Princip a funkce koagulace při úpravě vody

Princip koagulace procesu úpravy vody ve vodárenských zařízeních zahrnuje především proces agregace koloidů a drobných nerozpuštěných látek ve vodě. Přidáním činidel do vody se koloidní částice, které se ve vodě obtížně srážejí, destabilizují a agregují za vzniku větších vloček, které se nakonec z vody oddělí srážením nebo čiřením. Níže rozeberu princip a funkci koagulace.

1. Na procesu koagulace se podílí dvouvrstvá teorie koloidních částic. Jádrem koloidu je částice složená z více atomů nebo molekul, nazývaná koloidní jádro. Povrch koloidního jádra nese vrstvu iontů, které přitahují heterotypní ionty kolem částic za vzniku vázaných protiiontů a volných protiiontů. Protože iontů adsorbovaných na povrchu koloidního jádra je více než protiiontů v adsorpční vrstvě, koloidní částice jsou záporně nabité, zatímco vločky jsou elektricky neutrální. Mezi koloidními částicemi existuje elektrostatické odpuzování a van der Waalsova přitažlivost. Když je vzdálenost mezi koloidními částicemi v určité vzdálenosti, tyto dvě síly způsobí, že se koloidní částice přiblíží k sobě, což nakonec povede k agregaci.

2. Stabilita koloidů při úpravě vody zahrnuje především vlastnosti koloidních částic udržujících ve vodě dispergovaný suspenzní stav po dlouhou dobu a agregační stabilitu generovanou eliminací elektrostatického odpuzování. Stabilní existence koloidních částic úzce souvisí s jejich dvouvrstvou strukturou. Na povrchu koloidního jádra je adsorbována vrstva iontů se stejným nábojem, která se nazývá potenciální iontová vrstva. Tyto potenciální iontové vrstvy přitahují vrstvu iontů s opačnými znaménky za vzniku tzv. "difúzní vrstvy". Stabilita mezi koloidními částicemi je udržována především strukturou těchto dvou vrstev. Konkrétní analýza je následující:

1. Dvouvrstvá struktura: Stabilita koloidních částic vychází z jejich dvouvrstvé struktury, která se skládá ze záporně nabitého koloidního jádra a okolních kladně nabitých protiiontů. Tato struktura generuje elektrostatické odpuzování mezi koloidními částicemi, čímž udržuje stabilní suspenzní stav.

2. Potenciál: Zeta potenciál ve dvouvrstvé struktuře je klíčovým parametrem pro koloidní stabilitu. Vysoký zeta potenciál znamená, že odpuzování mezi koloidními částicemi je silné a koloid je stabilnější; naopak nízký zeta potenciál přispívá ke koagulaci koloidů.

1. Brownův pohyb: Koloidní částice jsou ovlivněny Brownovým pohybem kvůli jejich malé velikosti, díky čemuž se ve vodě pohybují nepravidelně vysokou rychlostí a obtížně se usazují vlivem gravitace.

2. Efekt velikosti částic: Menší koloidní částice jsou zasaženy méně často za jednotku času a vytvořené síly se nemohou vzájemně kompenzovat, takže se zdá, že jsou ve stavu kontinuální suspenze ve vodě.

1. Van der Waalsova přitažlivost: Mezi koloidními částicemi je vždy van der Waalsova přitažlivost, která je nepřímo úměrná vzdálenosti mezi částicemi. Čím bližší je vzdálenost, tím silnější je přitažlivost.

2. Elektrostatické odpuzování: Dvouvrstvá struktura koloidních částic vede k elektrostatickému odpuzování mezi částicemi a velikost této síly je ovlivněna zeta potenciálem a iontovou silou v roztoku.

1. Komprese dvojité vrstvy: Přidáním elektrolytů s vysokomocnými protiionty se síla protiiontu ve vodě zvýší, tloušťka difúzní vrstvy se sníží a zeta potenciál se sníží, což způsobí destabilizaci koloidu.

2. Elektrická neutralizace: Přidejte elektrolyty, jako jsou soli železa a soli hliníku, abyste neutralizovali náboj potenciálních iontů na povrchu koloidu generováním komplexních iontů, snížili zeta potenciál a dosáhli koagulace koloidu.

1. Adsorpční můstek: Polymerní flokulant vytváří adsorpční můstek mezi více koloidními částicemi prostřednictvím řetězcových molekul, čímž podporuje agregaci a flokulaci koloidních částic.

2. Síťová páska: Přidejte soli s vysokým mocným kovem (jako jsou soli železa a hliníku), aby se rychle vytvořily nerozpustné hydroxidy a odstranily se koloidní částice nebo jemné suspendované látky.

1. Koagulační precipitace: Úpravou pH a přidáním vhodných koagulantů je proces míchání a flokulace optimalizován tak, aby bylo zajištěno, že stabilita koloidu byla v maximální míře zničena a bylo dosaženo účinné precipitace.

2. Dynamické monitorování: Monitorování změn kvality vody a zeta potenciálu v reálném čase během procesu úpravy a podle potřeby upravování typu a dávkování koagulantů, aby se zajistilo, že konečná kvalita vody splňuje normy. Brownův pohyb a nábojové působení při úpravě vody jsou důležitými vědeckými principy v procesu koagulace a hrají klíčovou roli při agregaci a srážení koloidních částic.

V souhrnu lze vidět, že Brownův pohyb a nábojové působení hrají zásadní roli v koagulačním procesu úpravy vody. Díky důkladnému pochopení a aplikaci těchto dvou základních principů lze optimalizovat proces koagulace a zlepšit účinek úpravy kvality vody. To nejen pomáhá zajistit bezpečnost a hygienu pitné vody, ale má také důležitý význam pro ochranu životního prostředí a opětovné využívání vodních zdrojů. Proto hloubkový výzkum a zvládnutí těchto základních principů bude mít hluboký dopad na zlepšení celkové úrovně technologie úpravy vody. Stabilita koloidů při úpravě vody zahrnuje mnoho aspektů, včetně struktury dvojité elektrické vrstvy, kinetických charakteristik, interakcí ve vodě a destabilizačních mechanismů. Ve skutečných procesech úpravy vody lze přiměřeným výběrem koagulantů, řízením provozních podmínek a kombinací účinných technologií flokulace a srážení účinně zničit stabilitu koloidů, aby byla zajištěna bezpečnost dodávek vody. Pro další optimalizaci efektu úpravy vody se doporučuje posílit sledování dynamiky kvality vody v reálném čase a flexibilně upravovat strategii úpravy podle změn kvality vody.