Koagulanti i flokulanti

U savremenoj preradi voda, koagulanti i flokulanti predstavljaju nezamenljive hemikalije čije je razumevanje ključno za efikasno uklanjanje nerastvornih materija iz vode. Ove hemikalije igraju centralnu ulogu u procesima taloženja i uklanjanja čestica koje bi inače mogle ostati suspendovane u vodi, čineći je neupotrebljivom za mnoge svrhe.

Uvod u koagulante i flokulante

Koagulanti i flokulanti su hemikalije koje se koriste u tretmanu voda da uklone nerastvorne materije (nečistoće) iz vode tako što ih destabilizuju i omoguće njihovo taloženje. Nerastvorne materije mogu biti suspendovane čestice, fini pesak i glina, koloidne materije, nerastvorne neorganske i mineralne materije, kao i ulja i masti fino raspršena u vodi.

Sve ove materije mogu biti veoma stabilne u vodi i same od sebe se ne talože ili se veoma sporo talože pod dejstvom gravitacije. To je zbog toga što one nose istopolno naelektrisanje (najčešće su negativno naelektrisane) pa se međusobno odbijaju u vodi, što sprečava njihovo spajanje u krupnije čestice i taloženje, to jest sprečava njihovo izdvajanje iz vode.

Značaj veličine i način taloženja suspendovanih čestica

Pored toga, veoma je značajna veličina suspendovanih čestica, gde važi pravilo da što su manje veličine, to se teže talože.

EFEKAT SMANJENJA VELIČINE SUSPENDOVANIH ČESTICA NA BRZINU TALOŽENJA
MATERIJAL	DIJAMETAR (u mm)	VREME TALOŽENJA PO METRU
Šljunak	10	1 sekunda
Krupni pesak	1	10 sekundi
Sitni pesak	0,1	2 minute
Fini pesak	0,01	90 minuta
Bakterije	0,001	1 nedelja
Koloidne čestice	0,0001	2 godine
Koloidne čestice	0,00001	20 godina
Koloidne čestice	0,000001	200 godina

Da bi se ostvario cilj bistrenja (zamućene) otpadne vode potrebno je da se vodi dodaju hemijski agensi, koagulanti i flokulanti, koji imaju suprotno naelektrisanje od suspendovanih čestica i tako omoguće destabilizaciju vodene suspenzije i iniciraju taloženje čestica.

Procesi koagulacije i flokulacije u tretmanu voda

Koagulacija i flokulacija su srodni procesi i uvek se dešavaju jedan za drugim, gde koagulacija označava proces u kome se dešava poništavanje naelektrisanja između suspendovanih čestica, pri čemu se one razelektrišu i počnu da se međusobno spajaju, dok flokulacija predstavlja nastavak tog procesa, gde se grupe koagulisanih čestica spajaju u velike čestice, takozvane flokule, koje se pod dejstvom gravitacije veoma lako talože i izdvajaju iz vode.

Koagulacija i flokulacija

Na slici niže je ilustrativno prikazan proces koagulacije i flokulacije otpadne vode iz industrije tekstila nakon dodatka koagulanta i flokulanta u čašu sa laboratorijskom mešalicom.

U prvim fazama (prvi red fotografija) nakon dodatka koagulanta, oku nevidljivo, dešava se neutralizacija naelektrisanja čestica otpadne boje. Druga faza (drugi red fotografija) prikazuje sitluaciju posle dodatka flokulanta, gde se jasno vide formirane flokule nečistoća i bistra voda u međuprostoru između njih. Treća faza (treći red fotografija) je proces taloženja čestica nečistoća nakon isključenja mešalice.  

Električni naboji koagulanata i flokulanata

Iz navedenog zaključujemo da koagulanti i flokulanti moraju biti (osim nekih izuzetka kod flokulanata) naelektrisani molekuli, odnosno imati naelektrisane funkcionalne grupe, da bi ispoljili svoje dejstvo i uspešno izazvali izdvajanje nečistoća iz vode.

Koagulanti su uvek pozitivnog naboja, dok flokulanti mogu biti:

• pozitivno naelektrisani – katjonski flokulanti
• negativno naelektrisani – anjonski flokulanti

Izuzetak su grupa flokulanata koji se zovu nejonski (molekul je bez naelektrisanja), i imaju veoma ograničenu i specifičnu primenu.

Tipovi i primena koagulanata u tretmanu voda

Prema prirodi molekula, koagulanti mogu biti:

• Neorganski koagulanti (aluminijum sulfat, polialuminijum hlorid PAC, feri hlorid, feri sulfat, fero sulfat i dr.)
• Organski koagulanti (poliamini, polyDADMAC, EPI, melamin formaldehid, tanin, i dr.)

Neorganski koagulanti su uglavnom soli aluminijuma (Al) i gvožđa (Fe) i naručito su efikasni kada se tretira voda koja ima nisku mutnoću. Kada se dodaju vodi, neorganski koagulanti stvaraju taloge koji povuku zajedno sa sobom na dno nečistoće iz vode i tako očiste vodu.

Organski naspram neorganskih koagulanata: prednosti i mane

Globalno gledano, najčešće upotrebljivan neorganski koagulant je Aluminijum sulfat. Pored toga, neorganski koagulanti su uvek cenovno jeftiniji od organskih flokulanata, što međutim ne znači da će i ukupan godišnji trošak tretmana biti povoljniji u poređenju sa upotrebom organskih koagulanata.

Organski kogulanti su sintetički molekuli srednje i velike molekulske mase, osim retkih izuzetaka kao što je tanin, koji spada u prirodne biomolekule koji se mogu naći u lišću, voću, kori drveta i sl. Zbog svoje hemijske strukture, organski koagulanti mogu imati veliki broj naelektrisanih funkcionalnih grupa, pa je doziranje mnogo manje u odnosu na neorganske koagulante.

Pored toga, organski koagulanti formiraju mnogo manje otpadnog mulja u odnosu na neorganske koagulante, pa su troškovi upravljanja muljem manji. Konačno, organski koagulanti gotovo da ne menjaju pH i elektro-provodljivost vode, što je veoma korisno svojstvo, jer ne zahteva naknadno podešavanje pH vode i voda nema dodatih soli (kao što je slučaj sa neorganskim koagulantima).

Zaključak je da svaki tip koagulanata ima svoje prednosti koje mogu da utiču na operativne troškove rada postrojenja, količinu proizvedenog mulja, pH vode i drugih tehničkih i logistričkih faktora, pa je važno biti dobro informisan šta svaki od njih može da ponudi pre nego što se donese odluka o upotrebi.

Složenost i forme flokulanata

Flokulanti su u hemijskom pogledu kompleksniji molekuli od koagulanata, imaju velike molekulske mase (do nekoliko desetina miliona grama/molu) i mogu imati razne geometrije u prostoru (linearni u obliku lanca, poprečno povezani (cross linked) u obliku umreženih lanaca, razgranati kao grane drveta, zvezdasti u obliku pahulje snega, itd.). Geometrija molekula će uticati na njihovu efikasnost da formiraju flokule od nečistoća iz vode, a takođe i na stabilnost i čvrstoću formiranih flokula, što dalje utiče na efikasnost odvodnjavanja mulja na filter presama ili centrifugama.

U pogledu električnog naboja koji molekul flokulanta nosi mogu se podeliti na kontinualnom spektru od flokulanata niskog naboja, srednjeg naboja do visokog naboja. Koji će naboj biti najefikasniji u konkretnom slučaju zavisiće od prirode čestica nečistoće koje uklanja.

Flokulanti mogu biti u različitim oblicima i razlikuju se prema količini aktivnog polimera:

OBLICI FLOKULANATA I PROCENAT AKTIVNOG POLIMERA
Oblici flokulanata	% aktivnog polimera
Rastvor	20% – 50%
Disperzija u slanom rastvoru	18% – 22%
Emulzioni	40% – 52%
Praškasti	do 100%

Izbor koagulanata i flokulanata: laboratorijski testovi i operativni troškovi

Nemoguće je unapred znati najbolji proizvod za upotrebu, pa je zato uvek preporučljivo uraditi laboratorijski JAR test.