Коагулянт — агент коагуляции¶

Коагулянт — это вещество или агент, вызывающий коагуляцию (свёртывание, слипание) коллоидных частиц, взвешенных примесей или биологических жидкостей, приводящее к образованию хлопьев и их осаждению. Термин применяется в химии, водоочистке, медицине, пищевой промышленности и биотехнологии. По механизму действия коагулянты делятся на неорганические (соли металлов), органические (полимеры) и природные.

¶Принцип действия

Коагуляция основана на нейтрализации поверхностного заряда частиц. Взвешенные в жидкости примеси (глина, ил, органика, коллоидные соединения) несут отрицательный заряд и отталкиваются друг от друга, оставаясь в стабильной дисперсии. Введение коагулянта приводит к:

• нейтрализации заряда частиц;
• адсорбции примесей на поверхности образующихся хлопьев;
• слипанию мелких частиц в крупные агрегаты;
• осаждению хлопьев под действием силы тяжести.

После коагуляции обычно применяется флокулянт — полимер, склеивающий хлопья в ещё более крупные структуры, ускоряющие осаждение. Термины «коагулянт» и «флокулянт» часто путают, однако это разные реагенты: коагулянт устраняет заряд, а флокулянт образует мостики между частицами.

¶Классификация

¶Неорганические коагулянты

Наиболее распространённая группа. К ним относятся соли трёхвалентных металлов:

• Хлорид алюминия (AlCl₃) — применяется в водоподготовке, пищевой промышленности (Е173);
• Сульфат алюминия (Al₂(SO₄)₃) — один из самых массовых коагулянтов в коммунальном водоснабжении;
• Железа(III) хлорид (FeCl₃) и железа(III) сульфат (Fe₂(SO₄)₃) — эффективны в широком диапазоне pH;
• Сульфат железа(II) (FeSO₄) — требует окисления до трёхвалентного состояния;
• Полигидроксихлорид сульфат алюминия (ПАФК) — коагулянт промежуточного состава, более устойчивый к перепадам pH.

¶Органические коагулянты

Представлены полиэлектролитами на основе природных и синтетических полимеров:

• Хитозан — производное хитина ракообразных, применяется в пищевой промышленности и медицине;
• Катионные полимеры (полиамин, полиэтиленимин) — используются для очистки сточных вод;
• Диалкилдиметиламмонийхлориды — применяются в бумажной промышленности.

¶Природные коагулянты

Растительные вещества с коагулирующими свойствами: семена моринги, кунжута, подорожника, а также крахмал, желатин, казеин. В развивающихся странах растительные коагулянты применяются для локальной очистки питьевой воды как дешёвая альтернатива химическим реагентам.

¶Применение

¶Водоочистка

Основной объём производства коагулянтов приходится на коммунальное водоснабжение и очистку стоков. Коагулянты добавляют в воду на стадии смешения, после чего образовавшиеся хлопья осаждают в отстойниках и фильтруют. Сульфат алюминия и хлорид железа(III) составляют основу мирового рынка реагентов для водоподготовки.

¶Медицина

В медицинской практике коагулянты применяются для остановки кровотечений: гемостатическая губка, оксид целлюлозы, тромбин, аминокапроновая кислота. В лабораторной диагностике коагулянты (цитрат натрия, ЭДТА, гепарин) используются как антикоагулянты для забора крови — они предотвращают свёртывание in vitro. Термин «коагулянт» в медицине также обозначает факторы, участвующие в каскаде свёртывания крови.

¶Пищевая промышленность

Коагулянты применяются при производстве сыров (сычужные ферменты — химозин), при осветлении соков и вин (бентонит, желатин, ПАФК), при очистке сахарного сиропа. В России коагулянты регламентированы техническими регламентами Таможенного союза и санитарными нормами.

¶Нефтедобыча и промышленность

Полимерные коагулянты используются при обработке буровых стоков, в производстве бумаги (закрепление наполнителей), в металлургии для очистки промышленных вод.

¶Характеристики и подбор

Эффективность коагулянта зависит от:

• pH среды — для алюминийсодержащих реагентов оптимум 5,5–7,5, для железосодержащих — 4–11;
• Температуры — низкие температуры снижают скорость коагуляции;
• Дозировки — избыток коагулянта может приводить к перестабилизации коллоидов и повторному помутнению;
• Природы примесей — органические и минеральные загрязнения требуют разных реагентов.

Подбор оптимальной дозы проводят лабораторным тарированием (тестом на коагуляцию) на пробах конкретной воды.

¶Экология и безопасность

Применение алюминийсодержащих коагулянтов связано с дискуссией о возможном влиянии остаточного алюминия на здоровье. Санитарные нормы устанавливают предельно допустимую концентрацию алюминия в питьевой воде (в России — 0,5 мг/дм³ по СанПиН). Альтернативой выступают железосодержащие реагенты и полиэлектролиты.

Источники:

• Рабинович И. Б., Синюков М. П. «Водоподготовка. Коагулянты и флокулянты»
• ГОСТ Р 55878-2013 «Реагенты для водоподготовки. Коагулянты сульфатные железа(III)»
• СанПиН 1.2.3685-21 «Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания»
• Кучинский Г. С. «Очистка природных и сточных вод коагуляцией и флокуляцией»