Studiul Procesului de Coagulare-Floculare

Complexitatea surselor de apa si a surselor de poluare creeaza o gama larga de substante impurificatoare existente sub forma de suspensie, în stare coloidala sau ca solutie reala.

Substantele aflate în suspensie sau în stare coloidala trebuie eliminate din apa potabila nu numai din motive estetici, dar si datorita faptului ca fie altereaza proprietatile organoleptice ale apei, fie sunt toxice pentru organismul uman, în unele cazuri chiar se poate produce colmatarea conductelor datorita depunerii suspensiilor.

S-a dovedit ca metodele fizice ca deznisiparea, sedimentarea, filtrarea, nu pot sa asigure, în conditii economice, îndepartarea turbiditatii. Singura metoda fizica eficienta este filtrarea lenta, dar aceasta nu este folosita datorita randamentului scazut. Cel mai utilizat proces este cel de coagulare – floculare.

Procesele de coagulare si floculare sunt metode de tratare a apelor, care faciliteaza eliminarea particulelor coloidale din apele brute, prin adaugarea de agenti chimici, aglomerarea particulelor coloidale si, respectiv, separarea lor ulterioara prin sedimentare, flotatie cu aer dizolvat, filtrare. În afara de eliminarea coloizilor si reducerea turbiditatii din apele de suprafata, prin coagulare se reduce partial coloratia, gustul, mirosul, respective, continutul de microorganisme.

Coagularea - flocularea se aplica, mai ales pentru apele de suprafata sau pentru apele uzate si nu se aplica pentru apele subterane, care au un continut scazut de coloizi.

Substantele coloidale au greutate specifica foarte apropiata de aceea a apei, si în mod practic ele ramân în suspensie timp îndelungat.

Aceasta stabilitate a particulelor coloidale este data de faptul ca într-o solutie apoasa, în jurul acestora se formeaza pelicule cu sarcini electrice de acelasi sens, care fac ca particulele sa se respinga reciproc.

Semnificatia cuvântului ,,coagulare”, provenind din limba latina, este ,,a merge împreuna”.

Procesul de coagulare – floculare este unul foarte vechi în tehnica tratarii apelor, iar agentii de coagulare utilizati au fost dintre cei mai diferiti:

- pulberi de migdale,

- alaun,

- nuci macinate.

Sedimentare

Separarea particulelor relativ grosiere, nedizolvate în apa, sub influenta câmpului gravitational, are loc prin sedimentare sau flotatie. Daca sedimentarea gravitationala nu este eficienta se utilizeaza o separare sub actiunea unui câmp de rotatie creat artificial, în care iau nastere forte gravitationale, aceasta separare fiind denumita centrifugare.

Dupa o perioada initiala de accelerare, deplasarea, sub actiunea câmpului gravitational, a unei particule în apa se face cu o viteza constanta, datorita echilibrului dintre forta exercitata de câmpul gravitational ( Fm) si forta de frecare între particula si apa ( Ff).

Fm = (Á1- Á2) gv V

Ff=CsÁ1v2/2

unde: - Á1 , Á2 : densitatile particulei si fluidului;

- d, s , v : diametrul, aria si volumul particulei;

- V : viteza de depunere a particulei;

- g : acceleratia gravitationala;

- C : coeficientul de frecare.

În functie de regimul de curgere caracterizat de numarul Reynolds (Re) si de coeficientul C, viteza de sedimentare se pate calcula cu diverse formule, dupa cum se vede din tabelul 1.

Tabel 1

Suspensiile coloidale din ape

Deoarece în mecanismul eliminarii impuritatilor cu ajutorul reactivilor chimici, o pondere însemnata revine eliminarii impuritatilor coloidale din apa, este necesara prezentarea principalelor proprietati, precum si comportarea unuia dintre cele mai complexe sisteme disperse – coloizii.

Coloizii sunt agregate de atomi cu dimensiuni de 0.001-0.1 µm, care au sarcina electrica negativa si grad foarte mare de stabilitate, fiind foarte greu de eliminat prin sedimentare, datorita dimensiunilor mici si, respectiv, a vitezelor foarte mici de sedimentare. Astfel timpii de sedimentare pentru coloizi sunt foarte mari (2-200 ani), fata de pietris (1 s), nisip fin (10 s), argila (2h), microorganisme (8 h), eficienta procesului de sedimentare fiind foarte mica .

Sub denumirea generica de coloizi sunt definite o serie de impuritati cu dimensiuni foarte mici, de provenienta diferita, cu comportare hidrofila sau hidrofoba, astfel:

- particule coloidale provenind din compusi anorganici

- molecule polare organice, cu dimensiuni de 0.003-0.01µm

- bacterii, virusi sau microalge cu dimensiuni apropiate de cele ale particulelor coloidale

- molecule de detergenti

Sistemele coloidale se gasesc la limita dintre sistemele macroscopic neomogene si solutiile moleculare. Apa de râu este un sistem coloidal si contine aproximativ 1012 particule coloidale.

Sistemele cu grad mare de dispersie sunt acele sisteme care contin particule cu dimensiuni mici, iar sistemele cu dispersie grosiera sunt cele care au un grad mic de dispersie, iar particulele au dimensiuni cuprinse între 1 – 0.1 mm. Sistemele microeterogene sau microdisperse se pot clasifica în functie de gradul de dispersie conform tabelului urmator: