Флокулянты — реагенты для коагуляции и осаждения¶

Флокулянт — это химическое соединение или смесь, вызывающее процесс флокуляции — объединение мелкодисперсных взвешенных частиц в более крупные агрегаты (флокулы, хлопья), которые легче отделяются от жидкости осаждением или фильтрованием. Флокулянты применяются в водоподготовке, очистке сточных вод, горнодобывающей и пищевой промышленности, а также в бумажном производстве.

¶Принцип действия

Взвешенные частицы в воде, как правило, несут отрицательный заряд и отталкиваются друг от друга, оставаясь в дисперсном состоянии. Флокулянты работают по нескольким механизмам:

• Нейтрализация заряда — катионные полимеры связываются с отрицательно заряженными частицами, устраняя электростатическое отталкивание.
• Мостообразование — длинные полимерные цепи адсорбируются на поверхности нескольких частиц одновременно, связывая их в хлопья.
• Образование хлопьев — при введении неорганических коагулянтов (например, солей железа или алюминия) формируются гидроксидные хлопья, адсорбирующие загрязнения.

Флокулянты обычно вводят после коагулянтов, хотя в ряде случаев применяют их самостоятельно.

¶Классификация

По химическому составу флокулянты делятся на три основные группы:

По типу заряда различают анионные, катионные и нейтральные (незаряженные) флокулянты. Катионные полимеры наиболее эффективны для обработки органических и глинистых взвесей, анионные — для минеральных шламов, нейтральные — для широкого спектра применений.

По молекулярной массе выделяют низкомолекулярные (до 1 млн Да) и высокомолекулярные (свыше 1 млн Да) соединения; чем выше молекулярная масса и степень ионизации, тем выраженнее флокулирующий эффект.

¶Применение

¶Водоподготовка

При очистке природных вод флокулянты используют для удаления взвешенных частиц, органики, железа, марганца и фосфора. Полиалюминийхлорид и полиакриламид применяются на водопроводных станциях для коагуляции и флокуляции перед фильтрованием.

¶Очистка сточных вод

На очистных сооружениях флокулянты вводят в аэротенки и отстойники для ускорения осаждения активного ила, а также при обезвоживании осадка. Катионные полиакриламиды широко используются при механическом обезвоживании шламма на центрифугах и вакуум-фильтрах.

¶Горнодобывающая промышленность

В обогащении руд флокулянты применяют для ускорения седиментации хвостов и удержания твёрдых частиц в хвостохранилищах. В России крупнейшими потребителями флокулянтов являются предприятия Норникеля, «Алросы» и Уральской горно-металлургической компании.

¶Пищевая промышленность

В виноделии и пивоварении флокулянты (например, бентонит, кремнезём, желатин) используют для осветления напитков. В сахарном производстве применяют полиакриламид для осаждения мелассы.

¶Бумажное производство

Флокулянты добавляют в белую водь для удержания волокон и минеральных наполнителей, а также при очистке сбросных вод целлюлозно-бумажных комбинатов.

¶Токсичность и экология

Полиакриламид, один из наиболее распространённых флокулянтов, сам по себе малотоксичен, однако при его синтезе в качестве примеси может образовываться акриламид — вещество с нейротоксическими и потенциально канцерогенными свойствами. Поэтому промышленные ПАА контролируются по содержанию остаточного акриламида (обычно не более 0,05 %). Природные флокулянты (крахмал, хитозан) лишены этой проблемы и рассматриваются как перспективная экологичная альтернатива.

¶Перспективы

Исследования ведутся в направлении биоразлагаемых полимерных флокулянтов на основе полиглутаминовой кислоты, модифицированной целлюлозы и микробных полисахаридов. В России разработки по экологичным флокулянтам ведут Институт химии твёрдого тела УрО РАН и Новосибирский государственный университет.

Источники:

• Ремезов Л. И. «Водоподготовка»
• Касаткин А. Г. «Основные процессы и аппараты химической технологии»
• ГОСТ Р 51652-2000 «Вода питьевая. Методы определения эффективности обработки коагулянтами»
• Справочник «Коагулянты и флокулянты в водоподготовке», под ред. В. А. Мироненко