242 00000 п.
0000074976 00000 п.
0000075148 00000 п.
0000075209 00000 п.
0000075675 00000 п.
0000076019 00000 п.
0000076295 00000 п.
0000076536 00000 п.
0000076972 00000 п.
0000077252 00000 п.
0000077739 00000 п.
0000078033 00000 п.
0000078087 00000 п.
0000078464 00000 п.
0000078657 00000 п.
0000079025 00000 п.
0000079405 00000 п.
0000084348 00000 п.
0000089639 00000 п.
0000092796 00000 н.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *