|
|
 |
| |
Filtracja (sączenie) - metoda oddzielania substancji stałych od cieczy i gazów, poprzez mechaniczne zatrzymanie jednego ciała stałego w przegrodach porowatych (filtrach) przy użyciu odpowiednich aparatów. Ciecz lub gaz otrzymywane po filtracji nazywa się filtratem. Filtracja jest najczęściej stosowanym sposobem oddzielania ciał stałych od cieczy.
W technologi uzdatniania wody wykorzystuje się naturalne procesy zachodzące w przyrodzie z bardzo dużym przyśpieszeniem:
* cedzenie
* sedymentacja
* flokulacja
* kohezja
* adhezja
* dyfuzja
* adsorpcja
* oddziaływanie elektrostatyczne.
Sedymentacja (łac. sedimentum = osad) - proces opadania zawiesiny ciała stałego w cieczy w wyniku działania siły grawitacji lub sił bezwładności. Sedymentacji ulegają zawiesiny o gęstości większej niż gęstość cieczy. Sedymentacja prowadzi więc do rozdziału substancji niejednorodnych, a kryterium podziału jest gęstość.
Sedymentacja oraz różnice w zachodzeniu procesu dla różnych substancji, to bardzo ważny proces w geologii, w jego wyniku zachodzi gromadzenie się oraz rozdzielanie produktów wietrzenia skał, szczątków organicznych, materiałów piroklastycznych itp. wszelkich składników powstałych na w powierzchniowej strefie Ziemi na drodze mechanicznej, chemicznej lub biochemicznej.
Wiatr, spływające po powierzchni Ziemi wody opadowe i źródlane są czynnikiem, który ługuje, spłukuje, mechanicznie transportuje produkty wietrzenia. Działanie tych czynników jest tak silne, że produkty wietrzenia ulegają im w przeważającej części. Są one przenoszone i osadzane w innych miejscach. W ten sposób powstają utwory osadowe (sedymentacyjne), wśród których wyróżnia się osady mechaniczne i chemiczne. Szczególną grupę stanowią osady organogeniczne, do których powstania materiału dostarcza świat żyjący.
Proces sedymentacji jest kluczowy np.
* w procesie geologicznym przy tworzeniu się skał osadowych,
* w oczyszczaniu ścieków,
* w filtracji,
* przy fermentowaniu,
* proces ten przydatny jest również przy oczyszczaniu oleju posmażalniczego ze znajdujących się w nim cząstek, np. w filtrach bezwładnościowych.
Flokulacja - jest to końcowy etap niektórych rodzajów koagulacji t.j. wypadania osadu z koloidów. Dokładnie jest to proces tworzenia się wiązań chemicznych między micelami, na skutek czego micele łączą się w duże agregaty, które w widoczny sposób wypadają z mieszaniny tworząc osad lub mętną zawiesinę.
Czasami, np. przy termicznej koagulacji białek, flokulacja zachodzi całkowicie spontanicznie. W wielu procesach technologicznych flokulacja jest celowo inicjowana poprzez dodanie do koloidu związku chemicznego zdolnego do tworzenia wiązań chemicznych między micelami. W przemyśle flokulację uzyskuje się bardzo często poprzez stosowanie polimerów o niezbyt wysokiej masie cząsteczkowej (oligomerów), posiadających zdolność tworzenia wiązań wodorowych z micelami.
W przemyśle, flokulacja poprzedza zwykle proces oczyszczania przez sedymentację lub filtrację. Flokulację stosuje się m.in przy oczyszczaniu ścieków, a także w w procesach technologicznych, w których istnieje potrzeba szybkiego wyodrębnienia produktów zawieszonych koloidach.
Adhezja wynika z oddziaływań międzycząsteczkowych stykających się substancji. Granicznym przypadkiem odróżniającym adhezję od reakcji chemicznej jest powstanie w łączonej warstwie nietrwałych wiązań chemicznych.
Granica między adhezją i zjawiskami powierzchniowymi zachodzącymi pod wpływem tworzenia się wiązań chemicznych jest bardzo płynna. Np. trudno jest jednoznacznie rozróżnić "czystą adhezję" od adhezji na skutek tworzenia się słabych wiązań wodorowych, które są jednocześnie rodzajem wiązań chemicznych i oddziaływaniami międzycząsteczkowymi. W praktycznych, inżynieryjnych badaniach (np. skuteczności działania klejów), przez adhezję rozumie się siłę połączenia dwóch warstw klejonego materiału bez wnikania w naturę oddziaływań powodujących powstanie trwałej spoiny.
Z makroskopowego punktu widzenia czystą adhezję opisuje się jako odwracalny termodynamiczny proces zachodzący w warstwie łączących się materiałów wynikający z różnicy napięć powierzchniowych na styku substancji.
Dyfuzja umożliwia zjawisko mieszania się substancji pozostających w fazie gazowej lub ciekłej. Siłą napędową dyfuzji przy mieszaniu jest dążenie układu do równowagi termodynamicznej przez osiągnięcie jak najwyższej entropii i jak najniższej energii swobodnej. Efektem wolnej, nieskrępowanej dyfuzji w gazach i cieczach jest wyrównywanie się stężeń wszystkich składników w całej objętości fazy. Osiągnięcie stanu równowagi nie oznacza jednak zatrzymania dyfuzji. Trwa ona nadal, tyle że dzięki dokładnemu wymieszaniu się wszystkich składników nie prowadzi już do zmian stężenia. Przykładem tego rodzaju dyfuzji jest rozchodzenie się zapachów w powietrzu.
Jednym z najbardziej znanych przykładów zjawiska fizycznego zdominowanego przez dyfuzję są ruchy Browna.
Innym przykładem dyfuzji jest zjawisko osmozy, polegające na przemieszczaniu się cząsteczek i jonów przez błony półprzepuszczalne, w kierunku wyrównywania się stężenia związku chemicznego lub jonu, zdolnego do przenikania przez błonę. Siła napędową osmozy jest dokładnie to samo co napędza dyfuzję swobodną w mieszaninach. Różnica polega na tym, że błona przepuszcza tylko wybrane składniki mieszaniny, podczas gdy inne nie.
Osmoza odwrócona - to przenikanie przez błonę cząsteczek rozpuszczalnika w kierunku odwrotnym niż w osmozie, to znaczy od roztworu o większym stężeniu substancji rozpuszczonej do roztworu o mniejszym stężeniu. Ze względu na to, że osmoza odwrócona zmniejsza entropię układu musi być ona napędzania np: napięciem elektrycznym lub ciśnieniem.
W fizyce ciała stałego (a więc i w elektronice) dyfuzja jest podstawową przyczyną jakiejkolwiek względnej zmiany rozmieszczenia atomów w sieci krystalicznej zachodzącej pod wpływem energii termicznej.
Adsorpcja - to proces wiązania się cząsteczek, atomów lub jonów na powierzchni lub granicy faz fizycznych, powodujący lokalne zmiany stężenia. Adsorpcji nie należy mylić z absorpcją, która jest procesem wnikania do wnętrza fazy. Adsorpcję, absorpcję i wymianę jonową przyjęło się wspólnie nazywać procesami sorpcji.
Proste przykłady adsorpcji to np.:
* pochłanianie zapachów przez filtr węglowy w lodówce lub samochodzie,
* pochłanianie toksyn przez węgiel medyczny (carbo medicinalis) z przewodu pokarmowego pacjenta
Przykład absorpcji:
* rozpuszczanie gazów (np. dwutlenku węgla, składników powietrza) w wodzie.
Wielkość adsorpcji zależy bezpośrednio od wielkości powierzchni oddzielającej dwie fazy (powierzchni adsorbentu), wielkość absorpcji zależy od objętości fazy, w której zjawisko zachodzi.
Adsorpcja fizyczna i chemiczna
Najczęściej terminem adsorpcja określa się proces wiązania substancji gazowej na powierzchni substancji ciekłej lub stałej, lub też proces wiązania substancji ciekłej na powierzchni substancji stałej. Może mieć charakter chemiczny (chemisorpcja - reakcja chemiczna) lub fizyczny (adsorpcja fizyczna, lub niezbyt precyzyjnie fizysorpcja). Adsorpcja ma charakter powierzchniowy, czym różni się od absorpcji polegającej na pochłanianiu w całej objętości (mechanizm podziałowy - zobacz prawo podziału Nernsta). Często procesy adsorpcji oraz absorpcji występują równocześnie i mówimy wtedy o sorpcji. Termin sorpcja stosujemy również wtedy gdy nie chcemy lub nie możemy sprecyzować mechanizmu zjawiska.
Substancja gromadząca się na powierzchni to adsorbat, substancja przyjmująca to adsorbent.
Adsorpcja może zachodzić z fazy nieruchomej w warunkach statycznych lub z fazy ruchomej w warunkach dynamicznych. Zdolność adsorpcyjna to masa adsorbatu, która może być zaadsorbowana przez jednostkę masy adsorbentu. Jest ona zależna od wielu zmiennych i wyznaczana doświadczalnie dla danego płynu i warunków ( ciśnienie, temperatura, rodzaj i czas zetknięcia).
Zjawisko może mieć charakter monowarstwowy (tzn. jednowarstwowy) - np. chemisorpcja jest z reguły monowarstwowa - lub wielowarstwowy (poliwarstwowy), np. adsorpcja par przy ciśnieniu bliskim ciśnieniu pary nasyconej, gdy następuje samorzutna kondensacja pary.
|
|
|
|
Start