Što je flokulacija?

Flokulacija

Kontrola raspodjele veličine čestica za siguran razvoj procesa

Zahtjev za ponudu

Koja je razlika između flokulacije i zgrušavanja?

Flokulacija i zgrušavanje dva su procesa koja se često koriste zajedno za uklanjanje nečistoća i zagađivača.

Koagulacija uključuje dodavanje kemikalija, poznatih kao koagulansi, vodi, puferu ili otapalima koji destabiliziraju čestice i uzrokuju njihovo skupljanje. Ovaj proces obično uključuje stvaranje čestica koje se nazivaju "flokovi", ali točnije okarakterizirane kao agregati. Agregati se lakše odvajaju od topljivih komponenti (često vode) taloženjem ili filtracijom.

Flokulacija uzima ove manje agregate stvorene tijekom zgrušavanja i kombinira ih u još veće agregate poznate kao "flokovi". Taj se proces obično postiže dodavanjem flokulanata, specijaliziranih kemikalija koje potiču aglomeraciju čestica.

U biti, koagulacija je početni korak u agregaciji čestica, dok je flokulacija sljedeći korak koji stvara veće i lakše uklonjive aglomerirane floke. Oba procesa su kritična u uklanjanju nečistoća i kontaminanata iz vode ili drugih topljivih izvora.

Korak 1: Koagulacija

Koagulant je sredstvo koje se koristi za promicanje agregacije ili skupljanja sitnih čestica suspendiranih u tekućini. Koagulacija je kemijski proces koji uključuje dodavanje koagulanta kako bi se neutralizirao naboj raspršenih čestica. Male, submikronske biološke i kemijske molekule često nose negativne površinske naboje koji ometaju agregaciju i taloženje (1a).

Koagulantne kemikalije mogu adsorbirati čestice i neutralizirati negativne naboje. Neutralizacija, ili ponekad titracija na kiseli pH, omogućuje česticama da se drže zajedno, što rezultira stvaranjem stabilnih i dobro suspendiranih submikronskih koagulantnih čestica poznatih kao mikrofloci (1b).

Za pravilnu disperziju koagulantnih kemikalija potrebno je brzo miješanje kako bi se potaknuli sudari čestica i stvaranje grudica (1c). Spojene čestice su još uvijek prilično male i nisu vidljive golim okom.

Korak 2: Flokulacija

Flokulacija povećava veličinu još uvijek submikronskih koagulantnih nakupina što ih čini lakšim za odvajanje. To općenito zahtijeva nježno miješanje i korištenje polimernih ili drugih ionskih flokulanata visoke molekularne težine. Flokulant adsorbira koagulantne čestice, mijenjajući površinska svojstva i premošćujući praznine kako bi se olakšalo stvaranje flokova (2a). Dovođenjem čestica u neposrednu blizinu povećava se učinkovit raspon van der Waalsovih sila privlačenja, čime se smanjuje energetska barijera za flokulaciju. To omogućuje stvaranje labavo upakiranih skupina flokova.

Aglomeracija, vezivanje i jačanje flokova nastavljaju se sve dok se ne formiraju vidljivo suspendirani makrofloci (2b). Taloženje će se dogoditi s obzirom na pravu težinu čestica, veličinu i snagu interakcije. Veliki makrofloci vrlo su osjetljivi na miješanje, a nakon što ih rastrga jaka smicanja, teško im je ili nemoguće reformirati se.

Flokulacija se događa prirodno tijekom stvaranja snježnih pahulja i podmorskih sedimenata, ali se također namjerno primjenjuje u biotehnološkoj, naftnoj, celuloznoj i papirnoj, otpadnim vodama i rudarskoj industriji.  

Zašto je flokulacija važna?

Primjene u industriji

Biofarmaceutika
Cijele, visokoodržive stanice sisavaca često se lako filtriraju zbog svoje veličine i distribucije. Međutim, mikrobne stanice iz bakterijskih sustava i sustava kvasca imaju mnogo manje monomerne stanične jedinice. Opterećenje biomase mikrobnih stanica ili stanica sisavaca s niskom održivošću i malom srednjom veličinom čestica može stvoriti mnogo malih fragmenata stanica, koji začepljuju filtre i usporavaju brzinu filtriranja. Flokulacija se koristi za smanjenje ukupnog broja čestica uz povećanje raspodjele veličine čestica, čime se poboljšava filtracija i osigurava učinkovito i isplativo odvajanje staničnog materijala od supernatanta. Flokulacija se može primijeniti i ako kultura stanica proizvodi više proizvoda i/ili nusproizvoda koji su izraženi unutar različitih staničnih struktura ili mikrookruženja fermentacijske matrice. Primjeri uključuju membranski vezan, intermembranski prostor ili ekspresiju supernatanta, kao i proizvode koji se adsorbiraju na polimere ili čak u višefaznom hvatanju kao što je emulzija. 

Pročišćavanje vode i otpadnih voda
Otpadne vode mogu sadržavati značajne količine suspendiranih čestica, što često traje dugo. Obrada flokulacijske vode ubrzava taloženje i osigurava učinkovito odvajanje krute / tekućine. Velike količine iskorištene vode mogu se brzo obraditi, minimizirajući utjecaj na okoliš smanjenjem količine vremena i prostora potrebnog za skladištenje rabljene vode. 

Pulpa i papir
Celulozna vlakna jedan su od glavnih sastojaka u pulpi i papiru, ali također zahtijevaju ljepilo, impregnaciju i punila kako bi se postigla potrebna svojstva lima za prihvatljiv papirni proizvod. Flokulacija se često primjenjuje tijekom procesa odvodnje kako bi se kombinirala vlakna, punila i drugi aditivi na način koji osigurava brzo odvajanje čvrstog materijala i može se proizvesti u velikim količinama. 

Rudarstvo plemenitih metala
Tokovi proizvoda često sadrže širok raspon različitih metala koje je potrebno odvojiti kako bi se dobio čisti proizvod. Selektivno taloženje pojedinih metala obično je popraćeno flokulacijom i taloženjem kako bi se osiguralo brzo odvajanje od preostale tekućine.

Analiza veličine čestica za optimizaciju procesa

Ključna razmatranja za učinkovite procese flokulacije

Parametri procesa i performanse na kraju proizvodnog lanca

Flokulacija je važna operacija jedinice koja zahtijeva razvoj i optimizaciju za učinkovit rad. Ključna razmatranja i parametri procesa uključuju: 

  1. Flokulantni ili koagulantni tip i koncentracija
  2. Intenzitet miješanja, naprezanje smicanja i vrijeme miješanja
  3. Brzina doziranja, mjesto i temperatura 
  4. Koncentracija krutih tvari
  5. Veličina i broj čestica
  6. Analiza performansi na kraju proizvodnog lanca:
    • Cjelovitost flokulacije (kinetika)
    • Vrijeme obrade i napori za čvrsto uklanjanje
    • Čistoća tekuće faze (uključujući mjerenje rezidualnog flokulanta)
    • Kapacitet i učinkovitost filtracije
    • Proboj filtarske membrane krhotina ili nusproizvoda

Tekućine u flokulaciji

Flokulanti, puferi i površinski aktivne tvari

Flokulantni dodatak
Flokulacija je prvenstveno potaknuta vrstom i dozom kemijskih sredstava dodanih za pokretanje zgrušavanja i flokulacije čestica. Sekundarni upravljački programi uključuju tradicionalnije fizičke parametre (npr. Miješanje, temperatura itd.). Karakterizacija stabilnosti tekućeg flokulanta, kinetika miješanja, homogenost i konačna koncentracija jednako je važna tijekom karakterizacije procesa kao i tijekom očitijih ciljeva inženjeringa čestica (npr. Raspodjela veličine čestica i brojanje). Dodane flokulante ili pomoćne tvari također treba karakterizirati zbog njihovog utjecaja na ishod flokulacije, kao i procesne kinetike i regulatornih implikacija. 

In situ ATR-FTIR i Raman spektroskopija moćne su metode s više atributa koje istovremeno mogu pratiti i kvantificirati više flokulanata ili pomoćnih tvari u stvarnom vremenu. Kombiniranje ovih spektroskopskih podataka s informacijama o raspodjeli čestica i kinetici može pomoći u određivanju idealne, a često i minimalne količine potrebne flokulante, minimizirajući opterećenje uklanjanja nizvodno. Puferi i površinski aktivne tvari također se mogu točno okarakterizirati i kontrolirati u stvarnom vremenu.

Uklanjanje flokulanta
Odluka o uključivanju flokulacije u proces dolazi sa značajnim kompromisom silaznog zahtjeva za potpuno uklanjanje dodanih flokulanta, površinski aktivnih tvari ili intermedijera procesa. Taj zahtjev često rezultira dodatnim vremenom postupka i dodatnim analitičkim metodama potrebnima za kvantificiranje ili provjeru odsutnosti dodatnih pomoćnih tvari u obradi. Kao takav, korisno je smanjiti količinu flokulanta, koagulanta, površinski aktivne tvari ili drugih dodanih komponenti.

Kada se inline metode kao što su ATR-FTIR spektroskopija ili Ramanova spektroskopija integriraju prije i nakon kromatografije, mogu se odrediti i kvantitativna mjerenja prijenosa mase proizvoda, flokulanta i pomoćnih tvari. To može poslužiti kao potencijalni dodatak izvanmrežnim analitičkim metodama.

Kinetika loma floca
Analizator veličine čestica in situ pokazuje da su flokovi potpuno razvijeni i da lomljenje floka postaje prevladavajući proces
Kako odabrati najbolji flokulant
podrška za aplikaciju flokulacije
Laboratorijski instrumenti za flokulaciju

alat za mjerenje veličine čestica flokulacija

Analizatori veličine čestica - PVM®

EasyViewer™

Snimite slike čestica in situ visoke rezolucije kako biste dobili duboko razumijevanje procesa za složene sustave. Saznajte više

flokulacija FBRM analizator veličine čestica

Analizatori veličine čestica - FBRM®

ParticleTrack™

Umetnut izravno u laboratorijske reaktore kako bi se pratila promjena veličine čestica i brojanje u stvarnom vremenu u potpunim koncentracijama procesa. Saznajte više

Reaktor laboratorijske vage za flokulaciju

Reaktori kemijske sinteze

EasyMax™

Povećajte produktivnost u svom laboratoriju pomoću reaktora kemijske sinteze s ugrađenim alatima za automatizaciju. Saznajte više

softver za modeliranje i simulaciju flokulacije

Modeliranje kemijskih reakcija

Paket™ za skaliranje

Procijenite kinetičke parametre i u silico modeliranju kako biste razvili optimalne uvjete reakcije. Saznajte više

softver za flokulaciju

Kontrola reaktora i PAT-a

Paket™ iC

Jedinstveni pristup podržava primjene od laboratorija do postrojenja za spektroskopiju, karakterizaciju sustava čestica, preciznu kontrolu reaktora i kalorimetriju. Saznajte više

Citati i reference

Najčešća pitanja

Najčešća pitanja o flokulaciji

Koja je definicija flokulacije?

Flokulacija je proces kojim se male čestice u tekućini spajaju i tvore veće, nakupljene mase zvane flokovi. To se može dogoditi prirodno ili dodavanjem određenih kemikalija koje se nazivaju flokulanti. U prirodnoj flokulaciji, male čestice u tekućini mogu se spojiti zbog različitih čimbenika kao što su gravitacija, Brownovo gibanje ili elektrostatičke sile. Kako se te čestice sudaraju i drže zajedno, počinju stvarati veće mase koje se na kraju mogu taložiti iz tekućine.

Flokulacija se također može izazvati dodavanjem flokulanata, koji su tvari koje potiču stvaranje flokova. Ove kemikalije djeluju neutralizirajući električne naboje na površini čestica, uzrokujući da privuku jedna drugu i formiraju veće nakupine. Flokulanti se obično koriste u pročišćavanju otpadnih voda, rudarstvu i drugim industrijama u kojima je potrebno odvajanje krutih tvari od tekućina. Nakon što se flokovi formiraju, mogu se odvojiti od tekućine različitim metodama, kao što su taloženje, filtriranje ili centrifugiranje. Dobivena tekućina često je mnogo jasnija i lakša za rukovanje nego prije flokulacije.

Što je flokulacija u obradi vode?

Proces zgrušavanja-flokulacije obično se koristi u pročišćavanju otpadnih voda za uklanjanje zamućenosti i bakterija. Flokulacija potiče suspendirane čestice da se vežu i formiraju velike, aglomerat čestice poznate kao "flokovi". Ovi flokovi lako plutaju na površinu ili sediment na dnu, pružajući učinkovito i isplativo sredstvo za ubrzavanje njihovog odvajanja.

Koja je razlika između zgrušavanja i flokulacije?

Koagulacija i flokulacija dva su različita procesa koja se koriste jedan za drugim kako bi se prevladale sile koje održavaju suspendirane čestice stabilnima. Naboji čestica neutraliziraju se zgrušavanjem, ali se mogu vezati i rasti flokulacijom, što olakšava njihovo uklanjanje iz tekućine. Pročitajte više o flokulaciji vs koagulacija.

Što je flokulirana suspenzija?

Flokulirana suspenzija odnosi se na smjesu ili disperziju krutih čestica u tekućini gdje su se čestice spojile i formirale veće nakupine ili agregate koji se nazivaju flokovi. Ove flokove drže slabe fizičke sile, kao što su van der Waalsove sile ili premošćivanje između čestica, umjesto da se ravnomjerno raspoređuju po tekućini. Stvaranje flokova u suspenziji dovodi do taloženja ili odvajanja krutih čestica, što ih čini lakšim za uklanjanje ili filtriranje iz tekuće faze. Flokulacija se obično koristi u različitim industrijama, uključujući pročišćavanje otpadnih voda, rudarstvo i kemijsku preradu, kako bi se olakšalo odvajanje i pojašnjenje suspendiranih krutih tvari iz tekućina.