Осветление и коагуляция

Коагуляция — процесс сближения и укрупнения взвешенных частиц в дисперсных системах, который ведет к выпадению хлопьевидного осадка из взвеси или коллоидного раствора. Частицы загрязнений, сталкиваясь с частицами коагулянта, прилипают к ним и вместе выпадают в осадок. Применяется коагуляция во многих технологических процессах, имеющих целью осветление жидкости, в том числе для очистки растительных экстрактов от механических примесей, а также природной воды от мелких частиц ила, глины и микроорганизмов.

Осветление спиртованных растительных экстрактов

Процессу осветления жидкостей уделяется большое внимание в химической и фармацевтической промышленности. Существует множество аппаратов для удаления механических примесей из жидкости: фильтры, центрифуги, отстойники и т. д. В технологии производства лекарств, например, применяют отстаивание и фильтрацию.

Процесс очистки и осветления может быть ускорен, если интенсифицировать коагуляцию частиц. Таким приёмом является ультразвуковое воздействие.

Для осветления и очистки спиртованных растительных экстрактов используются глинистые минералы, в основном бентонит. При озвучивании суспензии бентонита растет удельная поверхность и степень дисперсности его частиц. У неозвученного бентонита размеры частиц основной фракции составляют 15,4 мкм, у озвученного в течение 50 минут — менее 6 мкм.

Мелкодисперсная суспензия бентонита при оседании в жидкости образует облако высокой плотности, частицы которого по пути движения адсорбируют на своей поверхности белки, коллоиды, твердые органические и неорганические включения, которые слипаются, утяжеляются, быстро оседают. Этому же способствует и сам ультразвук, который собирает и электризует посторонние включения, заставляя частицы коагулировать.

Мы получили результат, подтверждающий, что в случае осветления жидкостей с применением ультразвуковой обработки, расход суспензии бентонита может быть уменьшен в 4—5 раз с сохранением желаемого эффекта, а процесс осветления идет в несколько раз быстрее, чем без ультразвука.

Обесцвечивание природной воды

Осветление и обесцвечивание воды коагулированием обычно включает следующие процессы: приготовление раствора коагулянта и его дозирование, смешение раствора с очищаемой жидкостью, гидролиз коагулянта с образованием золя и адсорбцией на нем примесей, коагуляцию золя, отстаивание и фильтрование. Технология этих процессов должна обеспечивать максимально точное дозирование реагентов, хорошее смешивание, оптимальные условия гидролиза, образование хлопьев и освобождение очищаемой жидкости от взвесей.

В ультразвуковом поле возникают дополнительные силы, способствующие коагуляции: взвешенная в жидкости частица вовлекается в колебательное движение, на нее действует звуковое давление, она увлекается акустическими течениями и т. д. Затрагивая различные механизмы процесса коагуляции, ультразвук позволяет ускорить формирование и осаждение коагулированной смеси.

Эта технология доказала свою эффективность, когда погружной ультразвуковой модуль был установлен на очистных сооружениях водопровода в городе Соколе Вологодской области. При обработке раствора коагулянта ультразвуком удалось снизить расход коагулянта не менее, чем на 25 % при цветности воды до 70 градусов. Показатели качества очищенной воды остались в норме. Процесс хлопьеобразования стал более интенсивным, особенно это ощутимо в холодные и дождливые дни. Ускорилось осаждение образовавшихся хлопьев, что позволяет реже промывать секции горизонтальных отстойников. Также отмечен сопутствующий положительный эффект: за счет ультразвуковых колебаний очищаются стенки расходных баков, труб и фильтрующих элементов.

Для очистки природных и сточных вод применяется также электрохимическая коагуляция. В процессе электрокоагуляции металл анода под действием постоянного тока ионизируется и переходит в обрабатываемую воду, частицы загрязнений которой коагулируются образовавшимися труднорастворимыми гидроксидами металла.

Ультразвуковое поле, накладываемое на электролитическую ячейку, оказывает значительное влияние на кинетику электродных процессов. Известно, что электрокоагуляция представляет собой не только совокупность процессов, протекающих на электродах, но и комплекс реакций в объеме жидкости. Применение ультразвука позволяет воздействовать на стадии данного процесса, что в целом благоприятно сказывается на характере протекания очистки. В ультразвуковом поле происходит дробление появляющихся хлопьев, тем самым число центров коагуляции увеличивается и происходит более активное образование хлопьев и их осаждение. В результате ультразвуковой кавитации пассивность электродов ослабляется, скорость растворения анода возрастает, выход по току увеличивается, рабочая плотность тока возрастает, а также происходит эффективная очистка уже запассивированных электродов. Наши исследования подтверждают, что при очистке природных и сточных вод методом электрокоагуляции периодическая обработка электродов ультразвуком полностью удаляет окисные пленки, биообрастания и отложения органических солей, вследствие чего стабилизируется потребный расход электроэнергии и выход металла по току.