Flocculazione e coagulazione: cosa sono e come funzionano questi processi?

alicja_kapiszka
Autore
mgr inż. Alicja Kapiszka
22.02.2024
Flocculazione e coagulazione: cosa sono e come funzionano questi processi?
Sintesi
Indice
  • La flocculazione e la coagulazione sono processi che consentono la precipitazione di particelle fini sospese in una miscela, come ad esempio le particelle di inquinamento.
  • Questi fenomeni sono utilizzati nella depurazione di acque reflue, miscele o acqua, oltre che nei processi produttivi.
  • Come coagulanti e flocculanti si utilizzano sia composti inorganici che organici.
  • Nei processi di coagulazione e flocculazione, è importante la selezione della sostanza chimica appropriata che facilita questi fenomeni, nonché l’impostazione di condizioni di processo specifiche.

La flocculazione e la coagulazione sono fenomeni utilizzati, tra l’altro, nei processi di depurazione delle acque. Consentono di combinare le particelle sospese nell’acqua in aggregati più grandi, rendendo possibile la loro precipitazione e filtrazione. Scoprite come funzionano questi processi, come si differenziano e quali composti chimici vengono utilizzati come coagulanti e flocculanti.

Cosa sono la coagulazione e la flocculazione dell’acqua?

I processi di coagulazione e flocculazione si applicano alle sospensioni e ai colloidi, cioè ai sistemi in cui una sostanza è dispersa in un’altra. La coagulazione consente la precipitazione di uno di questi composti sotto forma di aggregati che formano una fase continua. Può trattarsi di sedimenti, gel o pasta. La flocculazione, invece, permette a questi aggregati, cioè particelle solide raggrumate, di combinarsi in strutture ancora più grandi, che possono essere facilmente rimosse dalla soluzione. Entrambi i processi sono utilizzati nel trattamento delle acque reflue, dove vengono sottoposti dopo una pulizia meccanica preliminare. La coagulazione e la successiva flocculazione costituiscono metodi chimici di purificazione dell’acqua, che consentono di rimuovere le particelle inquinanti più grandi attraverso la filtrazione o la sedimentazione.

Qual è il meccanismo della coagulazione e della flocculazione?

Il fenomeno della coagulazione può essere indotto dall’aggiunta di alcuni composti chimici, come elettroliti o cariche, nonché dalla temperatura e da altri fattori esterni, come il pH, che accelerano il movimento delle particelle e ne facilitano la collisione. Pertanto, il processo di coagulazione è supportato dalla miscelazione, dalla centrifugazione e dall’azione degli ultrasuoni sulla miscela.
Durante la coagulazione, si verifica la destabilizzazione delle particelle inquinanti, che si combinano in cosiddetti microaggregati. I coagulanti, sostanze che stimolano l’aggregazione delle particelle fini, spesso mirano ad adsorbire la loro superficie e a neutralizzare la loro carica superficiale negativa, che impedisce la combinazione delle particelle e la formazione di sedimenti. I microaggregati risultanti sono ancora poco visibili a occhio nudo e i sedimenti formati si disperdono.

Per facilitare la precipitazione e la sedimentazione dei sedimenti o la creazione di aggregati più grandi per la loro cattura e filtrazione efficace, si applica successivamente il processo di flocculazione. I flocculanti, che facilitano questo fenomeno, favoriscono la fusione dei microaggregati in strutture più grandi. Spesso chiamati “flocculi”, questi sono visibili a occhio nudo e precipitano più facilmente come sedimenti, quindi possono essere catturati dai filtri. I flocculanti sono spesso sostanze polimeriche che adsorbono le particelle coagulanti, modificano le proprietà della loro superficie, stimolano l’avvicinamento delle particelle, riempiono gli spazi tra di esse e, attraverso legami chimici, solitamente legami idrogeno, formano macroaggregati. Queste strutture sono di solito visibili a occhio nudo e impacchettate in modo lasco, si rompono facilmente sotto l’influenza di un forte mescolamento. Un esempio di flocculazione naturale è la combinazione di fiocchi di neve in forme più grandi.

Quali sono i composti utilizzati come flocculanti e coagulanti?

I coagulanti inorganici più comunemente utilizzati sono i cationi trivalenti, come i composti di ferro o alluminio. Sono molto più efficaci nello stimolare la coagulazione rispetto agli ioni divalenti. Quando li si usa, è importante assicurare il pH appropriato della soluzione aggiungendo acido o base. Per gli ioni ferrosi, il pH ottimale è superiore a 5, mentre per gli ioni di alluminio è compreso tra 6 e 7,4. A volte vengono utilizzati anche coagulanti organici – polielettroliti cationici, il cui vantaggio è una quantità significativamente minore di sedimenti risultanti.

I flocculanti utilizzati sono composti polimerici. Possono essere composti organici (ad esempio, gelatina o amido), inorganici (ad esempio, silice attivata) o sintetici, come poliacrilammidi, ossido di polietilene o alcool polivinilico. La scelta del flocculante appropriato dipende dall’effetto desiderato. I flocculanti anionici sono utilizzati per le sospensioni a reazione alcalina o neutra, mentre quelli cationici per quelle a reazione acida. L’uso di flocculanti sintetici consente di ridurre la quantità di sedimenti e il loro consolidamento.

Cosa considerare quando si effettua la coagulazione e la flocculazione?

Quando si utilizzano la coagulazione e la flocculazione nei processi tecnologici, è importante non solo selezionare il composto chimico appropriato per il processo, ma anche considerare una serie di altri fattori importanti. L’efficienza e l’efficacia del processo, che richiede un’adeguata ottimizzazione, sono fondamentali. È necessario scegliere non solo il giusto tipo di coagulante o flocculante, ma anche la sua concentrazione. È importante il tipo di particelle solide presenti nella soluzione, la loro dimensione, il numero e la concentrazione. Nel processo di coagulazione e flocculazione, sono importanti anche la velocità di dosaggio dei coagulanti e dei flocculanti, la temperatura e l’intensità della miscelazione. Una miscelazione lenta favorisce questi processi, mentre una miscelazione troppo intensa può portare alla disintegrazione degli aggregati formatisi in seguito alla flocculazione. È inoltre necessario pianificare il processo di rimozione del coagulante o del flocculante dal prodotto finale. Presso il negozio Foodcom è possibile trovare diversi tipi di coagulanti e flocculanti, insieme ad altri additivi utilizzati nei processi tecnologici. In questo modo è possibile selezionare i composti appropriati per l’applicazione di interesse.

Applicazioni di flocculanti e coagulanti

La coagulazione e la flocculazione sono applicate in molti processi tecnologici in cui è necessario purificare o chiarificare una soluzione, nonché ottenere una miscela colloidale specifica. L’applicazione principale di questi processi è il trattamento delle acque reflue attraverso la precipitazione dei sedimenti.

Trattamento delle acque reflue e depurazione delle acque

Nel processo di trattamento delle acque reflue, la coagulazione e la flocculazione svolgono un ruolo importante nel far precipitare e filtrare le particelle inquinanti in sospensione. Vengono utilizzati anche per purificare l’acqua delle piscine e per la sua chiarificazione, spesso insieme all’ipoclorito di sodio utilizzato per la disinfezione dell’acqua. I coagulanti e i flocculanti possono essere utilizzati anche per purificare l’acqua dai residui di pittura o di vernice, che precipitano sulla superficie dell’acqua, consentendone una facile filtrazione.

Biotecnologia e farmacologia

I processi di coagulazione e flocculazione sono ampiamente utilizzati nei processi biotecnologici, ad esempio nella produzione di biofarmaci. Vengono utilizzati, tra l’altro, per separare la massa cellulare dei microrganismi che producono sostanze attive dai prodotti del loro metabolismo e dalle impurità che ne derivano. In molti prodotti, la flocculazione consente anche la separazione di singoli composti. La flocculazione viene applicata anche nella diagnostica di laboratorio, in particolare negli studi sul plasma sanguigno.

Altri processi tecnologici

La flocculazione è ampiamente utilizzata nelle biotecnologie, nell’industria della pasta di legno e della carta, nell’industria alimentare, nonché nell’industria mineraria, metallurgica e petrolifera. Questo processo è utilizzato anche in altri processi tecnologici in cui è necessario isolare le particelle presenti in forma colloidale, come la rimozione di emulsioni, sospensioni o metalli. In metallurgia, i processi di coagulazione e flocculazione consentono la precipitazione selettiva di singoli metalli, facilitandone il recupero. Il fenomeno della coagulazione viene applicato anche nella produzione di polimeri, plastiche o vernici. La coagulazione può anche portare alla formazione di varie paste e gel, nonché di materiali solidi, che trovano applicazione, ad esempio, nell’edilizia (produzione di calcestruzzo o cemento) e nella produzione di ceramica. La coagulazione delle proteine, invece, è utilizzata nell’industria lattiero-casearia per la produzione di yogurt, formaggi e birra. Nella produzione della carta, la flocculazione consente di disidratare il prodotto e di combinare le fibre di cellulosa con gli additivi, ottenendo così la carta.

Come possiamo vedere, i processi di coagulazione e flocculazione sono ampiamente utilizzati in molti settori diversi: sia per la purificazione di miscele, prodotti, acque reflue e acqua, sia per la produzione nell’industria alimentare, nella biotecnologia, nella metallurgia, nella produzione di carta e nella medicina. In ogni caso, è importante avere una buona conoscenza della miscela da sottoporre al processo di coagulazione o flocculazione, nonché selezionare correttamente il composto utilizzato e le condizioni del processo.

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