что такое коагуляция и какие факторы ее вызывают

КОАГУЛЯ́ЦИЯ

Том 14. Москва, 2009, стр. 357

Скопировать библиографическую ссылку:

КОАГУЛЯ́ЦИЯ (от лат. coagulatio – сгу­ще­ние, свёр­ты­ва­ние), сли­па­ние час­тиц дис­перс­ной фа­зы с об­ра­зо­ва­ни­ем бо­лее круп­ных аг­ре­га­тов, в ре­зуль­та­те ко­то­ро­го дис­перс­ная сис­те­ма са­мо­про­из­воль­но пе­ре­хо­дит в со­стоя­ние с бо­лее низ­кой сво­бод­ной энер­ги­ей. Сли­па­ние час­тиц про­ис­хо­дит под дей­ст­ви­ем сил мо­ле­ку­ляр­но­го при­тя­же­ния при их со­уда­ре­нии в про­цес­се бро­унов­ско­го дви­же­ния или при на­прав­лен­ном пе­ре­ме­ще­нии в си­ло­вом по­ле. Взаи­мо­дей­ст­вие ме­ж­ду пер­вич­ны­ми час­ти­ца­ми в коа­гу­ля­те мо­жет осу­ще­ст­в­лять­ся не­по­сред­ст­вен­но или че­рез тон­кую про­слой­ку дис­пер­си­он­ной сре­ды. В за­ви­си­мо­сти от со­от­но­ше­ния плот­но­стей дис­перс­ной фа­зы и дис­пер­си­он­ной сре­ды К. мо­жет при­вес­ти к се­ди­мен­та­ции и вы­па­де­нию осад­ка или к всплы­ва­нию круп­ных аг­ре­га­тов – об­ра­зо­ва­нию хлопь­ев, сли­вок на по­верх­но­сти раз­де­ла дис­пер­си­он­ная сре­да – воз­дух. Вид К., при ко­то­рой час­ти­цы дис­перс­ной фа­зы об­ра­зуют рых­лые хлопь­е­вид­ные аг­ре­га­ты – фло­ку­лы, на­зы­ва­ют фло­ку­ля­ци­ей (от лат. flocculi – хло­пья). В ря­де слу­ча­ев в ре­зуль­та­те К. мо­жет воз­ник­нуть про­стран­ст­вен­ная струк­ту­ра во всём объ­ё­ме дис­пер­си­он­ной сре­ды без рас­слое­ния сис­те­мы (см. в ст. Струк­ту­ро­об­ра­зо­ва­ние ). При ма­лой проч­но­сти коа­гу­ля­тов воз­можен их рас­пад до пер­вич­ных час­тиц, на­зы­вае­мый пеп­ти­за­ци­ей.

Источник

Что такое коагуляция и какие факторы ее вызывают

Разработка и внедрение программ, направленных на защиту окружающей среды и сохранение флоры и фауны водоемов, проходят в каждом регионе. Предприятия, осуществляющие слив сточных вод в естественные водоемы, несут бремя ответственности, а соблюдение ими правил организации стоков, очистки и обеззараживания загрязненной и бывшей в использовании воды контролируются на правительственном уровне. Именно поэтому вопросу выбора наиболее эффективной, безопасной и надежной системы очистки сточных вод уделяется особое внимание.

Метод коагуляции – новое направление в очищении и обеззараживании сточных вод. Сегодня существует несколько методов очищения загрязненных сточных вод, среди которых особую популярность получил коагуляционный метод очистки воды, относящийся к категории химических, не представляющий угрозы природе. Коагуляция воды направлена на качественную очистку подвергающихся обработке и переработке жидкостей, которые используются на промышленных объектах. Проведенное очищение и обеззараживание загрязненной воды позволяет вторично ее использовать или осуществлять сброс в реки, не нанося вред окружающей среде, живой флоре и фауне, что особенно важно сегодня, когда вопросам экологии и сохранения природных ресурсов уделяется столько внимания. Основная задача системы очистки стоков – удаление загрязнений, для которых подбирается строго определенный коагулянт для очистки воды с целенаправленным действием. Коагуляция позволяет эффективно очистить сточные воды с использованием специальных реагентов, нахождение в воде которых впоследствии не приведет к нарушению микрофлоры природного водоема, куда идет слив сточных вод предприятия.

Важнейшие экспериментальные факты, способные служить базой для построения теории коагуляции базируются на многообразии причин, вызывающих коагуляцию, на коагулирующем действии электролитов, на влиянии величины заряда иона-коагулятора [1–6].

Установленные закономерности коагуляции нашли свое выражение в правиле Шульце-Гарди, высказанном еще в конце XIX века [1–6].

В ходе развития представлений об устойчивости и механизмах коагуляции гидрофобных коллоидов растворами электролитов возникло много теорий, которые пытались объяснить три вопроса [1–5]:

1) почему коагуляция наступает при определенной концентрации электролита-коагулятора;

2) почему при этом основную роль играет концентрация иона, несущего заряд, противоположный заряду частицы;

3) почему влияние заряда иона-коагулятора подчиняется закономерности, выраженной правилом Шульце-Гарди.

Все теории коагуляции в основном подразделяются на адсорбционные и электростатические [1–6]. Современная физическая теория устойчивости и коагуляции коллоидных систем была развита Б.В. Дерягиным и Л.Д. Ландау (1937), Э. Фервеем и Я. Овербеком (1941). В соответствии с первыми буквами фамилий авторов теория носит название ДЛФО. Согласно этой теории, между любыми частицами при их сближении возникает расклинивающее давление разделяющей жидкой прослойки в результате действия сил притяжения и отталкивания. Состояние системы зависит от баланса энергии притяжения и энергии отталкивания. Преобладание энергии отталкивания приводит к устойчивости системы. Преобладание энергии притяжения вызывает нарушение агрегативной устойчивости, т.е. коагуляцию [1, 5, 6].

Коагуляция сложный процесс, который зависит как от природы золя, так и от природы коагулирующих электролитов. Настоящая работа посвящена изучению закономерностей и механизма коагуляции под действием индифферентных электролитов на примере коллоидной системы – золя Fe(OH)3.

Васильевым С.Е. выполнена экспериментальная часть работы и изучен механизм коагуляции.

Коагуляция гидрофобных золей. Факторы, вызывающие коагуляцию

Лиофобные дисперсные системы (золи, суспензии, эмульсии) агрегативно неустойчивы, поскольку обладают избытком поверхностной энергии Гиббса. Процесс укрупнения частиц (коагуляция) протекает самопроизвольно, так как он ведет к уменьшению удельной поверхности и снижению поверхностной энергии Гиббса. Коагуляция представляет собой процесс слипания (или слияния) частиц дисперсной фазы при потере системой агрегативной устойчивости [1–6].

При коагуляции изменяются физико-химические свойства систем: появляется мутность, снижается осмотическое давление, изменяются электрическая проводимость и характер вязкости. На изменении физико-химических свойств основаны методы наблюдения и изучения процесса коагуляции.

Фактором, вызывающим коагуляцию, может быть любой агент, нарушающий агрегативную устойчивость системы, например изменение температуры (сильное нагревание или охлаждение вплоть до замораживания), механическое воздействие (интенсивное встряхивание, перемешивание, перекачивание по трубам), действие света и различного рода излучений, действие электрических зарядов. Однако наиболее важным фактором является действие электролитов. Электролиты, добавляемые к золям, чрезвычайно быстро и резко влияют на толщину ДЭС и на z-потенциал, являющийся одним из главных факторов устойчивости гидрофобных коллоидных систем.

Коагуляция под действием электролитов. Правило Шульце-Гарди

Наблюдения Г. Шульце (1882) показали, что коагулирующей способностью обладает один из ионов добавляемого электролита (ион-коагулятор). Коагулирующая способность иона-коагулятора возрастает с увеличением его заряда (правило Шульце). Несколько позже М.Гарди (1900) нашел, что заряд коагулирующего иона всегда противоположен заряду коллоидной частицы (правило Гарди). Следовательно, коагуляцию отрицательного золя вызывают катионы добавленного электролита. Для золя с положительно заряженными частицами ионами-коагуляторами являются анионы [1–6].

Закономерности, найденные Шульце и Гарди и подтвержденные многочисленными исследователями, известны как правило Шульце-Гарди: коагулирующим действием обладает тот ион электролита, который имеет заряд, противоположный заряду гранулы; коагулирующее действие тем сильнее, чем выше заряд иона-коагулятора (правило значности).

Порогом коагуляции (g) называют наименьшее количество электролита, необходимое для коагуляции 1 м3 золя. Его выражают в ммоль/л или моль/л.

Для расчета порога коагуляции достаточно умножить концентрацию электролита с (кмоль/м3) на объем его раствора, вызвавшего коагуляцию, V (м3), и произведение разделить на взятый объем золя W (м3):

(кмоль/м3). (1)

Источник

Лазерная коагуляция сетчатки

Зачем нужна лазерная коагуляция?

Лазерная коагуляция сетчатки — малоинвазивная (минимизация области вмешательства в организм и степени травмирования тканей) операция, позволяющая лазерным хирургам работать с тканями глазного дна без использования каких-либо инструментов. Данная процедура проводится под местной анестезией (каплями) в амбулаторных условиях и длится около 15-30 минут. Лазерокоагуляция стала важным звеном лечения и профилактики заболеваний глазного дна, предотвращая одну из самых опасных зрительных патологий — отслойку сетчатки.

Лазерная коагуляция: механизм

Перед процедурой Пациенту закапывают капли, расширяющие зрачок, и средство для местного обезболивания. В ходе операции сетчатка точечно разогревается под действием лазера и плотно прилегает («прижигается») к лежащей за ней сосудистой оболочке. Такие места плотного прилегания сетчатки создаются для профилактики отслоения. Даже если разрыв произойдёт, сетчатка не порвётся благодаря профилактическому лазерному укреплению. Другой важный эффект операции — предотвращение неоваскуляризации, патологического роста сосудов. При коагуляции новообразованные сосуды разрушаются под действием высокой температуры, что снижает риск отёков, кровоизлияний и других нарушений гемодинамики глаза (циркуляции крови в сосудистой системе глаза). Подробнее об этом описано в статье «Лазерное лечение при диабете и сосудистых патологиях».

Лазерная коагуляция: показания и противопоказания

Необходимость укрепления сетчатки путём лазерокоагуляции может быть вызвана дистрофией сетчатки при:

Среди возможных причин разрывов сетчатки, являющихся показаниями к лазерной коагуляции, есть и другие:

К сожалению, имеются и противопоказания:

Лазерная коагуляция: послеоперационный режим и эффекты

Успешно проведённая лазерная коагуляция сетчатки — это:

Важно помнить, что лазерная коагуляция не влияет на повышение остроты зрения! Чтобы организм скорее восстановился после процедуры, соблюдайте предписания лечащего врача и общие рекомендации:

Лазерная коагуляция сетчатки – процедура с максимальным эффектом и минимальным риском, настоящая находка современной офтальмологии. Положительные отзывы Пациентов и многолетний опыт врачей нашей клиники свидетельств

Источник

Коагуляция

Услуги Проктологии

Коагуляция

О некоторых показаниях к коагуляции тканей стоит поговорить поподробнее, так как частота заболеваемости растет, а данный способ порой становится приоритетом при лечении патологии.

Эрозия шейки матки – структурное изменение слизистой оболочки матки. Может находиться в организме женщины и при нормальных условиях, а может достигать огромных размеров после родов, операции, что требует малоинвазивного хирургического вмешательства. Если пациентка отказалась от коагуляции, то появляются такие последствия как цервицит, рак шейки матки.

Папилломатоз — множественное образование папиллом на поверхности эпителия или слизистой оболочки органов. Обладает на начальных стадиях доброкачественным течением. Без проведения операции имеет тенденцию к малигнизации, то есть превращается в злокачественную опухоль.

Геморрой – расширение вен, формирование геморроидальных узлов в пределах тканей прямой кишки. Существенно снижает качество жизни, сопровождается зудом, болевым синдромом, кровотечениями и другими признаками. На третьей или четвертой стадии требует операции в виде лазерной коагуляции, так как увеличивается риск развития тромбоза и некроза.

Причины коагуляции

Если рассматривать коагуляцию как естественную способность крови закрывать раны и предотвращать проникновение инфекции, то механизм развития здесь таков:

Физическая и химическая коагуляция идет совсем по другому пути. С помощью лазера, биохимически активных веществ на клеточном уровне нарушается синтез белка, клетки в непривычных для них условиях погибают и покрывают область воздействия своеобразной корочкой, состоящей из мертвой ткани. Если речь идет о капиллярах, мелких сосудах, подвергающихся коагуляции, то они просто сворачиваются и перестают функционировать.

Далее подключается преимущественно иммунная система человека, вырабатывающая в большем количестве макрофаги, лейкоциты, то есть клетки, обладающие фагоцитозом – способностью расщеплять и поглощать чужеродные твердые частицы. Все мертвые клетки расщепляются, образуется новая здоровая ткань, способная выполнять собственные функции.

Применение в хирургии

В хирургии коагуляция стала использоваться относительно недавно. С ее помощью «запечатывают» кровоточащие сосуды, удаляют злокачественные или доброкачественные новообразования, проводят операции, требующие особой точности и аккуратности.

Электрохирургический метод выполняется с помощью заряженного скальпеля в форме шарика, иглы петли. Инструментом можно производить локальное рассечение оболочек на маленькой площади.

Причем все манипуляции можно производить при минимальном доступе к органу, что позволяет избежать осложнений в виде вторичного инфекционного воспаления. Чаще всего используют при кровотечениях из эрозий или язвы, находящихся в органах желудочно-кишечного тракта.

С помощью термостеплера происходит также запечатывание сосудов в процессе операции, менее травматичный разрез тканей. Плюсом такого метода становится чистое операционное поле, то есть весь обзор не закрывает вытекшая кровь, короткий срок заживления тканей, меньший риск развития осложнений. Применяется при лапароскопии, простатэктомии, гистерэктомии.

Осложнения

В процессе подготовки важно принять меры предосторожности, которые повысят успех процедуры и уменьшат риск осложнений в период реабилитации. К мерам предосторожности относятся:

Методика выполнения различных видов процедуры

На сегодняшний день существует несколько видов коагуляции шейки матки. Они различаются по методу воздействия на патологический очаг. Наиболее популярные методы лечения рассмотрим ниже.

Диатермокоагуляция электрическим током

Этот вид воздействия осуществляется с помощью переменного тока и специальной петли (проводника). При этом патологический очаг прижигается и разрушается с образованием плотного струпа, который впоследствии отпадает. Электрокоагуляция осуществляется с помощью двух электродов. В зависимости от очага поражения используют различные петли, которые проводят электрический ток к тканям.

Радиоволновая коагуляция

Процедура заключается в воздействии на изменённый участок шейки матки высокочастотных радиоволн. В отличие от предыдущего варианта, луч, направленный на дефект, вытесняет его, действуя точечно. Этот вид коагуляции основан на воздействии высоких температур, которые приводят к испарению патологического очага, не затрагивая при этом здоровые ткани.

Радиоволновое лечение шейки матки проводится с помощью специального аппарата

Аргоноплазменный метод

Аргоноплазменная коагуляция — один из современных и передовых методов лечения гинекологических заболеваний. Во время процедуры на поражённую ткань воздействуют радиоволной, которая усилена ионизированным газом — аргоном. При воздействии мощной радиоволны поражённый участок нагревается и происходит его коагуляция.

Вапоризация лучом лазера и лазерная деструкция

Первый способ основан на выпаривании патологически изменённого участка с помощью направленного действия лазерного луча. При этом происходит быстрое заживление раны и отсутствие каких-либо негативных последствий. Второй метод основан на более глубоком воздействии лазерного луча, который обезвоживает поражённые ткани. В результате после вмешательства на шейке матки не остаётся даже и следа.

Химическое прижигание

Лечение представляет собой воздействие на патологическую зону с помощью специального концентрированного состава. Он наносится на участок шейки матки, вызывая химический ожог поражённого места с последующим образованием струпа. Прижигание является самым малоэффективным методом коагуляции.

Криокоагуляция

Переохлаждение дефекта шейки матки производится с применением жидкого азота. Если практически все предыдущие методики были основаны на высокотемпературном воздействии, то такой способ, наоборот, вымораживает патологический очаг до здоровой ткани.

Лазерная коагуляция

Данный вид коагуляции с помощью электромагнитного излучения используется при лечении таких заболеваний, как:

Особую популярность приобрела за счет минимального точечного воздействия, позволяющего оставить в сохранности здоровые близлежащие ткани.

Лазерная коагуляция позволяет предотвратить полную потерю зрения за счет отслоения сетчатки, восстановить красоту кожи нижних конечностей и лица, так как удаляются хорошо заметные сосуды.

Механизм коагуляции в хирургии

По своей сути аргоноплазменная коагуляция является элек­трохирургическим, монополярным, бесконтактным методом воздействия на биологические ткани высокочастотным током с помощью ионизированного и, как следствие, электропроводя­щего аргона — аргоновой плазмы. Инертный в обычных услови­ях газ аргон ионизируется под воздействием электрического по­ля, генерируемого между кончиком электрода, расположенного на дистальном конце зонда-аппликатора, и прилежащими тка­нями. Образующаяся при этом струя аргоновой плазмы, незави­симо от направления потока самого аргона, автоматически на­правляется в те участки тканевой поверхности, которые обла­дают наименьшим электрическим сопротивлением, и оказывает на них коагулирующее действие (Багт О. и соавт., 1994). Про­исходит быстрая коагуляция большой поверхности с созданием тонкого слоя (до 3 мм) надежного струпа. При работе аргоноплазменного коагулятора температура на ткани никогда не превышает 110° благодаря охлаждающему действию аргона. Как только струп сформировался, дальнейшего проникно­вения энергии в ткань не происходит. Глубина ее проникновения в ткань примерно в 2 раза меньше, чем при традиционной коагуля­ции, что значительно снижает риск перфорации тонкостенных ор­ганов и позволяет использовать аргоноплазменную коагуляцию в двенадцатиперстной и толстой кишке, а также в пищеводе. По­скольку аргон не поддерживает горения, происходит меньшее обуг­ливание ткани, а дым практически отсутствует.

Коагуляция в медицине и косметологии

Современная медицина применяет коагуляцию для лечения некоторых заболеваний сосудов. С ее помощью можно избавиться от сосудистых звездочек на лице и теле, а также решить более серьезные проблемы. Потемнения некоторых сосудов, заметные под кожей – это мертвые капилляры, давно утратившие свои первоначальные функции. Вылечить их уже нельзя, а вот избавиться от них навсегда – очень даже можно. С помощью лазера врач оказывает точечное воздействие на поврежденный сосуд, вызывая в нем реакцию коагуляции. Через некоторое время сосуд слипается и рассасывается. Косметический дефект исчезает.

Помимо сосудистых звездочек и некрасивых посиневших паутинок на ногах с помощью коагуляции можно избавиться от бородавок, родинок и паппилом.

Источник

коагуляция

Коагуляция −это слипание частиц коллоидной системы при столкновениях в процессе теплового движения, перемешивания или направленного перемешивания во внешнем силовом поле. В результате коагуляции образуются агрегаты более крупные (вторичные) частицы, состоящие из скопления мелких (первичных) частиц. Первичные частицы в таких агрегатах соединены силами межмолекулярного взаимодействия непосредственно или через прослойку окружающей (дисперсной) среды. Коагуляция сопровождается прогрессирующим укрупнением частиц и снижением их общего числа в объеме дисперсной среды. Слипание однородных частиц называется гомокоагуляцией, а разнородных гетерокоагуяцией.
Производственные сточные воды в большинстве случаев представляют собой слабоконцентрированные эмульсии или суспензии, содержащие коллоидные частицы размером 0,003 − 0,1 мкм, мелкодисперсные частицы 0,1 − 10 мкм, а также частицы размером 10 мкм и более. В процессе механической очистки сточных вод достаточно хорошо удаляются частицы размером 10 мкм и более, мелкодисперсные и коллоидные частицы практически не удаляются. Таким образом, сточные воды многих производств после сооружений механической очистки представляют собой агрегативно устойчивую систему. Для их очистки применяются методы коагуляции: агрегативно устойчивая система при этом нарушается, образуются более крупные агрегаты частиц, которые удаляются из сточных вод механическими методами. Одним из видов коагуляции является флокуляция, при которой мелкие частицы, находящиеся во взвешенном состоянии, под действием специально добавляемых веществ (флокулянтов) образуют интенсивно оседающие рыхлые скопления.
Методы коагуляции и флокуляции широко распространены для очистки сточных вод предприятий химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей, целлюлозно-бумажной, легкой, текстильной и других отраслей промышленности.

Эффективность коагуляционной очистки зависит от многих факторов:

— вида коллоидных частиц;
— концентрации и степени дисперсности коллоидных частиц;
— наличия в сточных водах электролитов и других примесей;
— величины электрокинетического потенциала.

В сточных водах могут содержаться твердые (глина, волокна, цемент, кристаллы солей и т.п.) и жидкие (нефть и нефтепродукты, смолы и другие) загрязнения. Коллоидные частицы, представляющие собой совокупность большого числа молекул вещества, содержащегося в сточной воде в диспергированном состоянии, при перемешивании прочно удерживают покрывающий их слой воды. Обладая большой удельной площадью поверхности, коллоидные частицы адсорбируют находящиеся в воде ионы преимущественно одного знака, которые значительно снижают свободную поверхностную энергию коллоидной частицы. Ионы, непосредственно прилегающие к ядру, образуют слой поверхностно-ядерных ионов, или так называемый адсорбционный слой. В этом слое может находиться также небольшое количество противоположно заряженных ионов, суммарный заряд которых, однако, не компенсирует заряда поверхностно-ядерных ионов. В связи с тем, что на границе адсорбционного слоя создается электрический заряд, вокруг гранулы (ядра с адсорбционным слоем) образуется диффузионный слой, в котором находятся остальные противоположно заряженные ионы, компенсирующие заряд гранул. Гранула вместе с диффузионным слоем называется мицеллой.

На рис 1.1 показано изменение электрического слоя мицеллы. Потенциал на границе ядра — термодинамический потенциал (ε-потенциал) равен сумме зарядов всех поверхностно-ядерных ионов. На границе адсорбционного слоя ε-потенциал уменьшается на величину, равную сумме зарядов, находящихся в адсорбционном слое противоположно заряженных ионов. Потенциал на границе адсорбционного слоя называется электрокинетическим потенциалом (ξ-потенциал).

На частицы коллоидов действуют диффузионные силы и частицы стремятся равномерно распределиться во всем объеме жидкой фазы. Наличие у частиц электрических зарядов одного знака вызывает у них взаимное отталкивание. Одновременно между коллоидными частицами действуют межмолекулярные силы взаимного притяжения, которые проявляются лишь при небольших расстояниях между частицами. Чтобы вызвать коагуляцию коллоидных частиц, необходимо снизить величину их ξ-потенциала до критического значения добавлением ионов, имеющих положительный заряд. Таким образом, при коагуляции происходит дестабилизация коллоидных частиц вследствие нейтрализации их электрического заряда. При снижении электрического заряда частиц, т.е. при снижении ξ-потенциала, силы отталкивания уменьшаются, и становится возможным слипание частиц – процесс коагуляции коллоида. Для начала коагуляции частицы должны приблизиться друг к другу на расстояние, при котором между ними действуют силы притяжения и химического сродства. Сближение частиц происходит в результате броуновского движения, а также при ламинарном или турбулентном движении потока воды.

Коагулирующее действие есть результат гидролиза, который происходит вслед за растворением. Силы взаимного притяжения между коллоидными частицами на чинают преобладать над электрическими силами отталкивания при ξ-потенциале системы менее 0,03 В. При ξ = 0 В, коагуляция происходит с максимальной интенсивностью, состояние коллоидной системы в этом случае называется изоэлектрическим, а величина pH называется изоэлектрической точкой системы.
Процесс гидролиза коагулянтов и образования хлопьев происходит по следующим стадиям:

В действительности процесс гидролиза значительно сложнее. Ион металла образует ряд промежуточных соединений в результате реакций с гидроксид-ионами и полимеризации. Образующиеся соединения имеют положительный заряд и легко адсорбируются отрицательно заряженными коллоидными частицами.
Одним из методов снижения ξ-потенциала коллоидной системы является увеличение концентрации электролитов в сточной воде. Способность электролита вызывать коагуляцию коллоидной системы возрастает с увеличением валентности коагулирующего иона, обладающего зарядом противоположным по знаку заряду коллоидных частиц. Соотношение коагулирующей способности одно-, двух- и трехвалентных ионов приблизительно 1:30:1000, т.е., чем выше валентность, тем более эффективно коагулирующее действие.
При коагуляции хлопья образуются сначала за счет взвешенных частиц и коагулянта или только коагулянта. Образовавшиеся хлопья коагулянта сорбируют вещества, загрязняющие сточные воды, и, осаждаясь вместе с ними, очищают воду.
Основным процессом очистки производственных сточных вод является гетерокоагуляция – взаимодействие коллоидных и мелкодисперсных частиц с агрегатами, образующимися при введении в сточную воду коагулянтов. При использовании в качестве коагулянтов солей алюминия и железа в результате реакции гидролиза образуются малорастворимые в воде гидроксиды железа и алюминия, которые сорбируют на развитой хлопьевидной поверхности взвешенные мелкодисперсные частицы, коллоидные частицы при благоприятных гидродинамических условиях оседают на дно отстойника, образуя осадок.

Образующуюся в процессе гидролиза серную и соляную кислоты следует ней-
трализовать известью или другими щелочами. Нейтрализация образующихся при
гидролизе коагулянтов кислот может также протекать за счет щелочного резерва
сточной жидкости.

В целях уменьшения расходов коагулянтов процесс коагуляции следует осуществлять в диапазоне оптимальных величин pH. Значения pH при оптимальных условиях коагуляции будут следующими:

Соли железа, как коагулянты, имеют ряд преимуществ перед солями алюминия: действие при низких температурах воды; более широкая область оптимальных значений pH среды; большая плотность и гидравлическая крупность хлопьев; возможность использовать для вод с более широким диапазоном солевого состава; способность устранять вредные запахи и привкусы, обусловленные присутствием сероводорода. Однако имеются и недостатки: образование при реакции катионов железа с некоторыми органическими соединениями сильно окрашивающих растворимых комплексов; сильные кислотные свойства, усиливающие коррозию аппаратуры; менее развитая поверхность хлопьев.
При использовании смесей Al2(SO4)3 и FeCl3 в соотношениях от 1:1 до 1:2 достигается лучший результат коагулирования, чем при раздельном использовании реагентов. Происходит ускорение осаждения хлопьев. Кроме названных коагулянтов для обработки сточных вод могут быть использованы другие реагенты – глины, алюмосодержащие отходы производства, травильные растворы, пасты, смеси, шлаки, содержащие диоксид кремния. Оптимальную дозу реагента устанавливают на основании пробного коагулирования.

Количество коагулянта, необходимое для осуществления процесса коагуляции, зависит от вида коагулянта, расхода, состава, требуемой степени очистки сточных вод и определяется экспериментально.

Образующиеся в результате коагуляции осадки представляют собой хлопья размером от нескольких микрометров до нескольких миллиметров. Рыхлая пространственная структура хлопьев осадка обуславливает их высокую влажность – до 96 − 99 %. Плотность хлопьев осадка составляет обычно 1,01 − 1,03 т/м3. Для обесцвечивания высококонцентрированных и интенсивно окрашенных вод расходы коагулянтов достигают 1 − 4 кг/м3 сточной воды. Объем осадка, получающегося в результате коагуляции, достигает 10 − 20 % объема обрабатываемой сточной воды.
Недостатки метода коагуляционной очистки сточных вод (значительный объем коагулянтов, большой объем получающегося осадка, сложность его обработки и складирования, увеличение степени минерализации обрабатываемой сточной воды) не позволяют рекомендовать коагуляцию как самостоятельный метод очистки.
Коагуляционный метод очистки сточных вод применяется в основном при небольших расходах воды и при наличии дешевых коагулянтов. Расширению оптимальных областей коагуляции (по pH и температуре) способствуют флокулянты, повышающие плотность и прочность образующихся хлопьев, снижающие расход коагулянтов, снижающие расход коагулянтов, повышающие надежность работы и пропускную способность очистных сооружений.
При растворении в сточных водах флокулянты могут находиться в неионизированном и ионизированном состоянии. Последние носят название растворимых полиэлектролитов. В зависимости от состава полярных групп флокулянты бывают:
− неионогенные — полимеры, содержащие неионогенные группы: −ОН, >CO (крахмал, оксиэтилцеллюлоза, поливиниловый спирт, полиакрилонитрил и другие);
− анионные — полимеры, содержащие анионные группы: −COOH, −SO3H, −OSO3H (активная кремниевая кислота, полиакрилат натрия, альгинат натрия, лигносульфонаты и другие);
− катионные — полимеры, содержащие катионовые группы: −NH2, =NH (полиэтиленимин, сополимеры винил пиридина, ВА-2, ВА-102, ВА-202 и другие); − амфотерные – полимеры, содержащие одновременно анионные и катионные группы: полиакриламид, белки и другие.
Скорость и эффективность процессов флокуляции и коагуляции зависят от состава сточных вод, их температуры, интенсивности перемешивания последовательности введения коагулянтов и флокулянтов. Дозы флокулянтов составляют обычно 0,1 − 10 г/м3, а в среднем 0,5 − 1 г/м3. Так применение добавок полиакриламида в концентрации 1 г/м3 при коагуляции сточных вод металлургического завода позволило увеличить удельную нагрузку на радиальные отстойники в два раза.

Процесс очистки сточных вод методом коагуляции или флокуляции включает в приготовление водных растворов коагулянтов и флокулянтов, их дозирование, смешение со всем объемом сточной воды, хлопьеобразование и выделение хлопьев из нее.
В реагентное хозяйство на очистных сооружениях входят склады для хранения коагулянтов. Широко применяется так называемое мокрое (рис. 1.2) хранение коагулянтов – в виде раствора или кускового продукта в концентрированном растворе, в баках и резервуарах, располагаемых внутри или вне зданий. Емкости, располагаемые вне зданий, следует утеплять. Растворение коагулянтов в воде осуществляется в специальных растворных баках с устройствами для барботажа сжатым воздухом интенсивностью 4 − 5 л/с на 1 м2 площади колосниковой решетки. Применяются также баки с лопастными и пропеллерными мешалками для растворения соответственно зернистых и кусковых материалов размером не более 20 см.

Из растворных баков коагулянты перекачивают в расходные баки, а оттуда дозируют в обрабатываемую воду с помощью дозаторов различных конструкций. Коагулянты вводят в обрабатываемую воду обычно в виде (1 − 10)-процентных растворов, а флокулянты (0,1 − 1)-процентных растворов. Коагулянты смешивают с обрабатываемой сточной водой в смесителях в течение 1 − 2 мин. Для смешения коагулянтов применяют гидравлические и механические смесители. В гидравлических смесителях смешение происходит вследствие изменения направления движения и скорости тока воды.
Применяют перегородчатые, шайбовые и вертикальные смесители, а также механические с пропеллерными или лопастными мешалками. Трубопроводы или лотки, отводящие воду из смесителей в камеры хлопьеобразования, и осветлители с взвешенным слоем осадка рассчитывают на скорость движения сточной воды 0,8 −1 м/с и продолжительность ее пребывания в них не более двух минут.

После смешивания сточных вод с коагулянтами начинается процесс образования хлопьеобразования. Эти камеры могут быть водоворотные, перегородчатые, вихревые, с механическим перемешиванием.

Водоворотные камеры хлопьеобразования представляют собой цилиндр, в верхнюю часть которого из смесителя вводится сточная вода, имеющая скорость на выходе из сопла 2 − 3 м/с. В нижней части камеры перед выходом в отстойник находятся гасители вращательного движения воды. Продолжительность пребывания воды в камере 15 − 20 мин. Перегородчатые камеры могут быть горизонтальные (рис.1.3) и вертикальные. В горизонтальной камере сточная вода протекает по нескольким последовательно соединенным коридорам. Перемешивание осуществляется за счет 8 – 10 поворотов. Коридоры устраиваются таким образом, чтобы скорость движения сточной воды впервом была 0,2 − 0,3 м/с, а в последнем – 0,1 м/с. Продолжительность пребывания воды в перегородчатых камерах 20 − 30 мин. Высота камеры определяется высотой отстойника, а ширина коридоров составляет не менее 0,7 м.

Вихревые камеры хлопьеобразования представляют собой конический или цилиндрический расширяющийся в верхней части резервуар с нижним впуском сточной воды со скоростью 0,7 − 1,2 м/с. Угол наклона стенок камеры к горизонту ≈70°. Скорость входящего потока сточной воды на уровне впуска 4 − 5 м/с, продолжительность пребывания воды в камере 6 − 10 мин.

В камерах хлопьеобразования с лопастными мешалками скорость движения воды 0,15 − 0,2 м/с, а продолжительность пребывания – 20 − 30 мин.Последующее осветление сточной воды производится в горизонтальных, радиальных или вертикальных отстойниках. Наиболее целесообразной является двухступенчатая схема отстаивания сточных вод. На первой ступени осуществляется простое отстаивание в отстойнике без коагулянта. На второй ступени – обработка сточных вод коагулянтами и флокулянтами с последующим отстаиванием в отстойнике.

Если концентрация взвешенных веществ в производственных сточных водах, способных к агрегации, не превышает 4 г/л, то применяют осветлители со взвешенными слоями осадка. В осветлителях происходят три основных процесса: смешение, коагуляция и осветление сточных вод. Обрабатываемая в осветлителях сточная вода проходит снизу вверх через слой ранее выделившегося шлака с такой скоростью, при которой взвешенные частицы не уносятся из зоны взвешенного осадка. При движении сточной воды взвешенный слой увеличивается эффект задержания мелких суспензированных частиц. Осветлители проектируются круглыми (диаметр до 15 м) или прямоугольными в плане, площадь осветлителя не должна превышать 150 м2.
Для обеспечения нормальной работы осветлителя сточную воду после смешения с коагулянтами направляют в воздухоотделитель, где она освобождается от пузырьков воздуха, выделяющихся в результате реакции. В течение одного часа допускается колебание температуры не более чем на 1 °С, а расхода – не более чем на 10 %.

Электрокоагуляция

Коагуляция вод, содержащих мелкодисперсные и коллоидные частицы, может происходить при пропуске сточных вод через электролизер с анодом, изготовленным из алюминия или железа. Металл анода под действием постоянного тока ионизируется и переходит в сточную воду, частицы загрязнений которой коагулируются образовавшимися труднорастворимыми гидроксидами алюминия и железа.

Растворение в воде 1 г алюминия эквивалентно введению 6,3 г Al2(SO4) и 1 г железа – введению 2,9 г FeCl3 и 3,6 г Fe2(SO4)3. Теоретический расход электроэнергии для растворения 1г алюминия – 12 Вт⋅ч, а 1 г железа – 2,9 Вт⋅ч. Плотность тока рекомендуется не более 10 А/м2, расстояние между электродами не более 20 мм, а скорость движения воды между электродами не менее 0,5 м/с. Метод электрохимического коагулирования может быть применен для разработки сточных вод, содержащих эмульгированные частицы масел, жиров и нефтепродуктов, хроматы, фосфаты. Компактность установок, отсутствие реагентного и складского хозяйства, простота обслуживания является несомненным достоинством метода электрохимической коагуляции. Однако значительные расходы электроэнергии и металлов, являющиеся следствием образования окисной пленки на поверхности электродов, их механического загрязнения примесями сточных вод, а также нагревания обрабатываемой сточной воды ограничивают область применения этого метода.
На рис. 1.6 изображена электрокоагуляционная установка по очистке сточных вод, содержащих нефтепродукты и взвешенные вещества в концентрации соответственно 0,3 − 7,5 и 0,5 − 8 г/л. При электрокоагуляции в резервуаре через систему плоских стальных электродов, установленных на расстоянии 10 мм друг от друга, пропускается постоянный ток плотностью 0,6 А/дм2 под напряжением 10 − 18 В.
При продолжительности контакта сточных вод в электрическом поле 15 − 30 с и пропускной способности 1,5 − 3 м3/ч на 1 м2 площади поверхности электродов одного полюса эффективность очистки достигает 99 %. Положительные результаты этот метод дает также при обработке сточных вод гальванических цехов, где потребляемая мощность на 1 м3 обрабатываемой сточной воды составляет 0,4 − 0,5 кВт за один час работы.

Источник