SIŽE:
Članak daje kratak osvrt na fenomene flokulacije i koagulacije u tretmanima voda, kao deo procesa bistrenja vode. Iako čine veoma bitne tehnološke operacije u tretmanu voda, ta dva procesa se razlikuju. Bez koagulacije i flokulacije:
- Filtracija bi bila nemoguća: Sitne čestice bi jednostavno prošle kroz pesak ili zapušile membrane u rekordnom roku.
- Dezinfekcija bi bila neefikasna: Bakterije i virusi se često „skrivaju“ unutar mutnoće, gde ih hlor ne može dosegnuti.
- Estetika: Voda bi ostala mutna, obojena i neprijatnog ukusa.
Osnovni pojmovi
Kada je brzina izdvajanja čestica iz vode, u stanju suspenzije, suviše mala da bi se dobilo efikasno bistrenje, koriste se procesi koagulacije i flokulacije. Vrlo često su te čestice koloidne, tako da im to dodatno otežava izdvajanje iz vode. Čestice u vodi, poput gline, algi ili organskih materija, prirodno su negativno naelektrisane. Pošto se ista naelektrisanja odbijaju, ove čestice lebde i nikada se ne spajaju niti talože (to se zove koloidna stabilnost).
Istoimena naelektrisanja čestica sprečava njihovo slepljivanje i naknadno taloženje.
Radi neutralizovanje tih sila, koje čestice drže, upotrebom hemijskih koagulanata i primenom postupka brzog mešanja – proces koagulacije (neutralizacija naelektrisanja) obezbeđuje uvođenje pozitivnih čestica koje relociraju čestice iz vode i omogućavaju im približavanje i spajanje.
Cilj izdvajanje čestica iz vode i njijovo taloženje, kroz procese koagulacije i flokulacije postiže isto, ali različitim načinima i parametrima.
Ako se zrno peska prečnika 1mm, iztaloži za 10sec na jedan metar dubine, koloidne materije (1..100 nm), zahtevaju i do nekoliko stotina dana za taloženje.
Koagulacija
Vrste koloida, koji se sreću u vodi su brojni: glina, silika, Fe, teški metali, ostaci uginulih organizama, nusproizvodi prethodnih procesa tretmana vode i mnogi drugi. Shodno dimenziji čestice koje je potrebno izdvojiti, potrebno je smanjiti „zaštitni oblak“, koji okružuje i štiti koloide, pa se dodaje veća ili manja količina koagulanta i menja granulometrija i naelektrisanje čestica u vodi.
Sami koloidi mogu biti hidrofilni (organske materije) i hidrofobni (prirodne gline).
Iako je dinamiku koagulacije moguće predvideti merenjem ZETA potencijala koloida, pristup koji je dosta korišćen u praksi je jar-test – eksperimentalni metod.
Koagulacijom, neutrališemo naelektrisanje i menjamo granulometriju čestica radi obezbeđenmje bržeg taloženja. No, ukoliko pahuljica formirana od nekoliko koloida ne bude dovoljno „velika“, primenjuje se proces Flokulacije.
Flokulacija
Flokulacija, koristeći flokulante (sredstva), formira mrežu od pahuljica, kreirajući krupnije aglomerate. Flokulaciju poboljšava lagano mešanje jer je cilj da se pahuljice koloida lagano dovode u kontakt. Samim tim, proces trajanja flokulacije je duži od koagulacije.
Sredstva koja se koriste za procese koagulacije i flokulacije
Najčešće se srećemo sa Al2(SO4)3 i FeCl3, koji imaju obe osobine – flokulanta i koagulanta. Kao posledica procesa, nastalu talozi i mineralne kiseline, što obara pH vode i dovode do oslobađanja CO2 gasa, kada te kiseline reaguju sa alkalnošću u vodi.
Oslobađanje CO2, može da dovede do plivanja pahuljica umesto taloženja.
PAC (polialuminijumhlorid), izbegava problem redukcije alkalnsoti i samim tim ne oslobađa CO2, jer hlorid jona ugrađuje u svoju strukturu.
Kasniji razvoji polielektrolita, krupni organski molekuli, vodo rastvorljivi, doneli su brojne prednosti i povećanje efikasnsoti. Sastoje se iz lanaca monomera, sa mestima za izmenu jona, pa samim tim mogu biti katjonski ili anjonski. Ovako se reaguje sa naelektrisanim česticama u vodi i pravi se vidljiv, nerastvorljiv talog ili pahuljicu. Dalji razvoji ovih polimera formirali su grupu nejonskih proizvoda, za druge namene, mahom organske.
Katjonski polielektroliti su npr. poliamini, kvaternarni amini zavisno od tipa, efikasnost im zavisi od pH vode. Anjonski polimeri imaju karboksilnu grupu.
| Klasa | Molekulska težina |
| Katjonski koagulanti, poliamini, polikvaternarni, poliDADMAC, Epi-DMA) | <100.000 |
| Katjonski flokulant, kopolimeri, Akrilamida i DMAEM-a, Akrialamida i DADMAC-a | >1.000.000 |
| Nejonski flokulanti, poliakrilamidi | >1.000.000 |
| Anjonski flokulanti, poloakrilati, kopolimeri akrilamida i akrilata | >1.000.000 |
Kada se sprovodi test u, na pijaću vodu, koagulanti se uvek koriste. Oni se dodaju kada je mešanje snažno, kraćeg vremena. Flokulant, polimer, se dodaje u zadnjih nekoliko sekundi brzog mešanja. Kasnije se meša polako – formira se pahulja i naknadno vreme formiranja sedimenta bez mešanja.
Odstranjivanje boje je proces koji treba mahom da obezbedi uklanjanje jedinjenja koje podsećaju na same elektrolite za obrade vode. Mahom se koagulišu katjonskim materijama, koje se dodaju proporcionalno intenzitetu boje koja se uklanja.