Флокуляция и теория флокуляции

Флокуляция

Флокуляция — это агрегация взвешенных и коллоидных частиц под действием полимеров (высокомолекулярных соединений – ВМС), сами полимеры называются флокулянтами. В коллоидной химии под флокуляцией понимают агрегацию частиц через молекулы адсорбированного флокулянта. В этом состоит существенное отличие флокуляции от процесса коагуляции, при которой происходит непосредственная агрегация частиц.

Теория флокуляции развита в период 1950-1964 г. французским ученым Ла Мером. В соответствии с этой теорией процесс флокуляции протекает в две стадии:

1.Полимерные молекулы адсорбируются несколькими своими фрагментами к поверхности взвешенных и коллоидных частиц занимая часть этой поверхности (рис.1) Вся поверхность частиц принимается за 1, часть, занятая полимерами – ?; оставшаяся часть – (1-?).

 Рис.1. Схема адсорбции полимера на частицах взвеси.

2.На второй стадии происходит вторичная адсорбция, когда оставшиеся свободными фрагменты молекул полимера закрепляются на поверхности других частиц, связывая частицы полимерными мостиками (рис.2). Это и есть собственно флокуляция.

 

Рис.2. Образование полимерных мостиков при флокуляции.

 Скорость процесса флокуляции по Ла Меру:

? dn/d? =d? KФn2?(1-?)

здесь n – количество взвешенных и коллоидных частиц в единице объема воды (счетная концентрация); ? – время; KФ – коэффициент, отражающий условия сближения частиц (расстояния и скорости).

Вспомним, что скорость коагуляции

? dn/d?=кn2.

Очевидно, что выражение для скорости флокуляции отличается от скорости коагуляции наличием произведения ?(1-?). Это произведение характерно для флокуляционных процессов. Оно определяет вероятность того, что свободная часть одной частицы расположится около молекулы полимера, адсорбированной на поверхности другой частицы.

Отметим, что при изменении ?, скорость флокуляции достигает максимума при ?=0,5. Сама же величина ? зависит от дозы полимера, точнее -от соотношения между площадью поверхности частиц взвеси и дозой полимера. Чем больше доза полимера, тем большую долю поверхности частиц он покрывает. Очевидно, что флокуляция возможна только при определенном соотношении между концентрацией взвеси и дозой полимера:

?=f(DФ);    DФ=f(n,r)

где DФ – доза флокуляции; r – размер частиц взвеси.

Наличие на поверхности частиц адсорбированных крупных молекул приводит к тому, что флокуляция начинается на значительно больших расстояниях, чем коагуляция, движение и вращение частиц увеличивает вероятность их столкновения. Увеличение сферы действия и вероятности столкновения приводят к тому, что скорость флокуляции значительно превышает скорость обычной коагуляции.

Размер образующихся устойчивых хлопьев определяется зависимостью

R=Kn2?2(1-?)2

где K – константа, учитывающая интенсивность перемешивания и прочность связи между полимером и частицей.

Размер хлопьев достигает максимума также при ?=0,5. Отсюда вытекает, что наилучшим образом флокуляция протекает, если молекула полимера покрывает половину поверхности взвешенных и коллоидных частиц.

Однако, практика эксплуатации показала, что оптимальная флокуляция протекает при ?=0,06-0,2. Этой величине ? соответствует оптимальная доза флокулянта, причем она значительно меньше дозы коагулянта. Кроме того, при флокуляции образуются более крупные агрегаты, чем при коагуляции. Это приводит к более быстрому осаждению их из воды.

Флокуляция и теория флокуляции — статья на сайте “студент-строитель.ру”