Flocculazione

Flocculazione.

Con il termine flocculazione si definisce il processo chimico-fisico di un sistema colloidale in cui la fase solida tende a separarsi formando dei fiocchi in sospensione.

Alla base del processo si verificano fenomeni di adsorbimento, mentre il pH, la temperatura e la forza ionica sono fattori ambientali che non solo influenzano fortemente la flocculazione, ma anche la formazione di aggregati, ovvero fiocchi in sospensione attraverso la precipitazione di elementi disidratati.

Il processo inverso della flocculazione è detto deflocculazione o peptizzazione. La flocculazione richiede una miscelazione delicata e l’utilizzo di un flocculante polimerico con peso molecolare elevato. Il flocculante adsorbe i fiocchi di dimensioni inferiori al micron e agevola la formazione di ponti interparticellari che riempiono gli spazi presenti tra un fiocco e l’altro.

L’avvicinamento reciproco delle particelle le porta a una distanza a cui le forze di attrazione di Van Der Waals sono efficaci per ridurre la barriera energetica di flocculazione; si formano dunque dei fiocchi debolmente aggregati. L’aggregazione, il legame e l’aumento progressivo della resistenza dei fiocchi proseguono fino alla formazione di fiocchi macroscopici visibili in sospensione.

Una volta raggiunto il livello corretto di peso, dimensione e resistenza, ha luogo la sedimentazione. I fiocchi macroscopici sono molto sensibili alla miscelazione e, una volta rotti da un’eventuale forza trasversale è difficile o impossibile che si riformino. La flocculazione avviene in modo naturale quando si formano i fiocchi di neve o i sedimenti sottomarini, ma viene anche deliberatamente provocata e utilizzata nei settori petrolifero, minerario, cartario e biotecnologico.

Processo di flocculazione

I bacini di flocculazione hanno generalmente forma rettangolare e possono essere:

  • a stadi: dove per raggiungere una maggiore efficienza la vasca viene suddivisa in diverse zone in serie nelle quali l’agitazione è progressivamente decrescente.
  • a canali: sono a flusso orizzontale, dove la vasca è suddivisa da setti trasversali a formare un canale la cui larghezza è man mano crescente in modo da ottenere una velocità del flusso man mano decrescente.

Affinché avvenga la flocculazione è necessario innanzitutto destabilizzare le cariche dei colloidi. Le particelle colloidali delle sospensioni, essendo normalmente caricate negativamente, richiedono di solito coagulanti ad azione cationica. Non è peraltro da escludere la possibilità di imbattersi in sospensioni formate da particelle cariche positivamente, come ad esempio nel caso del carbone, per cui possono necessitare anche coagulanti ad azione anionica.

La destabilizzazione delle cariche permette la formazione dei primi piccoli aggregati solidi (durante la coagulazione) che successivamente tenderanno a ingrossarsi per successivo adsorbimento di particelle fino alla formazione dei primi fiocchi (o “flocculi”) in sospensione.

Nel caso i processi di coagulazione e flocculazione debbano avvenire nella stessa vasca, durante la prima fase di coagulazione si può procedere con un’agitazione energica, ma dalla fase di flocculazione in poi si deve effettuare un’agitazione moderata e lenta (per evitare la rottura dei flocculi) fino alla sedimentazione del precipitato che verrà successivamente separato dall’acqua trattata.

Flocculanti o coadiuvanti della flocculazione

Il processo di flocculazione viene indotto per mezzo dell’uso di flocculanti, sostanze di varia origine che esplicano la loro azione in valori di intervallo di pH ben definiti. Una temperatura sufficientemente alta, un aumento della forza ionica e una forte agitazione sono fattori che favoriscono la flocculazione.

I flocculanti, aggiunti in piccole dosi dopo i coagulanti, migliorano il rendimento del processo influendo soprattutto sulla rapidità di formazione dei fiocchi, sulle caratteristiche dei fiocchi (come dimensione e peso specifico) e sul conseguente miglioramento della velocità di sedimentazione dei fiocchi.

Le sostanze utilizzate come flocculanti sono numerose, come ad esempio la silice attivata, la sabbia fine silicea, la farina di diatomee, l’argilla, la bentonite, il carbone attivo in polvere, amidi, polisaccaridi e alginati, polimeri organici di sintesi come la poliacrilammide.

I flocculanti possono essere classificati in base a diverse caratteristiche come:

  • sostanze organiche o inorganiche;
  • naturali o di sintesi;
  • in base alla loro carica: ioniche (cationiche, anioniche o anfotere) o non ioniche (ma comunque polari).

I flocculanti sono in genere degli elettroliti inorganici o polielettroliti organici, tra cui:

  • Inorganici
    • silice attivata;
    • farina di diatomee;
    • bentonite.
  • Organici
    • polielettroliti di ammonio quaternario come N-alchilpolivinilpiridonio;
    • alginati;
    • derivati dell’amido e della cellulosa;
    • polimeri organici di sintesi.

I coadiuvanti più utilizzati sono i polielettroliti, oppure possono essere usati anche polimeri presentanti lungo la loro catena numerosi gruppi polari. Infatti, la presenza di gruppi ionici o di gruppi polari uniformemente distribuiti lungo la catena (di questi polimeri flocculanti) facilita l’aggregazione alla catena di più microfiocchi, formando dei fiocchi di maggiore dimensione.

Applicazioni della flocculazione

Il processo di flocculazione viene generalmente applicato negli impianti di trattamento e purificazione delle acque, sia grezze che reflue, e in particolar modo quando si intende eliminare particelle colloidali difficilmente sedimentabili o filtrabili. L’acqua da trattare viene fatta passare nella vasca di flocculazione dopo essere passata dalla vasca di coagulazione e prima di essere inviata alla vasca di sedimentazione.

Settore biofarmaceutico

I processi di distruzione delle cellule possono produrre una grande quantità di piccoli frammenti cellulari che intasano i filtri e riducono le velocità di filtrazione. La flocculazione viene utilizzata per provocare l’aggregazione di questi frammenti cellulari di dimensioni ridotte. Con la flocculazione è possibile garantire un flusso elevato nelle unità di filtrazione e una separazione efficace del materiale cellulare dal surnatante.

Prime fasi dell’estrazione di gas e petrolio

L’acqua usata proveniente da processi di estrazione di gas e petrolio può contenere quantità significative di particelle in sospensione, che spesso impiega molto tempo per sedimentarsi. La flocculazione accelera la sedimentazione e garantisce una separazione efficiente delle componenti solide da quelle liquide.

È quindi possibile trattare rapidamente elevati volumi di acqua usata, riducendo al minimo l’impatto ambientale diminuendo i terreni necessari per ospitare le strutture per lo stoccaggio dell’acqua usata.

Settore cartario

Le fibre di cellulosa sono una delle materie prime principali utilizzate nel settore cartario, che prevede anche l’uso di colla, agenti impregnanti e cariche (filler) per ottenere fogli con le caratteristiche necessarie per prodotti cartacei accettabili. La flocculazione è la fase di lavorazione fondamentale per unire fibre, cariche e altri additivi in modo tale che la disidratazione sia rapida e consenta la produzione di quantità elevate.

Estrazione di metalli preziosi

I flussi dei prodotti comprendono spesso un’ampia gamma di metalli diversi, che occorre separare per ottenere un prodotto puro. La precipitazione selettiva dei singoli metalli è generalmente accompagnata dalla flocculazione e dalla sedimentazione per garantire una rapida separazione dal liquido restante.

Voci correlate

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