Tiếng Việt

Keo tụ

Kiểm soát phân bố kích thước hạt để phát triển quá trình tự tin

Gọi để được báo giá

Sự khác biệt giữa keo tụ và đông máu là gì?

Keo tụ và đông máu là hai quá trình thường được sử dụng cùng nhau để loại bỏ tạp chất và chất gây ô nhiễm.

Sự đông máu liên quan đến việc bổ sung các hóa chất, được gọi là chất đông tụ, vào nước, chất đệm hoặc dung môi làm mất ổn định các hạt và khiến chúng kết tụ lại với nhau. Quá trình này thường liên quan đến việc tạo ra các hạt được gọi là "flocs", nhưng được mô tả chính xác hơn là cốt liệu. Cốt liệu dễ dàng tách ra khỏi các thành phần hòa tan (thường là nước) thông qua quá trình lắng hoặc lọc.

Keo tụ lấy các cốt liệu nhỏ hơn này được tạo ra trong quá trình đông máu và kết hợp chúng thành các cốt liệu thậm chí còn lớn hơn được gọi là "flocs". Quá trình này thường đạt được thông qua việc bổ sung chất keo tụ, là những hóa chất chuyên dụng thúc đẩy sự kết tụ của các hạt.

Về bản chất, đông máu là bước đầu tiên trong tập hợp hạt, trong khi keo tụ là bước tiếp theo tạo ra các flocs kết tụ lớn hơn và dễ tháo rời hơn. Cả hai quá trình đều rất quan trọng trong việc loại bỏ tạp chất và chất gây ô nhiễm khỏi nước hoặc các nguồn hòa tan khác.

Bước 1: Đông máu

Chất đông tụ là một tác nhân được sử dụng để thúc đẩy sự kết tụ hoặc kết tụ các hạt mịn lơ lửng trong chất lỏng. Đông máu là một quá trình hóa học liên quan đến việc bổ sung chất đông tụ để trung hòa điện tích của các hạt phân tán. Các phân tử sinh học và hóa học nhỏ, dưới micron thường mang điện tích bề mặt âm cản trở sự kết tụ và lắng đọng (1a).

Hóa chất đông tụ có thể hấp phụ vào các hạt và trung hòa các điện tích âm. Trung hòa, hoặc đôi khi chuẩn độ đến pH axit, cho phép các hạt dính vào nhau, dẫn đến sự hình thành các hạt đông tụ sub-micron ổn định và lơ lửng được gọi là microflocs (1b).

Trộn nhanh là cần thiết để phân tán thích hợp các hóa chất đông tụ để thúc đẩy va chạm hạt và hình thành cụm (1c). Các hạt nối vẫn còn khá nhỏ và không thể nhìn thấy bằng mắt thường.

Bước 2: Keo tụ

Keo tụ làm tăng kích thước của các cụm đông tụ submicron làm cho chúng dễ tách hơn. Điều này thường đòi hỏi phải trộn nhẹ nhàng và sử dụng chất kết tụ polymer hoặc ion trọng lượng phân tử cao. Chất keo tụ hấp phụ các hạt đông tụ, sửa đổi tính chất bề mặt và thu hẹp khoảng trống để tạo điều kiện cho sự hình thành flocs (2a). Bằng cách đưa các hạt đến gần, phạm vi hiệu quả của lực hút van der Waals được tăng lên, do đó làm giảm hàng rào năng lượng cho quá trình keo tụ. Điều này cho phép hình thành các nhóm flocs đóng gói lỏng lẻo.

Sự kết tụ, liên kết và tăng cường các flocs tiếp tục cho đến khi hình thành macroflocs lơ lửng rõ ràng (2b). Sự lắng đọng sẽ xảy ra với trọng lượng hạt, kích thước và cường độ tương tác phù hợp. Các macroflocs lớn rất nhạy cảm với sự pha trộn, và, một khi chúng bị xé nát bởi lực cắt mạnh, rất khó hoặc không thể để chúng cải cách.

Sự keo tụ xảy ra tự nhiên trong quá trình hình thành bông tuyết và trầm tích dưới biển nhưng cũng được áp dụng có chủ ý trong công nghệ sinh học, dầu mỏ, bột giấy và giấy, nước thải và các ngành công nghiệp khai thác mỏ.  

Tại sao keo tụ lại quan trọng?

Ứng dụng trong công nghiệp

Dược phẩm sinh học
Các tế bào động vật có vú toàn bộ, khả năng sống sót cao thường dễ lọc do kích thước và sự phân bố của chúng. Tuy nhiên, các tế bào vi sinh vật từ hệ thống vi khuẩn và nấm men có các đơn vị tế bào đơn phân nhỏ hơn nhiều. Gánh nặng sinh khối của tế bào vi sinh vật hoặc tế bào động vật có vú có khả năng sống sót thấp và kích thước hạt trung bình nhỏ có thể tạo ra nhiều mảnh tế bào nhỏ, làm tắc nghẽn bộ lọc và làm chậm tốc độ lọc. Keo tụ được sử dụng để giảm tổng số hạt trong khi tăng sự phân bố kích thước hạt, do đó cải thiện quá trình lọc và đảm bảo tách vật liệu tế bào khỏi chất siêu nhiên hiệu quả và tiết kiệm chi phí. Keo tụ cũng có thể được áp dụng nếu nuôi cấy tế bào tạo ra nhiều sản phẩm và / hoặc sản phẩm phụ được biểu hiện trong các cấu trúc tế bào hoặc môi trường vi mô khác nhau của ma trận lên men. Ví dụ bao gồm liên kết màng, không gian liên màng, hoặc biểu hiện supernatant, cũng như các sản phẩm được hấp phụ vào polyme hoặc thậm chí trong một bắt giữ đa pha như nhũ tương. 

Xử lý nước và nước thải
Nước thải có thể chứa một lượng đáng kể các hạt vật chất lơ lửng, thường mất nhiều thời gian để lắng xuống. Xử lý nước keo tụ đẩy nhanh quá trình lắng đọng và đảm bảo tách rắn / lỏng hiệu quả. Khối lượng lớn nước đã qua sử dụng có thể được xử lý nhanh chóng, giảm thiểu tác động môi trường bằng cách giảm lượng thời gian và không gian cần thiết để lưu trữ nước đã qua sử dụng. 

Bột giấy và giấy
Sợi cellulose là một trong những thành phần chính trong bột giấy và giấy, nhưng nó cũng đòi hỏi keo, ngâm tẩm và chất độn để đạt được các đặc tính tấm cần thiết cho một sản phẩm giấy được chấp nhận. Keo tụ thường được áp dụng trong quá trình khử nước để kết hợp sợi, chất độn và các chất phụ gia khác theo cách đảm bảo vật liệu rắn tách ra nhanh chóng và có thể được sản xuất với số lượng lớn. 

Khai thác kim loại quý
Các dòng sản phẩm thường chứa nhiều loại kim loại khác nhau cần được tách ra để có được một sản phẩm nguyên chất. Kết tủa chọn lọc của các kim loại riêng lẻ thường đi kèm với keo tụ và lắng đọng để đảm bảo tách nhanh khỏi chất lỏng còn lại.

Phân tích kích thước hạt để tối ưu hóa quy trình

Những cân nhắc chính cho các quy trình keo tụ hiệu quả

Thông số quy trình và hiệu suất xuôi dòng

Flocculation là một hoạt động đơn vị quan trọng đòi hỏi phải phát triển và tối ưu hóa để chạy hiệu quả. Các cân nhắc chính và các thông số quy trình bao gồm: 

  1. Loại keo tụ hoặc chất đông tụ và nồng độ
  2. Cường độ trộn, ứng suất cắt và thời gian trộn
  3. Tỷ lệ định lượng, vị trí và nhiệt độ 
  4. Nồng độ chất rắn
  5. Kích thước và số lượng hạt
  6. Phân tích hiệu suất xuôi dòng:
    • Tính đầy đủ của keo tụ (động học)
    • Thời gian xử lý và nỗ lực để loại bỏ chất rắn
    • Độ tinh khiết pha lỏng (bao gồm đo chất keo tụ dư)
    • Khả năng lọc và hiệu quả
    • Màng lọc đột phá của các mảnh vụn hoặc sản phẩm phụ

Chất lỏng trong keo tụ

Chất keo tụ, chất đệm và chất hoạt động bề mặt

Bổ sung keo tụ
Keo tụ chủ yếu được thúc đẩy bởi loại và liều lượng của các tác nhân hóa học được thêm vào để bắt đầu đông máu và keo tụ hạt. Trình điều khiển thứ cấp bao gồm các thông số vật lý truyền thống hơn (ví dụ: trộn, nhiệt độ, v.v.). Đặc tính của độ ổn định keo tụ lỏng, động học trộn, tính đồng nhất và nồng độ cuối cùng cũng quan trọng trong quá trình mô tả đặc tính quá trình như trong các mục tiêu kỹ thuật hạt rõ ràng hơn (ví dụ: phân bố và đếm kích thước hạt). Các chất keo tụ hoặc tá dược được thêm vào cũng nên được đặc trưng cho tác động của chúng đối với kết quả keo tụ, cũng như động học quá trình và ý nghĩa quy định. 

Quang phổ ATR-FTIRRaman tại chỗ là các phương pháp đa thuộc tính mạnh mẽ có thể đồng thời theo dõi và định lượng nhiều chất keo tụ hoặc tá dược trong thời gian thực. Kết hợp dữ liệu quang phổ này với thông tin về phân bố hạt và động học có thể giúp xác định lượng chất keo tụ lý tưởng và thường là tối thiểu cần thiết, giảm thiểu gánh nặng cho việc loại bỏ hạ lưu. Chất đệm và chất hoạt động bề mặt cũng có thể được mô tả và kiểm soát chính xác trong thời gian thực.

Loại bỏ keo tụ
Quyết định bao gồm keo tụ trong một quy trình đi kèm với sự đánh đổi đáng kể của yêu cầu hạ nguồn để loại bỏ hoàn toàn chất keo tụ, chất hoạt động bề mặt hoặc chất trung gian quy trình bổ sung. Yêu cầu này thường dẫn đến thời gian xử lý bổ sung và các phương pháp phân tích bổ sung cần thiết để định lượng hoặc xác minh sự vắng mặt của bất kỳ tá dược xử lý bổ sung nào. Như vậy, thuận lợi là giảm thiểu lượng chất keo tụ, chất đông tụ, chất hoạt động bề mặt hoặc các thành phần khác được thêm vào.

Khi các phương pháp nội tuyến như quang phổ ATR-FTIR hoặc quang phổ Raman được tích hợp trước và sau khi sắc ký, các phép đo chuyển khối lượng định lượng của sản phẩm, chất keo tụ và tá dược cũng có thể được xác định.  Điều này có thể phục vụ như là một bổ sung tiềm năng cho các phương pháp phân tích ngoại tuyến.

Động học vỡ Floc
Máy phân tích kích thước hạt tại chỗ cho thấy flocs phát triển đầy đủ và vỡ floc trở thành quá trình chiếm ưu thế
Cách chọn chất keo tụ tốt nhất
Hỗ trợ ứng dụng keo tụ
dụng cụ phòng thí nghiệm keo tụ

công cụ keo tụ đo kích thước hạt

Máy phân tích kích thước hạt - PVM®

Người xem™ dễ dàng

Chụp ảnh độ phân giải cao của các hạt tại chỗ để có được sự hiểu biết sâu sắc về quy trình cho các hệ thống phức tạp. Xem thêm

máy phân tích kích thước hạt FBRM keo tụ

Máy phân tích kích thước hạt - FBRM®

ParticleTrack™

Được đưa trực tiếp vào lò phản ứng trong phòng thí nghiệm để theo dõi sự thay đổi kích thước hạt và đếm trong thời gian thực ở nồng độ quy trình đầy đủ. Xem thêm

Lò phản ứng quy mô phòng thí nghiệm để keo tụ

Lò phản ứng tổng hợp hóa học

EasyMax™

Tăng năng suất trong phòng thí nghiệm của bạn với các lò phản ứng tổng hợp hóa học có các công cụ tự động hóa tích hợp. Xem thêm

Phần mềm mô hình hóa và mô phỏng cho keo tụ

Mô hình phản ứng hóa học

Bộ™ mở rộng quy mô

Ước tính các thông số động học và trong mô hình mô phỏng để phát triển các điều kiện phản ứng tối ưu. Xem thêm

Phần mềm keo tụ

Lò phản ứng và điều khiển PAT

Bộ™ iC

Một cách tiếp cận thống nhất hỗ trợ các ứng dụng từ phòng thí nghiệm đến nhà máy cho quang phổ, đặc tính hệ thống hạt, điều khiển lò phản ứng chính xác và đo nhiệt lượng. Xem thêm

Trích dẫn và tài liệu tham khảo

Hỏi đáp

Các câu hỏi thường gặp về keo tụ

Định nghĩa của keo tụ là gì?

Keo tụ là một quá trình mà các hạt nhỏ trong chất lỏng kết hợp với nhau để tạo thành các khối lớn hơn, vón cục được gọi là flocs. Điều này có thể xảy ra tự nhiên hoặc thông qua việc bổ sung một số hóa chất gọi là chất keo tụ. Trong keo tụ tự nhiên, các hạt nhỏ trong chất lỏng có thể kết hợp với nhau do nhiều yếu tố như trọng lực, chuyển động Brown hoặc lực tĩnh điện. Khi các hạt này va chạm và dính vào nhau, chúng bắt đầu tạo thành các khối lớn hơn mà cuối cùng có thể lắng xuống khỏi chất lỏng.

Keo tụ cũng có thể được gây ra thông qua việc bổ sung các chất keo tụ, là những chất thúc đẩy sự hình thành các flocs. Những hóa chất này hoạt động bằng cách trung hòa các điện tích trên bề mặt của các hạt, khiến chúng thu hút nhau và tạo thành các cụm lớn hơn. Chất keo tụ thường được sử dụng trong xử lý nước thải, khai thác mỏ và các ngành công nghiệp khác, nơi việc tách chất rắn khỏi chất lỏng là cần thiết. Một khi các flocs đã hình thành, chúng có thể được tách ra khỏi chất lỏng thông qua nhiều phương pháp khác nhau, chẳng hạn như lắng đọng, lọc hoặc ly tâm. Chất lỏng thu được thường rõ ràng hơn và dễ xử lý hơn nhiều so với trước khi keo tụ.

Keo tụ trong xử lý nước là gì?

Quá trình đông tụ-keo tụ thường được sử dụng trong xử lý nước thải để loại bỏ độ đục và vi khuẩn. Keo tụ khuyến khích các hạt lơ lửng liên kết với nhau và tạo thành các hạt lớn, kết tụ được gọi là "flocs". Những flocs này dễ dàng nổi lên bề mặt hoặc trầm tích ở phía dưới, cung cấp một phương tiện hiệu quả và tiết kiệm chi phí để tăng tốc độ tách của chúng.

Sự khác biệt giữa đông máu và keo tụ là gì?

Đông tụ và keo tụ là hai quá trình riêng biệt được sử dụng lần lượt để khắc phục các lực giữ cho các hạt lơ lửng ổn định. Các điện tích của các hạt được trung hòa bằng cách đông máu, nhưng chúng có thể liên kết với nhau và phát triển bằng cách keo tụ, giúp loại bỏ chúng khỏi chất lỏng dễ dàng hơn. Đọc thêm về keo tụ và đông máu.

Hệ thống treo keo tụ là gì?

Huyền phù keo tụ đề cập đến hỗn hợp hoặc sự phân tán của các hạt rắn trong chất lỏng nơi các hạt đã kết hợp với nhau và tạo thành các cụm hoặc cốt liệu lớn hơn gọi là flocs. Các floc này được giữ lại với nhau bởi các lực vật lý yếu, chẳng hạn như lực van der Waals hoặc bắc cầu giữa các hạt, thay vì được phân bố đồng đều trong toàn bộ chất lỏng. Sự hình thành các bông trong huyền phù dẫn đến sự lắng hoặc tách các hạt rắn, giúp chúng dễ dàng loại bỏ hoặc lọc khỏi pha lỏng. Keo tụ thường được sử dụng trong các ngành công nghiệp khác nhau, bao gồm xử lý nước thải, khai thác mỏ và xử lý hóa chất, để tạo điều kiện thuận lợi cho việc tách và làm rõ chất rắn lơ lửng từ chất lỏng.