Физико-химические основы процессов коагуляции и флокуляции.

В любой природной воде, промышленных или бытовых сточных водах, как правило содержится некоторое количество примесей, как полезных так и вредных веществ. Полезные вещества мы рассматривать не будем остановимся на вредных. Как правило такие вещества находятся в воде в растворенном состоянии и/или в нерастворенном виде. Нерастворимые в воде частицы подразделяют на взвеси и коллоиды. Взвеси - присутствующие в воде вещества, размер частиц которых позволяет им оседать под действием силы тяжести. Такие примеси удаляются в процессе грубой фильтрации или отстаиванием. Другое дело с коллоидами. Ниже в таблице приведены различные типы коллоидных систем. Размер коллоидных частиц дисперсной фазы составляет 10^–9–10^–7 м, т.е. лежит в интервале от нанометров до долей микрометров. Эта область превосходит размер типичной малой молекулы, но меньше размера объекта, видимого в обычном оптическом микроскопе. То есть такие загрязнения невозможно удалить методом обычной фильтрации 

Для того чтобы очистить воду от взвешенных в ней коллоидных частиц необходимо как то разрушить равновесие, убрать силы не дающие частицам осесть. В этом нам помогают процессы коагуляции и флокуляции. 

Что такое КОАГУЛЯЦИЯ?

 Коагуляция (от лат. Coagulatio - свёртывание, сгущение), слипание частиц коллоидной системы при их столкновениях в процессе теплового (броуновского) движения, перемешивания или направленного перемещения во внешнем силовом поле. В результате коагуляции. 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. Коагуляция сопровождается прогрессирующим укрупнением частиц (увеличением размера и массы агрегатов) и уменьшением их числа в объёме дисперсионной среды - жидкости или газа.
Различают быструю и медленную коагуляцию. При быстрой коагуляции. почти каждое соударение частиц эффективно, т. е. приводит к их соединению; при медленной К. соединяется часть сталкивающихся частиц. В жидкой среде, например при коагуляция. золей, укрупнение частиц до известного предела (приблизительно до размера 10-4 см) не сопровождается их оседанием или всплыванием.  Дальнейший рост частиц приводит к образованию сгустков или хлопьев (флокул), выпадающих в осадок (коагулят, коагель) или скапливающихся в виде сливок у поверхности.
Коагуляция. - 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) 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. Иногда коагуляция. обратима; в благоприятных условиях, особенно при введении поверхностно-активных веществ, понижающих поверхностную межфазную энергию и облегчающих диспергирование, возможен распад агрегатов на первичные частицы (пептизация) и переход коагеля в золь.
Коагуляция. играет важную роль во многих технологических, биологических, атмосферных и геологических процессах. Так, при нагревании биополимеров (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,выделение каучука из латекса, получение сливочного масла и др. пищевых продуктов - характерные примеры использования коагуляции. в практических целях.
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.

Что такое ФЛОКУЛЯЦИЯ?

Флокуляция (от лат. flocculi = клочья, хлопья), вид коагуляции, при которой мелкие частицы, находящиеся во взвешенном состоянии в жидкой или газовой среде, образуют рыхлые хлопьевидные скопления, т. н. флокулы. Флокуляция. в жидких дисперсных системах (золях, суспензиях, эмульсиях, латексах) происходит под влиянием специально добавляемых веществ = флокулянтов, а также при тепловых, механических, электрических и пр. воздействиях. Эффективные флокулянты это растворимые полимеры, особенно полиэлектролиты. Действие полимерных флокулянтов обычно объясняют адсорбцией нитевидных макромолекул одновременно на различных частицах. Возникающие при этом агрегаты образуют хлопья, которые могут быть легко удалены отстаиванием или фильтрованием. Флокулянты (поликремниевая кислота, полиакриламид и др.) широко используются при подготовке воды для технических и бытовых нужд, обогащении полезных ископаемых, в бумажном производстве, в сельском хозяйстве (для улучшения структуры почв), в процессах выделения ценных продуктов из производственных отходов, обезвреживания промышленных сточных вод. При водоочистке полимерные флокулянты применяют обычно в концентрации 0,1=5 мг/л. Флокуляция. под действием органических веществ в природных водоёмах = важный фактор их самоочищения.
Лит.: Кульский Л. А., Теоретические основы и технология кондиционирования воды, 2 изд., К., 1971, с. 138; Воюцкий С. С., Курс коллоидной химии, 2 изд., М., 1975; Вейцер Ю. И., Минц Д. М., Высокомолекулярные флокулянты в процессах очистки воды, М., 1975.