Cloruro de polialuminio (PAC)
Poliacrilamida (PAM)
Ambos son coagulantes comúnmente utilizados en el tratamiento de aguas residuales.
Permítanme hablar primero sobre el mecanismo de coagulación:
1. Doble capa eléctrica comprimida: La estructura de la doble capa eléctrica micelar determina la concentración máxima de contraiones en la superficie de la misma. micela. A medida que aumenta la distancia hacia afuera de la superficie de la partícula coloidal, la concentración de contraiones disminuye y eventualmente llega a ser igual a la concentración de iones en la solución. Cuando se agrega un electrolito a la solución para aumentar la concentración de iones en la solución, el espesor de la capa de difusión disminuye.
Cuando dos partículas coloidales están cerca una de la otra, debido a que el espesor de la capa de difusión disminuye y el potencial ξ disminuye, su fuerza repulsiva mutua disminuye, que es la relación de fuerza repulsiva del coloide con una alta concentración de iones en la La solución que tiene baja concentración de iones debe ser más pequeña. La fuerza de succión entre partículas coloidales no se ve afectada por la composición de la fase acuosa, pero debido al adelgazamiento de la capa de difusión, la distancia entre ellas cuando chocan se reduce, por lo que la fuerza de succión mutua aumenta. Se puede ver que la fuerza combinada de repulsión y atracción ha cambiado de repulsión a succión (la energía potencial de repulsión ha desaparecido) y las partículas coloidales pueden condensarse rápidamente.
Este mecanismo puede explicar mejor el fenómeno de sedimentación en el puerto. Cuando el agua dulce ingresa al agua de mar, el contenido de sal aumenta, la concentración de iones aumenta y la estabilidad de las partículas coloidales transportadas por el agua dulce disminuye. Por lo tanto, en el puerto, la arcilla y otras partículas coloidales son propensas a sedimentarse.
De acuerdo con este mecanismo, cuando el electrolito externo en la solución excede en gran medida la concentración de condensación crítica para la condensación, no habrá más contraiones en exceso que ingresen a la capa de difusión y es imposible que el coloidal Las partículas cambian de signo y hacen que el coloide se condense. La situación de reestabilización de las partículas. Este mecanismo utiliza fenómenos electrostáticos simples para explicar el efecto de los electrolitos sobre la desestabilización de partículas coloidales, pero no considera los efectos de otras propiedades (como la adsorción) en el proceso de desestabilización, por lo que no puede explicar otros fenómenos complejos de desestabilización, como trivalente Si la cantidad de sal de aluminio y sal de hierro utilizada como coagulante es demasiada, el efecto de coagulación disminuirá o incluso se estabilizará nuevamente. Por ejemplo, los polímeros o la materia orgánica de alto peso molecular con el mismo número eléctrico que las partículas coloidales pueden tener una buena coagulación. Efecto: el estado isoeléctrico debería tener el mejor efecto de coagulación, pero en la práctica de producción, el efecto de coagulación suele ser mejor cuando el potencial es mayor que cero... etc.
De hecho, el fenómeno de desestabilizar partículas coloidales mediante la adición de coagulante en una solución acuosa implica la interacción entre partículas coloidales y coagulante, partículas coloidales y solución acuosa, y coagulante y solución acuosa.
2. Neutralización de electrones por adsorción:
La neutralización de electrones por adsorción significa que la superficie de la partícula tiene una carga opuesta para diferentes iones, diferentes partículas coloidales o moléculas de iones en cadena, porque hay una fuerte adsorción. esta adsorción neutraliza parte de su carga y reduce la repulsión electrostática, es fácil acercarse a otras partículas y adsorberse entre sí. En este momento, la atracción electrostática suele ser el aspecto principal de estos efectos, pero en muchos casos, otros efectos superan la atracción electrostática. Por ejemplo, se utilizaron iones Na+ y dodecilamonio (C12H25NH3+) para eliminar la turbidez causada por la solución de yoduro de plata cargada negativamente. Se descubrió que la capacidad desestabilizadora del mismo ion amina orgánica monovalente era mucho mayor que la de la adición excesiva. de Na+ La adición de agua no hará que las partículas coloidales se reestabilicen, pero este no es el caso de los iones de amina orgánica. Cuando la adición excede un cierto nivel, las partículas coloidales pueden reestabilizarse, lo que indica que las partículas coloidales han absorbido demasiados contraiones. haciendo que la carga negativa original se convierta en una carga positiva. Cuando la dosis de sal de aluminio y sal de hierro es alta, también se producirá un fenómeno de reestabilización y la carga cambiará. El fenómeno anterior es muy adecuado para explicarlo mediante el mecanismo de adsorción y electroneutralización.
3. Adsorción y formación de puentes:
El mecanismo de adsorción y formación de puentes se refiere principalmente a la adsorción y formación de puentes de sustancias poliméricas y partículas coloidales. También se puede entender que dos partículas coloides grandes del mismo tamaño están conectadas entre sí porque hay una partícula coloide de diferentes tamaños en el medio. Los floculantes poliméricos tienen una estructura lineal y tienen grupos químicos que pueden interactuar con ciertas partes de la superficie de las partículas coloidales. Cuando el polímero entra en contacto con las partículas coloidales, los grupos pueden producir reacciones especiales con la superficie de las partículas coloidales y adsorberse entre sí. El resto de la molécula de polímero se estira en la solución y puede adsorberse a otro coloide con espacios vacíos en su superficie, de modo que el polímero actúa como un puente de conexión. Si hay pocas partículas coloidales y la parte extendida del polímero no puede adherirse a la segunda partícula coloidal, tarde o temprano esta parte extendida será absorbida por otras partes por las partículas coloidales originales, y el polímero no podrá desempeñar un papel importante. función de puente, y las partículas coloidales volverán a estar en un estado estable. Cuando la dosis de floculante polimérico es demasiado grande, la superficie de las partículas coloidales se saturará y provocará una reestabilización.
Si las partículas coloidales que han sido unidas y floculadas se someten a una agitación vigorosa y prolongada, el polímero puente puede desprenderse de la superficie de otra partícula coloidal y retroceder a la superficie original de la partícula coloidal, dando como resultado un estado reestabilizado.
La adsorción de polímeros sobre la superficie de partículas coloidales proviene de diversos efectos físicos y químicos, como atracción de van der Waals, atracción electrostática, enlaces de hidrógeno, enlaces de coordinación, etc., y depende de la estructura química. del polímero y la superficie de las partículas coloidales. Este mecanismo puede explicar el fenómeno de que los floculantes de polímeros iónicos o no iónicos con la misma señal eléctrica pueden lograr buenos efectos de floculación.
4. Mecanismo de captura de sedimentos
Cuando se utilizan como coagulantes sales metálicas (como el sulfato de aluminio o el cloruro férrico) u óxidos e hidróxidos metálicos (como la cal), cuando la dosis es lo suficientemente grande como para precipitar rápidamente hidróxidos metálicos (como Al(OH)3, Fe(OH)3, Mg(OH)2 o carbonatos metálicos (como CaCO3)), las partículas coloidales en el agua pueden ser Cuando el precipitado es positivo cargados (Al(OH)3 y Fe(OH)3 en el rango de pH neutro y ácido), la velocidad de precipitación puede acelerarse mediante la presencia de aniones en la solución, por ejemplo, iones de sulfato de plata, además de partículas coloidales. en el propio agua puede servir como núcleo para la formación de estos precipitados de óxido metálico, por lo que la dosis óptima del coagulante es inversamente proporcional a la concentración de la sustancia a eliminar, es decir, cuantas más partículas coloidales, más coagulante metálico. cuanto menor sea la cantidad de adición.
Los cuatro mecanismos de coagulación presentados anteriormente a menudo no son fenómenos separados y aislados en el tratamiento del agua, sino que a menudo pueden existir al mismo tiempo, pero bajo ciertas circunstancias, una. Cierto fenómeno se utiliza principalmente, parece que se pueden utilizar para explicar el fenómeno de la coagulación del agua, pero el mecanismo de la coagulación aún está en desarrollo y requiere más experimentos para obtener una explicación más completa.
Hablemos de las siguientes sales de aluminio. Proceso de hidrólisis:
No importa qué tipo de forma farmacéutica se agregue, todos los cationes metálicos están en forma de aluminio trivalente [Al(Ⅲ)] y hierro férrico [Fe(). Ⅲ)] en agua. Tomando como ejemplo las sales de aluminio, incluso si el Al(III) existe en estado iónico puro, no existe en forma de Al(H2O)63+, un ion complejo de aluminio hidratado.
Cuando el valor de pH es <3, este ion complejo de aluminio hidratado será la forma principal en el agua. Si el pH aumenta, los iones complejos de aluminio hidratados se disociarán de las moléculas de agua coordinadas (es decir, hidrólisis). proceso) para generar varios iones de hidroxilaluminio, el valor del pH aumenta nuevamente y la hidrólisis avanza paso a paso, desde el grupo monohidroxilo mononuclear al grupo trihidroxilo mononuclear, que eventualmente producirá un precipitado químico de hidróxido de aluminio.
La reacción real es mejor que la anterior. La reacción es mucho más complicada. Cuando el pH>4, los iones hidroxilo aumentan y pueden ocurrir conexiones de puente (puentes de hidroxilo) entre los grupos hidroxilo de cada ion para producir un hidroxilo multinuclear. complejo, que es una reacción de polimerización por condensación de polímeros
A partir del producto [Al2(OH)2(H2O)5]4+, se puede unir aún más mediante grupos hidroxilo para formar [Al3(OH)4. (H2O)10]5+ Al mismo tiempo, se genera el polímero multinúcleo que continuará hidrolizándose.
Por lo tanto, las dos reacciones de hidrólisis y polimerización por condensación se llevan a cabo de forma escalonada. manera, y el resultado final es hidróxido de aluminio neutro con un gran grado de polimerización. Cuando el número de grupos excede su solubilidad, es decir, precipita un precipitado de hidróxido de aluminio.
De acuerdo con lo anterior, en toda la reacción, componentes simples como Al3+, Al(OH)2+, Al(OH)3, Al(OH)4- y varios iones poliméricos, como [(Al(OH)14]4+, [A17(OH)17] 4+, [Al8(OH)20]4+, [Al13(OH)34]5+ y otros componentes que aparecerán al mismo tiempo, inevitablemente desempeñarán un papel en el proceso de coagulación de valencia media y alta. Los iones positivos polimerizados tienen una gran capacidad para neutralizar las cargas negativas de las partículas de arcilla y comprimir sus dobles capas eléctricas, favoreciendo así la coagulación.
Cuando el polímero inorgánico se produce con iones negativos, es imposible confiar en la neutralización de carga, sino que se basa principalmente en la adsorción y la formación de puentes para desestabilizar las partículas de arcilla.
Este es el mecanismo de purificación de agua del PAC.
PAM es un coagulante polimérico. Su mecanismo de acción es:
(1) Debido a que tiene un gen polar - grupo amida, es fácil utilizar su efecto de enlace de hidrógeno para unirse. las partículas de sedimento adsorción superficial (2) Debido a que tiene cadenas moleculares muy largas, las cadenas largas de gran magnitud tienen una gran superficie de adsorción en el agua, por lo que el efecto de floculación es bueno y se pueden usar cadenas largas para formar puentes entre las partículas. Forman flóculos de partículas grandes y aceleran la sedimentación. (3) Con la ayuda de la coagulación asistida por floculación de poliacrilamida, puede ocurrir una compresión de doble ionización durante el proceso de coagulación del lodo del tratamiento de purificación de agua, lo que reduce la estabilidad de la agregación de partículas. Las partículas se combinan bajo la acción de la gravedad molecular y se dispersan. la fase es simplemente Los aniones pueden ser reemplazados por grupos aniónicos de polímeros (4) Las interacciones químicas entre los polímeros y las sustancias en la composición del agua natural y la materia suspendida en el agua, o los iones del coagulante hidrolizado agregados antes, pueden ser una reacción de complejación ( 5) Dado que las cadenas moleculares están fijadas en las superficies de diferentes partículas, se forman puentes de polimerización entre partículas sólidas individuales. La poliacrilamida es un compuesto polimérico con propiedades químicas relativamente activas. Gracias a la actividad del grupo amido en la cadena lateral de la molécula, el polímero adquiere muchas propiedades valiosas. Dado que los floculantes PAM no iónicos no tienen grupos funcionales iónicos, tienen las siguientes características en comparación con los floculantes PAM aniónicos: el rendimiento de la floculación se ve menos afectado por las fluctuaciones en el pH del agua y las sales en condiciones medias o alcalinas, su efecto de floculación (velocidad de sedimentación); ) no es tan bueno como el del tipo aniónico, pero es peor que el del tipo aniónico en condiciones ácidas, y su fuerza de floculación es más fuerte que la del floculante de polímero aniónico. El peso molecular de los floculantes aniónicos PAM suele ser menor que el de los polímeros aniónicos o no iónicos, y su rendimiento de clarificación se obtiene principalmente mediante la neutralización de carga. La función principal de este tipo de floculante es flocular coloides cargados negativamente, con funciones como eliminación de turbidez y decoloración, y es adecuado para el tratamiento de aguas con alto contenido de coloides orgánicos.
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