El principi de coagulació del procés de tractament d'aigua a les plantes d'aigua implica principalment el procés d'agregació de col·loides i sòlids minúsculs en suspensió a l'aigua. Amb l'addició d'agents a l'aigua, les partícules col·loïdals que són difícils de precipitar a l'aigua es desestabilitzen i s'agreguen formant flocs més grans, que finalment es separen de l'aigua per precipitació o clarificació. A continuació analitzaré el principi i la funció de la coagulació.
Teoria de l'estabilitat de col·loides mixtes
1. La teoria de la doble capa de les partícules col·loïdals està implicada en el procés de coagulació. El nucli del col·loide és una partícula formada per múltiples àtoms o molècules, anomenada nucli col·loide. La superfície del nucli col·loide porta una capa d'ions, que atrauen ions heterotips al voltant de les partícules per formar contraions units i contraions lliures. Com que els ions adsorbits a la superfície del nucli col·loide són més que els contraions de la capa d'adsorció, les partícules col·loides estan carregades negativament, mentre que els flòculs són elèctricament neutres. Hi ha repulsió electrostàtica i atracció de van der Waals entre les partícules col·loides. Quan la distància entre les partícules col·loides està a una certa distància, aquestes dues forces faran que les partícules col·loides s'apropin les unes a les altres, conduint finalment a l'agregació.
2. L'estabilitat dels col·loides en el tractament de l'aigua implica principalment les característiques de les partícules col·loïdals que mantenen un estat de suspensió dispersa a l'aigua durant molt de temps i l'estabilitat d'agregació generada per l'eliminació de la repulsió electrostàtica. L'existència estable de partícules col·loïdals està estretament relacionada amb la seva estructura de doble capa. Una capa d'ions amb la mateixa càrrega s'adsorbeix a la superfície del nucli col·loide, que s'anomena capa d'ions potencials. Aquestes capes d'ions potencials atrauen una capa d'ions amb signes oposats per formar l'anomenada "capa de difusió". L'estabilitat entre les partícules col·loïdals es manté principalment per l'estructura d'aquestes dues capes. L'anàlisi específica és la següent:
Teoria de la doble capa de la coagulació
1. Estructura de doble capa: l'estabilitat de les partícules col·loïdals s'origina a partir de la seva estructura de doble capa, que està composta per un nucli col·loide carregat negativament i contraions de càrrega positiva que l'envolten. Aquesta estructura genera repulsió electrostàtica entre partícules col·loïdals, mantenint així un estat de suspensió estable.
2. Potencial: el potencial zeta en l'estructura de doble capa és un paràmetre clau per a l'estabilitat col·loïdal. Un alt potencial zeta significa que la repulsió entre les partícules col·loïdals és forta i el col·loide és més estable; per contra, un potencial zeta baix és propici per a la coagulació dels col·loides.
Estabilitat dinàmica de la coagulació
1. Moviment brownià: Les partícules col·loïdals es veuen afectades pel moviment brownià a causa de la seva petita mida, la qual cosa fa que es desplacin irregularment a gran velocitat a l'aigua i difícils de sedimentar a causa de la gravetat.
2. Efecte de la mida de les partícules: les partícules col·loïdals més petites són colpejades amb menys freqüència per unitat de temps, i les forces generades no es poden compensar entre elles, de manera que semblen estar en estat de suspensió contínua a l'aigua.
Interacció en l'aigua
1. Atracció de Van der Waals: sempre hi ha atracció de van der Waals entre partícules col·loïdals, que és inversament proporcional a la distància entre partícules. Com més a prop sigui la distància, més forta serà l'atracció.
2. Repulsió electrostàtica: l'estructura de doble capa de les partícules col·loïdals condueix a la repulsió electrostàtica entre partícules, i la magnitud d'aquesta força es veu afectada pel potencial zeta i la força iònica de la solució.
Mecanisme de desestabilització de la coagulació
1. Compressió de la doble capa: mitjançant l'addició d'electròlits amb contraions d'alta valent, s'augmenta la força del contraió a l'aigua, es redueix el gruix de la capa de difusió i es redueix el potencial zeta, fent que el col·loide es desestabilitzi.
2. Neutralització elèctrica: afegir electròlits com sals de ferro i sals d'alumini per neutralitzar la càrrega dels ions potencials a la superfície del col·loide generant ions complexos, reduir el potencial zeta i aconseguir la coagulació del col·loide.
Mecanisme de floculació
1. Pont d'adsorció: el floculant de polímer forma un pont d'adsorció entre múltiples partícules col·loïdals a través de molècules en cadena, afavorint l'agregació i la floculació de partícules col·loïdals.
2. Cinta de xarxa: afegiu sals metàl·liques d'alta valent (com ara sals de ferro i d'alumini) per generar ràpidament la precipitació d'hidròxid insoluble i eliminar les partícules col·loïdals o la matèria fina en suspensió.
Precipitació i detecció dinàmica
1. Precipitació per coagulació: ajustant el pH i afegint coagulants adequats, s'optimitzen el procés de mescla i floculació per garantir que l'estabilitat del col·loide es destrueixi al màxim i aconseguir una precipitació eficient.
2. Monitorització dinàmica: seguiment en temps real dels canvis en la qualitat de l'aigua i del potencial zeta durant el procés de tractament, i ajustant el tipus i la dosi de coagulants segons sigui necessari per garantir que la qualitat final de l'aigua compleix els estàndards. El moviment brownià i l'acció de càrrega en el tractament de l'aigua són principis científics importants en el procés de coagulació i tenen un paper clau en l'agregació i precipitació de partícules col·loïdals.
En resum, es pot veure que el moviment brownià i l'acció de càrrega tenen un paper vital en el procés de coagulació del tractament de l'aigua. Mitjançant la comprensió i l'aplicació en profunditat d'aquests dos principis bàsics, es pot optimitzar el procés de coagulació i es pot millorar l'efecte del tractament de la qualitat de l'aigua. Això no només ajuda a garantir la seguretat i la higiene de l'aigua potable, sinó que també té una importància important per a la protecció del medi ambient i la reutilització dels recursos hídrics. Per tant, la investigació en profunditat i el domini d'aquests principis bàsics tindran un impacte profund en la millora del nivell global de la tecnologia de tractament de l'aigua. L'estabilitat dels col·loides en el tractament de l'aigua implica molts aspectes, incloent l'estructura de la doble capa elèctrica, les característiques cinètiques, les interaccions a l'aigua i els mecanismes de desestabilització. En els processos reals de tractament d'aigua, seleccionant raonablement coagulants, controlant les condicions de funcionament i combinant tecnologies eficients de floculació i precipitació, l'estabilitat dels col·loides es pot destruir de manera efectiva per garantir la seguretat del subministrament d'aigua. Per optimitzar encara més l'efecte del tractament de l'aigua, es recomana reforçar el seguiment en temps real de la dinàmica de la qualitat de l'aigua i ajustar de manera flexible l'estratègia de tractament d'acord amb els canvis de qualitat de l'aigua.
