Hidrológiai Közlöny 1972 (52. évfolyam)

4-5. szám - Bulkai Lajos: A flokkuláció és hatása a víztisztítási folyamatban

199 Hidrológiai Közlöny 1972. 4—5. sz. A flokkuláció és hatása a víztisztítási folyamatban BUI.KAI LAJOS* Azok a lebegő anyagok, melyek a felszíni vizek tisztításánál számunkra a legnagyobb gondot okozzák, kolloidális, azaz rendkívül kis méretűek. Nagyságuk 1 és 0,001 mikron között van, számuk pedig cm

3-ként átlag 1 és 10 millió közé tehető. Lebegő sajátosságukat főként negatív elektromos töltésüknek köszönhetik, mely mint kölcsönös taszító erő nem engedi pelyhesedni és leülepedni azokat. Többféle módon igyekeznek megmagyarázni ennek az ún. zéta-potenciállal jellemzett elektromos töltésnek okát. így beszélnek arról, hogy a lebegő anyagból, azaz a szilárd fázisból egyes ionok átléphetnek a folyékony fázisba és a maradó ionok adják a töltést. Említik a szilárd fázis egyes atomcsoportjainak a fázishatáron történő ionizációját, de legtöbb híve az ionok, ill. dipólusok felületen történő adszorpciójának van. A lebegőanyagokat úgy távolítják el a vízből, hogy részben csökkentik, ill. semlegesítik azok elektromos töltését s ezáltal lehetővé válik egyesülésük és ülepedésük, részben pedig adszorbeálódnak, ill. beépülnek a tisztítandó vízben előállított és jól ülepedő fémhidroxid pelyhekbe. Az olyan híg kolloidális rendszereknél, mint amilyennel a víztisztításnál is dolgunk van, semmiképpen sem elegendő csupán a töltések semlegesítése, amely a nagy koncentrációknál célra vezethet. így okvetlenül szükség van még „kívülről behozott" pelyhekre is, hogy a híg állapotot, vagyis a lebegő anyagok egymástól való viszonylag ,,nagy" távolságát csökkentsük. Mindkét folyamatnak feltétele, alumínium-, vagy vassók előzetes adagolása. A keletkező három vegyértékű fémionok a lebegő anyagok zéta-potenciáljának csökkentését azáltal tudják előidézni, hogy „komprimálják", összenyomják az elektromos kettős réteget. Nagyobb szerepe van azonban annak, hogy a fémhidroxid pelyhek, melyeket lényegükben polimerizált fémhidroxo-komplexeknek is tekinthetünk, nem jönnek létre egy szempillantás alatt s kialakulásuk ideje alatt pozitív töltéssel rendelkeznek. Ez lehetővé teszi a negatív töltésű szennyezőanyagokkal való egyesülést, a komplexekbe való beépülést, s az ilyen módon való kölcsönös semlegesítődést. Sőt a szennyeződést magukban foglaló fémhidroxid-polimereknek adszorpciós képességük is van, melynek révén egymással és esetleg újabb lebegő anyagokkal is egyesülhetnek s így megnövekedve tudnak könnyebben leülepedni. 1. Vegyszerek bekeverése. Perikinetikus fázis A fizikai-kémiai folyamatok létrejöttéhez, a vegyszerek gyors elkeverésére, azaz a vegyszerkoncentráció minél egyenletesebb eloszlására, s a kialakuló pelyhek hatásos ütköztetésére van szükség. A vizsgálatok szerint ugyanis az elemi fémhidroxidpelyhek néhány másodperc alatt már kialakulnak, s ezen idő alatt kell találkozniok a lebegő szennve* Vízgazdálkodási Tudományos Kutató Intézet, Bp. zésekkel. Ha ugyanis ez nem történik meg, a pehely létrejön a szennyeződés beépülése nélkül is s annak későbbi adszorpciója, ill. pehelybe épülése máinehezebb, esetleg nem is valósul meg. lliddicknél [6] találunk a fentiekkel kapcsolatos érdekes közlést. Szerinte a fémhidroxid-polimer már 0,1 millsec alatt elérheti a 100 Angström=0,01 mikron hosszúságot s ezért van szükség a beadott vegyszer nagyon gyors elkeverésére. Ugyancsak ő közöl számítást arról, hogy 100 ppm kristályos alumíniumszulfát adagból 1,8 • 10

2

0 db alumíniumhidroxid molekula képződik egy liter vízben. Ha ezt a számot összevetjük a tisztítandó vízben található kolloidális méretű lebegőanyagok számával, akkor ez utóbbiakra milliós nagyságrenden felül jut fémliidroxid-molekula. E nagy szám ellenére is rendkívül fontos a gyors be- és elkeverés, mivel egyrészt — mint láttuk — a fémhidroxidok kialakulása kedvező hőmérsékleti viszonyok mellett igen gyors, másrészt — mint Werner mérései igazolták [11] — gyengébb erejű bekeverésnél nemcsak a lebegőanyag-fémhidroxid, hanem a fémhidroxid-fémhidroxid találkozás és egyesülés sem jön létre megfelelő hatásfokkal. Emiatt azután a flokkulátor amúgyis gyengébb erejű keverése, majd az iilepítési folyamat után is megmaradnak szinte molekuláris méretű fémhidroxidok a tisztított vízben. Nagyerejű bekeverésnél ezt a jelenséget nem tapasztalta. A bekeverésnél játszódik le a koaguláció ún. perikinetikus szakasza [1, 5, 9], melyre a másodrendű kémai reakciók matematikai megfogalmazása érvényes. Jelöljük iV-nel a vízben található lebegő szennyezések és elemi fémhidroxidok számát, melyeket együttesen elsődleges részecskéknek is neveznek. A reakció sebességi állandója k, s az idői. dí A negatív előjel az elsődleges részecskék számának csökkenésére utal, melynek sebessége a részecskék mindenkori számának négyzetével arányos. Ha iV

0-val jelöljük a kedző számot, akkor a differenciál egyenlet megoldása 1 1 vagyis a reakció időtartama a részecskék számával fordítottan arányos. Ez egyébként természetes úton is belátható. A k sebességi álandó összetett menynyiség, mely magában foglalja a diffúziós tényezőt is. A koagulációnak ez a perikinetikus szakasza addig tart, amíg a kialakuló pelyhek mérete az I—2 mikront meg nem haladja. Emiatt a nyugatnémet előírások [7] 2—5 perces tartózkodási időt írnak elő, míg az amerikaik legfeljebb 30—60 másodpercet. Az előbbiek külön tartályban gépi keverőberendezéssel való bekeverést ajánlanak, melynél a keverő külső szélén a megengedett maximális kerületi sebesség 5 m/sec. Ehhez olyan hajtóműveket használnak, amelyek az üresjáráson felül