A aplicação de floculantes no tratamento moderno de água é muito comum. No entanto, muitos pares não compreendem completamente o mecanismo de ação dos floculantes ou têm uma compreensão relativamente unilateral. Este artigo analisará o mecanismo de ação dos floculantes — explicando exatamente qual é a diferença entre floculantes e coagulantes!

I. Coagulação

Coagulação: refere-se principalmente ao processo de desestabilização coloidal e à formação de pequenos agregados. Os mecanismos de ação da coagulação são geralmente explicados por quatro teorias: compressão da camada dupla de elétrons, neutralização da carga de adsorção, ponte de adsorção e captura/varredura de rede.

1. Compressão da Dupla Camada

De acordo com a teoria DLVO, quando um eletrólito contendo íons positivos de alta valência é adicionado, os íons positivos de alta valência entram na superfície das partículas coloidais por meio da atração eletrostática, substituindo os íons positivos de baixa valência originais. Desta forma, a camada dupla permanece eletricamente neutra, mas o número de íons positivos diminui, o que significa que a espessura da camada dupla torna-se mais fina e o potencial ζ na superfície deslizante das partículas coloidais diminui.

Quando o potencial ζ cai para 0, é chamado de estado isoelétrico, ponto no qual a barreira de repulsão desaparece completamente. Quando o potencial ζ cai para um certo valor tal que a barreira de energia Emax na curva de energia potencial total das partículas coloidais é 0, as partículas coloidais se agregam. Este potencial ζ é chamado de potencial crítico ζk.

2. Neutralização de carga de adsorção

A superfície das partículas coloidais adsorve íons de sinais opostos, partículas coloidais de sinais opostos ou polímeros com cargas opostas, neutralizando assim parte da carga transportada pelas próprias partículas coloidais, reduzindo a atração eletrostática entre as partículas coloidais e tornando-as mais fáceis de agregar e sedimentar. As forças motrizes incluem atração eletrostática, ligações de hidrogênio, ligações coordenadas e forças de Van der Waals. Isto pode explicar o fenômeno de reestabilização de partículas coloidais no tratamento de água.

3. Ponte de Adsorção

Partículas coloidais em um sistema disperso são conectadas por pontes através da adsorção de substâncias poliméricas orgânicas ou inorgânicas, agregando-se em grandes aglomerados e desestabilizando para sedimentação. Isto é dividido em pontes de polímero de cadeia longa e pontes de curta distância. Existem três tipos:

• Ponte entre partículas coloidais e substâncias poliméricas sem carga, envolvendo forças de adsorção, como forças de Van der Waals, ligações de hidrogênio e ligações coordenadas.

• Ponte entre partículas coloidais e substâncias poliméricas com cargas opostas, envolvendo neutralização de carga além de forças de Van der Waals, ligações de hidrogênio e ligações coordenadas.

• Ponte entre partículas coloidais e substâncias poliméricas com a mesma carga, através do efeito "patch eletrostático".

4. Captura e varredura com rede

Coagulantes como sais de alumínio e sais de ferro adicionados à água formam uma grande quantidade de precipitados de óxido metálico hidratado com estruturas tridimensionais após a hidrólise. Quando esses volumes de óxido metálico hidratado se contraem e assentam, eles capturam e varrem partículas coloidais e partículas de matéria suspensa na água como uma rede. A captura e a varredura com rede são principalmente uma ação mecânica.

II. Floculação

Floculação: Floculação refere-se principalmente ao processo no qual colóides desestabilizados ou minúsculos sólidos suspensos se agregam em grandes flocos.

1. Floculação Pericinética: Colisão e agregação de partículas coloidais causadas pelo movimento browniano. O movimento browniano enfraquece gradualmente à medida que o tamanho da partícula aumenta. Quando o tamanho da partícula atinge uma certa dimensão, o movimento browniano não desempenha mais um papel.

2. Floculação Ortocinética: Colisão e agregação de partículas coloidais impulsionadas por força externa. Partículas coloidais movem-se em uma determinada direção sob a ação de uma força externa. Devido à diferença de velocidade entre as diferentes partículas coloidais, a colisão e a agregação das partículas são concluídas.

III. Coagulação

A coagulação inclui tanto a ação de desestabilização quanto a ação de agregação. É o termo geral para os dois processos. É o processo de agregação de partículas coloidais e minúsculos sólidos suspensos na água.

Em outras palavras, “Coagulação” abrange todo o processo, desde a adição de produtos químicos à água bruta até a mistura da água, reação química e, finalmente, até a formação de grandes flocos de partículas. Enquanto "Floculação" se refere ao estágio desde a formação de pequenos flocos até a formação de grandes flocos após as partículas coloidais serem desestabilizadas.

4. Distinção entre Floculação e Coagulação

A distinção e definição dos nomes dos floculantes são muito claras, com base no papel principal que desempenham nas aplicações práticas. Aqueles que desempenham um papel na desestabilização do colóide são chamados coagulantes; aqueles que desempenham um papel na agregação de colóides desestabilizados ou minúsculos sólidos suspensos são chamados floculantes; e aqueles que desempenham um papel na desestabilização do colóide e na agregação de colóides desestabilizados em grandes partículas são chamados coagulantes.

Por exemplo, floculantes de polímeros inorgânicos, como PAC e PFS, geralmente desempenham um papel na desestabilização do colóide na coagulação-sedimentação, portanto, neste contexto, PAC e PFS deveriam ser chamados coagulantes. No entanto, quando os flocos de lama são pobres e PAC ou PFS são adicionados para aumentar a floculação, utilizando o seu efeito de ponte para flocular a lama desintegrada em conjunto, eles desempenham um papel de floculação e são definidos como floculantes. O PAM tem efeitos de neutralização de carga e de captura de rede, e também atua como floculante, por isso é geralmente chamado de coagulante.

Em muitos contextos internacionais, os nomes não são tão claramente distinguidos e geralmente são chamados apenas de floculantes. Na prática, o pessoal de tratamento de água também os chama geralmente de floculantes, sem distinção especial. Além disso, não há necessidade de distingui-los com muita clareza; um nome é apenas um título, e se todos estão acostumados a chamá-los assim, não há nada de errado com isso.

V. Solução de monitoramento digital YexSensor para sistemas de dosagem

VI. Perguntas frequentes (FAQ)

Q1: Por que é importante para um integrador de sistemas distinguir entre floculação pericinética e ortocinética?
   R: O pericinético é molecular e não pode ser controlado. A ortocinética é mecânica; os integradores devem projetar a velocidade de agitação e os tipos de pás para corresponder à taxa de fluxo, garantindo que as partículas colidam sem quebrar os flocos.

Q2: Como o potencial ζ se relaciona com a seleção do sensor?
   R: Embora os medidores de potencial zeta sejam baseados em laboratório, o resultado é refletido na turbidez. O YEX-ZS-206 da YexSensor pode detectar o início de uma coagulação bem-sucedida monitorando a formação inicial de pequenos agregados na zona de mistura.

Q3: O PAC e o PAM podem ser adicionados ao mesmo ponto?
   R: Não. Em um sistema integrado, o PAC requer mistura em alta velocidade para rápida dispersão e desestabilização, enquanto o PAM requer mistura em baixa velocidade para evitar que os polímeros de cadeia longa sejam separados.

Q4: Qual é o risco de “sobredosagem” num sistema de coagulação?
   R: A dosagem excessiva pode causar reversão de carga, levando à reestabilização de partículas coloidais. O feedback de turbidez em tempo real evita esse desperdício e falha do sistema.

Q5: Por que usar sensores RS485 Modbus RTU para controle de dosagem?
   R: Motores de alta potência e bombas dosadoras criam EMI significativa. Os sinais digitais são mais robustos que 4-20mA, garantindo que o PLC receba dados precisos para o circuito de dosagem PID.

P6: A captura com rede é eficaz para todos os tipos de água?
   R: É mais eficaz quando a concentração de partículas coloidais é alta. Em águas de baixa turbidez, é mais difícil formar uma “rede”, então o mecanismo muda mais para a neutralização da carga de adsorção.

Q7: Como os produtos YexSensor lidam com a alta viscosidade do PAM concentrado?
   R: Sensores como o YEX-ZS-206 são projetados com proteção IP68 e limpadores mecânicos automáticos que limpam periodicamente a janela óptica, evitando o acúmulo de PAM e desvios de medição.

Q8: “Coagulação” refere-se aos produtos químicos ou ao equipamento?
   R: No contexto de um projeto, geralmente se refere a todo o processo unitário, incluindo os produtos químicos, os misturadores rápidos e os tanques de floculação de baixa velocidade.

VII. Conclusão

Concluindo, o aparecimento de resíduos industriais de alta turbidez é uma manifestação externa de grave desequilíbrio ecológico. Quer você chame isso de coagulação ou floculação, o objetivo é estabilizar o sistema e remover poluentes. Ao compreender esses mecanismos e implantar sistemas de alta precisão Sensor Yex ferramentas de monitoramento, os integradores de sistemas podem garantir o sucesso do tratamento de água de forma eficiente, econômica e de longo prazo.

Consultas do projeto:
       Para obter dados técnicos detalhados sobre nossos sensores de turbidez RS485 ou suporte para integração do sistema de dosagem, entre em contato com o Departamento de Engenharia da YexSensor.