Hidrológiai Közlöny 1980 (60. évfolyam)
12. szám - Dr. Benedek Pál–dr. Licskó István: Mikroszennyezők eltávolítása az ivóvízből
482 Hidrológiai Közlöny 1980. 12. sz. Dr. Benedek P.—Dr. Licskó I.: Mikroszennyezők A két, sőt újabban néha már háromrétegű szűrőkkel a fenti cél mellett a nagyobb szűrési sebesség révén még a nagyobb kapacitást, ill. kisebb felületigényt is igyekeznek biztosítani. A szűrőrétegek anyagának és szemcseméretének megválasztásában látható ezen a téren fejlődés. Kolloidok destabilizálása, koaguláció és aggregátumok képzése, flokkuláció A diszkrét kolloid részecskék stabilitását (aggregatív állandóságát) az okozza, hogy a szilárd részecskék felületén felhalmozódó elektromos töltések következtében (a különböző részecskéken ugyanabban a vízben azonos előjelű elektromos töltés halmozódik fel), a részecskék egymás közelébe kerülve taszítani fogják egymást, így aggregálódásukra nem kerülhet sor. Az egyes részecskék felületén kialakuló elektromos kettős-réteg következtében a kolloid részecske és a víz között olyan folytonos kapcsolat jön létre, hogy az így ébredő erőhatások megakadályozzák, vagy rendkívül lassúvá teszik a részecskékre ható nehézségi erő érvényesülését. A jelenség értelmezését, szabatos matematikai megfogalmazását már a XIX. században megkezdték [21] és az eredeti elképzelés többszöri javításával már a XX. század elején máig is érvényes megoldáshoz jutottak [22, 23]. A kolloid diszperzió stabilitásának (aggregatív állandóságának) csökkentésére elvileg több út létezik. A megoldásoknak azonban van egv közös tulajdonságuk, mely minden esetre érvényes: a részecskék között ható taszító erőket meg kell szüntetni. Ennek egyik kézenfekvő módja, melyre szintén már a XIX. században felhívták a figyelmet, a kolloid részecskék elektromos töltésének megváltoztatása oly módon, hogy a részecske felülete elektromos szempontból semleges legyen [24]. Ez más szavakkal azt jelenti, hogy a részecskék Zéta-potenciálját zérusra kell beállítani. Ha ezt sikerült elérnünk, lényegében megszüntettük a kolloid diszperzió stabilitását (aggregatív állandóságát). Ez azonban önmagában még kevés a részecskék aggregálódásához, flokkulációjához. Kis kolloid koncentrációk mellett (ilyen a felszíni vizek esete is!) nagyon nehéz elérni, hogy a stabilitásukat vesztett diszkrét kolloid szemcsék megfelelő mértékben találkozzanak egymással és jól ülepíthető, vagy a szilárd-folvadék fázisszétválasztás egyéb egyszerű módszerei számára hozzáférhető aggregátumokká alakuljanak, azaz létrejöjjön a flokkuláció. Mind hazai szakmai körökben, mind nemzetközi vonatkozásban a koaguláció és flokkuláció értelmezésében rendkívül nagy zavar uralkodik. A VITUKI kutatói a hetvenes évek elejétől a koaguláció szóval a kolloid részecskék destabilizálásának folyamatát, míg a flokkuláció szóval a destabilizált részecskék pehellvé, azaz. folyadék-szilárd szétválasztásra alkalmas aggregátumokká alakulásának folyamatát jelölik. A következőkben szigorúan ezt a terminológiát követjük. Stumm és Morgan a kolloid destabilizáció magyarázatára szolgáló „kémiai" és „fizikai" elméletek között nem lát olyan éles ellentmondást, melynek alapján a két különböző destabilizációs mechanizmus egymást szorosan követő megvalósulása kizárná egymást [25]. Felhívják a figyelmet arra, hogy a „kémiai" elméletet (komplex-képződés és proton átvitel) a kettősréteg elmélettel („fizikai" elmélet) együtt kell elfogadni, hogy megtaláljuk a legteljesebb magyarázatot, miszerint a kolloid stabilitása a közeg kémiai összetételétől függ. Az Egyesült Államok Környezetvédelmi Hivatalának tervezési kézikönyve szerint a de,stabilizálás a következő mechanizmusok szerint játszódhat le [26]: a) az elektrosztatikus töltés csökkentése ellenionok adszorpciója révén, b) a részecskék közötti hídképződés a polimer-láncban lévő specifikus kémiai csoportok adszorpciója következtében, c) az apró szilárd részecskék fizikai megkötődése a koaguláns gélszerű hidrolízis termékében. Az a) pont tehát a kolloidok felületi töltésével ellenkező előjelű ionok adszorpciója okozta töltésváltozást tartja a destabilizálás egyik lehetséges módjának. A víztisztításnál uralkodó viszonyok mellett a koagulánsként alkalmazásra kerülő háromértékű fémsók (alumínium- és vas-sók) fémionjai gyorsan átalakulnak valamilyen komplex fémvegviiletté, melynek pozitív töltése van. Tehát a kolloid destabilizálás szempontjából az a) pontban említett mechanizmusok a vízkezelés során nem számottevők. A b) pont említi a részecskékre adszorbeálódott polimerek hídképzés során kifejtett kolloid destabilizáló hatását. Ez a hídképzés elsősorban akkor jön létre, ha kationos polielektrolitokkal kezeljük a vizet. A felszíni és szennyvizek kolloid rendszerét alkotó részecskékkel azonban anionos polielektrolitok nem létesítenek olyan kapcsolatot, mely a rendszer destabilizálásához szükséges hidak kialakítását lehetővé tenné. A c) pontban említett mechanizmussal kapcsolatban is lényeges kritikai megjegyzéseink vannak, noha a felszíni vizek tisztításakor a destabiüzálásnak ezt a módját Packham, valamint Packham és Sheiham is lehetségesnek, sőt meghatározó jellegűnek tartja [27, 28]. A VITUKI-ban elvégzett kísérleteink azt mutatták, hogy a kialakuló alumínium-hidroxidok csak néhány másodperces, esetleg egy perces ,,életkorukig" alkalmasak a diszkrét kolloid szemcsék stabilitásának csökkentésére [29]. Az amerikai tervezési irányelv és a Packham által említett mechanizmus is eredményezhet kolloid részecskebefogást, de ez nem lehet egyetlen esetben sem a kolloid destabilizálás meghatározó lépése. Ezzel szemben saját vizsgálataink alapján a kolloid destabilizálás folyamata a következő: A koagulánsként adagolt Al 3 + és Fe 3 + ionok a tisztítandó felszíni vizekben fém-hidroxid szolokká alakulnak, melyek pozitív töltéssel rendelkeznek. Pozitív töltésük miatt „szívesen" adszorbeálódnak a negatív töltésű diszkrét kolloid szemcsék felületén. Elegendő alumínium-hidroxid szőj adszoprciója után a kolloid-alumínium-hidroxid együttes zérus közeli Zéta-potenciált vesz fel, elveszíti stabilitását,
