enve-muhammed.blogspot.com

Hindistan Teknoloji Enstitüsü (IIT), Kanpur,

Mühendislik Fakültesi,

Su ve Atık Su Mühendisliği Dersi, 7

Ders 7: Pıhtılaştırma – Yumaklaştırma Teorisi

Kolloit Maddelerin Genel Özellikleri

Pıhtılaştırma ve Yumaklaştırma

Elektriksel Çift Tabaka

Kolloidal Dağılımın Kararsızlaştırılması

Kolloidal Maddelerin Genel Özellikleri

1. Kolloidal tanecikler çok küçük oldukları için yüzey alanları ağırlıklarına oranla çok büyüktür.

2. Elektriksel özellikleri: Tüm kolloidal tanecikler elektriksel olarak yüklüdürler. Eğer doğru akım

kaynağından elektrotlar kolloidal ayrılma için yerleştirilirlerse, tanecikler ters yük kutbuna

doğru hareket ederler.

3. Kolloidal tanecikler ayrılma ortamı molekülleri tarafından sıkıştırıldıkları için sabit bir hareket

içindedirler. Bu hareket Brown Hareketi olarak bilinir.

4. Tyndall Etkisi: Işığın kolloit içindeki parçacıklardan saçılmasıdır. Tyndall etkisi, ısıtma gibi

yollarla geri çevrilebilirdir (reversible), sudaki organikler örnek olarak verilebilir.

5. Adsorpsiyon (Yüzeyde Tutma): Kolloitlerin büyük yüzey alanları vardır ve bu nedenle

adsorpsiyon için çok fazla aktif yüzey alanına sahiptirler. Kolloitlerin kararlılığı temel olarak

iyonların tercihli adsorpsiyonlarından kaynaklanır.

2 çeşit kolloit mevcuttur:

i. Liyofobik (sıvı-sevmez) kolloitler: çözücü (solvent) ortamında erime eğilimi

göstermezler. Bunlar geri çevrilemezdir(irreversible), inorganik kolloitler, metal

halojen tuzları örnek olarak verilebilir.

ii. Liyofilik (sıvı-sever) kolloitler: çözücü ortamda erime eğilimi gösterirler. Isıtma yoluyla

geri çevrilebilirler.

Pıhtılaştırma ve Yumaklaştırma

Kolloidal tanecikleri sudan ayırmak zordur çünkü yerçekimi ile çökelmezler ve filtre tarafından

tutulamayacak kadar küçük boyuttadırlar.

Giderilebilmeleri için bir araya getirilmeleri ve boyutlarının büyütülmesi gerekir.

Kolloidal taneciklerin bir araya getirilmesi iki ayrı adımı kapsamaktadır:

1. Tanecikler arası çarpışma etkisi için tanecik taşıma.

2. Temas sağlandığında bağlanmayı gerçekleştirebilmek için tanecik kararsızlaştırma.

Taşıma adımı yumaklaştırma (flokulasyon) olarak bilinirken, kararsızlaştırma ve taşıma proseslerinin

tamamı pıhtılaştırma (koagulasyon) olarak adlandırılır.

enve-muhammed.blogspot.com

Elektriksel Çift Tabaka

Suyu sevmeyen kolloitler elektriksel yüke sahip olsa da bir kolloidal ayrışma net elektriksel yüke sahip

değildir. Kolloidal ayrışmadaki yayılma tabakası, tanecik üzerindeki elektriksel yükü dengelemeye

yetecek miktarda karşı iyon içerir. Eksi yükle yüklenmiş yayılma tabakasındaki yük dağılımı şekildeki

ABCD eğrisi ile temsil edilebilir. Bu elektronötralite ile ilişkili iyonlar elektriksel çift tabakayı meydana

getirecek şekilde dizilmişlerdir.

Ion Concentration: İyon Konsantrasyonu Distance From Surface: Yüzeyden Uzaklık

Co-Ions: Yardımcı İyonlar Counter Ions: Karşı İyonlar

Net itme kuvveti, bir araya getirme başlamadan önce aşılması gereken enerji bariyeri olarak

düşünülebilir. Enerji bariyerinin büyüklüğü (1) tanecik üzerindeki yüke, ve (2) suyun iyonik bileşimine

bağlıdır.

Double Layer Repulsion: Çift Katmanlı İtme Particle Seperation: Tanecik Ayrılması

Vander Waals Attraction: Vander Waals Çekimi Resultant: Sonuç

Kolloidal Dağılımın Kararsızlaştırılması

Tanecik kararsızlaştırma (destabilizasyon) dört şekilde gerçekleştirilebilir:

Ortam karakteristiğinin değiştirilmesi – Çift Tabakanın Sıkıştırılması

Kolloit tanecik karakteristiğinin değiştirilmesi – Adsorpsiyon ve Yük Nötralizasyonu

Köprü sağlanması –

1. Çökeltide Yakalama

2. Adsorpsiyon ve Tanecikler Arası Köprü

enve-muhammed.blogspot.com

Çift Tabakanın Sıkıştırılması

Kolloidal sistemler, kolloitin sahip olduğu yükün zıttı yüke sahip iyonlar ilave edilerek

kararsızlaştırılabilirler. İyonların değerlik elektron oranları 1, 2 ,3 şeklinde artarken pıhtılaştırabilme

kuvveti 1:10:1000 oranıyla artar. Bu durum Schulze – Hardy kuralı olarak bilinir.

Adsorpsiyon ve Yük Nötralizasyonu

Bazı kimyasal türler kolloidal taneciklerin yüzeyinde tutulabilirler. Eğer yüzeyde tutulan (adsorbe

edilen) türler kolloitin yüküne zıt olan yüke sahiplerse adsorpsiyon yüzey potansiyelinde azalmaya ve

kolloidal taneciğin kararsızlaştırılmasına sebep olur. Adsorpsiyon ile yüzey yükünün azaltılması çift

katmanlı sıkıştırma ile azaltmadan çok farklı bir mekanizmadır.

1. Tutulabilir (sorbable) türler, tutulabilir olmayan (nonsorbable) türlerin çift katmanlı sıkıştırma

iyonlarından çok daha düşük dozlarla kolloitleri kararsızlaştırabilirler.

2. Adsorpsiyon ile kararsızlaştırma stokiyometriktir (kimyasal orantılıdır). Bu sebeple, kolloit

konsantrasyonu arttıkça gerekli pıhtılaştırıcı (koagulant) dozajı da artar.

3. Yüzeyde tutulabilir (adsorbable) türlerin doz aşımı ihtimali vardır bu durum kolloidal

taneciklerin yüklerinin tersine çevrilmesi neticesinde yeniden kararlı duruma geçmelerine

(restabilizasyon) neden olur.

Çökeltide Yakalama

Eğer suya ya da atık suya belli metal tuzları yeterli miktarda atılırsa, hızlı bir çökelme gerçekleşecektir.

Kolloitler bu çökeltiler için bir yoğunlaşma çekirdeği görevi görürler ya da çökmüş çökeltileri

yakalayabilirler. Kolloitlerin bu yolla giderilmesi sıklıkla süpürme flok pıhtılaştırması (sweep-floc

coagulation) şeklinde ifade edilir. Süpürme flok pıhtılaştırmasını çift tabakanın sıkıştırılmasından

ayıran birkaç karakteristik vardır.

1. Giderilmek istenen kolloit konsantrasyonu ile optimum pıhtılaştırıcı dozajı arasında ters

orantı mevcuttur. Düşük kolloit konsantrasyonlarında yeterli çökelmeyi sağlayabilmek için

çok fazla miktarda pıhtılaştırıcı (koagulant) kullanmak gerekir. Yüksek kolloit

konsantrasyonlarında, kolloitler çekirdek vazifesi görerek çökelti oluşumunu

arttıracaklarından daha az kimyasal gerekli olacaktır.

2. Optimum pıhtılaştırıcı şartları minimum zeta potansiyeline karşılık gelmez fakat

pıhtılaştırıcının çözünürlük – pH ilişkisine dolayısıyla pH’a bağlıdırlar.

Adsorpsiyon ve Tanecikler Arası Köprü

Birçok farklı doğal bileşik örneğin nişasta, selüloz, polisakkarit reçineler, proteinli materyaller yanı sıra

çok çeşitli sentetik polimerik bileşikler etkili pıhtılaştırıcılar olarak bilinirler. Araştırmalar

göstermektedir ki, hem pozitif hem de negatif polimerler kolloidal maddelerin kararsızlaştırılmasında

etkindirler.

enve-muhammed.blogspot.com