Κροκίδωση: χρήση οργανικών πολυμερών μεγάλου ΜΒ- πολυηλεκτρολύτες

Παρουσίαση με θέμα: "Κροκίδωση: χρήση οργανικών πολυμερών μεγάλου ΜΒ- πολυηλεκτρολύτες"— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 Κροκίδωση: χρήση οργανικών πολυμερών μεγάλου ΜΒ- πολυηλεκτρολύτες
ΣΥΣΣΩΜΑΤΩΣΗ-ΘΡΟΜΒΩΣΗ-ΚPOΚIΔΩΣH Συσσωμάτωση, θρόμβωση ή κροκίδωση είναι η διεργασία κατά την οποία πολύ μικρά σωματίδια αιωρούμενα εντός διαλύματος (κολλοειδή), συναθροίζονται σε ομάδες (συσσωματώματα, θρόμβους ή κροκίδες).  εύκολο πλέον διαχωρισμό των πολύ λεπτών σωματιδίων από το υδατικό τους αιώρημα.  αύξηση του μεγέθους των στερεών ώστε σύμφωνα με τον νόμο του Stoke's να αναπτυχθεί μεγαλύτερη ταχύτητα καθίζησης που θα επιτρέψει τον διαχωρισμό με καθίζηση Συσσωμάτωση: φυσική διεργασία μόνο με εφαρμογή κινητικής ενέργειας (ανάδευση, θέρμανση) Θρόμβωση: εξουδετέρωση των επιφανειακών φορτίων με ανόργανους ηλεκτρολύτες Κροκίδωση: χρήση οργανικών πολυμερών μεγάλου ΜΒ- πολυηλεκτρολύτες

2 DLVO θεωρία της σταθερότητας των κολλοειδών
Deryagin και Landau Verwey και Overbeek Δυνάμεις Van der Waals  Δυνάμεις ηλεκτροστατικές Σταθερό αιώρημα Συσσωμάτωση

3 DLVO theory: Electrostatic stability Derjagin Landau Verwey Overbeek van der Waals attraction (VT/kT) ≥ 10: → “colloid stabiliy” electrostatic repulsion

4

5 Συσσωμάτωση -Aggregation
aqueous Al2O3 suspension at different pHs Θρόμβωση - Coagulation aqueous As2S3 sol with increasing background electrolyte concentraion (1:1 electrolyte, mM)

6 Θρόμβωση - Coagulation

7 Θρόμβωση - Coagulation
The sol undergoes coagulation upon the addition of Al2(SO4)3 solution stable Fe(OH)3 sol

8 Εκλεκτική κροκίδωση ενός εκ των συστατικών
 μέθοδο εμπλουτισμού των πολύ λεπτών σωματιδίων. Αποτελεσματικότερη επίπλευση με προηγούμενη εκλεκτική κροκίδωση του προς επίπλευση συστατικού. Θρομβωτική-κροκιδωτική ικανότητα ανόργανα ιόντων: Fe3+>Al3+>H+>Ca2+>Mg2+>Κ+> Na+>Li+

9 Τα πλέον χρησιμοποιούμενα θρομβωτικά:
· Al2(SO4)3·14H2O ή Al2(SO4)3·18H2O (alum) · FeCl3 · FeCl3 (με άσβεστο) · Fe2(SO4)3 (με άσβεστο) · FeSO4·7H2O (copperas) (με άσβεστο) · Η διαλυτοποίηση των αλάτων δίνει ενυδατωμένα ιόντα: Al(H2O)6+3 και Fe(H2O)6+3 · Μικρές ποσότητες αλάτων δεν οδηγούν σε θρόμβωση  η θρόμβωση μεσω της εξουδετέρωσης των φορτίων της ηλεκτρικής διπλοστοιβάδας δεν είναι ο μόνος μηχανισμός · Με προσθήκη σημαντικών ποσοτήτων αλάτων τα κατιόντα αντιδρούν με OH- ή HCO3- και CO32- παράγοντας αδιάλυτα Al(OH)3 και Fe(OH)3 υπό μορφή πολυμερικών υδρο-συμπλόκων (polymeric hydrocomplexes) · Η διαλυτότητα των Al(OH)3 και Fe(OH)3 είναι συνάρτηση του pH · Τα υδροξείδια και τα σύμπλοκά του είναι θετικώς φορτισμένα όταν το pH είναι χαμηλότερο του ισοηλεκτρικού σημείου  προσρόφηση στην αρνητικά φορτισμένη επιφάνεια του κολλοειδών σωματιδίων  θρόμβωση

10 Υδρόλυση των ιόντων Fe Fe H2O → Fe(OH)2+ + H+ logK = -2.19 Fe3+ + 2H2O → Fe(OH)2+ + 2H+ logK = -5.67 Fe3+ + 3H2O → Fe(OH) H+ logK = -11.9 Fe3+ + 4H2O → Fe(OH)4− + 4H+ logK = -21.6 2Fe3+ + 2H2O → Fe2(OH) H+ logK = -2.95 Οι μορφές του Fe(III) ως συνάρτηση του ρΗ για ένα διάλυμα FeCl3 στα 2 mg/L. Fe3+ και Fe(OH)2+ υπάρχουν κυρίως σε διάλυμα σε pH μικρότερο από 3. Στην περιοχή pH από 4 έως 6 η υψηλότερη σχετική συγκέντρωση λαμβάνεται για Fe(OH)2+ και σε pH μεγαλύτερο από 7 Fe(OH)4- και αδιάλυτο Fe(OH)3.

11 Αύξηση συγκέντρωσης FeCl3

12 Υδρόλυση-αντίδραση στο νερό:
Al2(SO4)3.18H2O + 6H2O ↔ 2Al(OH)3↓+6H++ 3SO42-+18H2O Al2(SO4)3.18H2O + 3Ca(HCO3)2 ↔ 2Al(OH)3↓+ 3CaSO4+ 6CO2+18H2O Al2(SO4)3.18H2O + 3Ca(OH)2 ↔ 2Al(OH)3↓+3CaSO4+18H2O FeCl3 +3H2O ↔ Fe(OH)3↓+3H++ 3Cl- 2FeCl3 + 3CaHCO3 ↔ 2Fe(OH)3↓+3CaCl2+6CO2 2FeCl3 + 3Ca(OH)2 ↔ 2Fe(OH)3↓+3CaCl2 Fe2(SO4)3 + 6H2O ↔ 2Fe(OH)3↓+6H++ 3SO42- Fe2(SO4)3 + 3Ca(HCO3)2 ↔ 2Fe(OH)3↓+ 3CaSO4+ 6CO2 Fe2(SO4)3 + 3Ca(OH)2 ↔ 2Fe(OH)3↓+3CaSO4

13 FeSO4.7H2O + 2H2O ↔ Fe(OH)2↓+2H++ SO42- +7H2O
FeSO4 .7H2O+ Ca(HCO3)2 ↔ Fe(OH)2↓+ CaSO4+ 2CO2 +7H2O FeSO4.7H2O + Ca(OH)2 ↔ Fe(OH)2↓+CaSO4 +7H2O 4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O ↔ 4Fe(OH)3↓ Τα υπάρχοντα φωσφορικά ιόντα είναι σε ανταγωνισμό με τα άλλα ιόντα Al2(SO4)3.18H2O + 2PO43- ↔ 2AlPO4↓+ 3SO H2O FeCl3 + PO43- ↔ FePO4↓+3Cl- Με προσθήκη ασβέστου για pH>10 10Ca2+ + 6PO OH- → Ca10(PO4)6(OH)2↓

14 οργανικά πολυμερή πολυηλεκτρολύτες
ιονικά μη ιονικά ανιονικά κατιονικά

15 - Φυσικοί : παρασκευασμένοι από άμυλο ή βιολογικής προέλευσης π. χ
- Φυσικοί : παρασκευασμένοι από άμυλο ή βιολογικής προέλευσης π.χ. alginate από φύκη, chitosan από την οξίνιση της chitin των κέλυφων - Συνθετικοί: συνθετικά πολυμερή από μονομερή π.χ. polyamine, polysulfonate · Κατιονικοί πολυηλεκτρολύτες χρησιμοποιούνται για την αποσταθεροποπιηση αρνητικά φορτισμένων κολλοειδών  εξουδετέρωση του φορτίου και σύνδεση των κολλοειδών σωματιδίων · Ανιονικοί και μη ιονικοί πολυηλεκτρολύτες επίσης χρησιμοποιούνται για τα παραπάνω κολλοειδή λειτουργόντας σαν γέφυρες

16 Mηχανισμός της κροκίδωσης
Τα αιωρούμενα σωματίδια διαμορφώνουν ένα επιφανειακό ηλεκτρικό φορτίο (ζ-δυναμικό), το οποίο οφείλεται τόσο στις δομικές ατέλειες του κρυσταλλικού πλέγματος (ζεόλιθοι, άργιλος) όσο και στην ισορροπία που αποκαθίσταται μεταξύ επιφάνειας στερεού και διαλύματος. Η ύπαρξη του επιφανειακού ηλεκτρικού φορτίου των σωματιδίων  ηλεκτροστατικών απωστικών δυνάμεων  την σταθερότητα του αιωρήματος. Αποσταθεροποίηση αιωρήματος υπερίσχυση των ελκτικών δυνάμεων Van der Waals: με την αύξηση της κινητικής τους ενέργειας/ ισχυρή ανάδευση ή θέρμανση με την εξουδετέρωση των επιφανειακών τους φορτίων/ Al2(SO4)3 με την προσθήκη οργανικών πολυμερών/ σχηματισμός "γεφυρών"

17 Μηχανισμός Θρόμβωσης

18 Μηχανισμοί κροκίδωσης
Ηλεκτροστατικών μπαλωμάτων Γεφυρών Κροκίδωση φυλλόμορφων σωματιδίων

19 Σταθερό Κροκίδωση αιώρημα κροκίδες

20 Δεσμοί πολυμερούς/σωματιδίου
Ιονικός δεσμός: kcal/mol Δεσμός υδρογόνου: 5-10 kcal/mol Αλληλεπίδραση διπόλων: <5 kcal/mol

21 Αντιδραστήριο Δόση (ppm) pH .
Alum ,5 – 7,0 FeCl ,5 – 7,0 FeSO4·7H2O ,0 – 7,0 Lime ,0 – 11,0 Κατιονικοί πολυηλεκτρολύτες Ανιονικοί και μη ιονικοί πολυηλεκτρολύτες

22 Η προσθήκη του κροκιδωτικού πρέπει να γίνει βραδέος
Αποφυγή ενσωμάτωσης στις κροκίδες άλλων σωματιδίων Απομάκρυνση των σχηματιζομένων κροκίδων με: διήθηση κατακάθιση φυγοκέντρηση επίπλευση

23 Η διαφορά της πυκνότητας των κροκίδων Δρ από το υγρό μέσο δίνεται από τη σχέση:
ή όπου x — διάμετρος κροκίδων (cm) ρf — πυκνότητα υγρού (gr/cm3) u — ταχύτητα κατακάθισης (cm/sec) g — επιτάχυνση της βαρύτητας (cm/sec2) CD — συντελεστής οπισθελκούσης η - ιξώδες του υγρού

24 Το πορώδες ε των κροκίδων εξαρτάται από τον αριθμό των σωματιδίων Z που συγκροτούν κάθε κροκίδα:
1-ε = A.Z-γ όπου: ρs, xo - πυκνότητα και μέγεθος σωματιδίων γ - α/(3-α) α, k - κλίση και τεταγμένη για x=1μ σε διάγραμμα: log(Δρ) = f(logx) Δρ = kx-α

25 Παράγοντες που επιδρούν στην κροκίδωση:
η φύση και το μέγεθος των σωματιδίων το pH και η ιοντική ισχύς του διαλύματος η συγκέντρωση των σωματιδίων στο αιώρημα δόση κροκιδωτικού το μέγεθος του μορίου του πολυηλεκτρολύτη ο ρυθμός προσθήκης του κροκιδωτικού η θερμοκρασία ο χρόνος και η ταχύτητα ανάδευσης Το pH επηρεάζει: τη φύση και το ζ-δυναμικό της επιφάνειας των σωματιδίων την υδρόλυση των αλάτων  αύξηση της ιοντικής ισχύος ελαττώνει το ζ-δυναμικό και βοηθάει τη συσσωμάτωση. .

26 Μεγαλύτερο μοριακό βάρος κροκιδωτικού 
ικανοποιητικότερα αποτελέσματα κροκίδωσης

27 Βέλτιστη δόση κροκιδωτικού: 5-80 gr ανά τόνο στερεών σωματιδίων

28 Τα περισσότερα κροκιδωτικά διαλυόμενα στο νερό παράγουν παχύρρευστα υγρά, γι' αυτό χρησιμοποιούνται σε πολύ αραιά διαλύματα της τάξεως 0,1%. ΤiΟ2/μη ιονικό πολυμερές Super floc127 (polyacrylamide)

29 Βέλτιστη δόση κροκιδωτικού: 5-80 gr ανά τόνο στερεών σωματιδίων
ΤiΟ2/μη ιονικό πολυμερές Super floc127 (polyacrylamide)

30 Ισχυρή ανάδευση  αυξάνεται η πιθανότητα σύγκρουσης μορίων κροκιδωτικού-σωματιδίων και σωματιδίων-σωματιδίων. ΤiΟ2/μη ιονικό πολυμερές Super floc127 (polyacrylamide)

31 ΤiΟ2/μη ιονικό πολυμερές
Super floc127 (polyacrylamide)  θραύεται ένα μέρος των δημιουργούμενων κροκίδων

32 ΤiΟ2/μη ιονικό πολυμερές
Super floc127 (polyacrylamide)

33

34 ΤiΟ2/μη ιονικό πολυμερές
Super floc127 (polyacrylamide)

35 Φωσφορίτης Κοσμηράς-Ηπείρου
Χημική σύσταση %: P2O5, CaO, 0.39 MgO, 0.76 Al2O3, 0.57 Fe2O3, 0.53 Na2O και CO2 Φρανκολίτης: Ca9.51Na0.35Mg0.14(PO4)4.74(CO3)1.26F2.50 Ασβεστίτης: CaCO3 Ελαϊκό Νάτριο 0,2 g/kg ορυκτού ΡΑΜ (ΜΒ~ ) 0,3 g/kg ορυκτού

36 Συσκευή κροκίδωσης

37 Βιομηχανική συσκευή κροκίδωσης

38 Τροφοδοσία κροκιδωτικού Είσοδος τροφοδοσίας Κόσκινο Υπερχείλιση Τσουγκράνα

39 Βιομηχανική συσκευή κροκίδωσης

40 Compact Flocculant Plants

41 Σιλό τροφοδοσίας Ελικοειδής τροφοδότης

42 Δοχείο ανάμιξης

43 Δοσομετρικές αντλίες

44