Computer Simulation of Flocculation and Chemical Coagulation

• Autorzy: Wardzyńska R. , Smoczyński L. , Wolicki R. , Załęska-Chróst B. , Bukowski Z.

Warianty tytułu

PL

Symulacja komputerowa procesu flokulacji i koagulacji chemicznej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In the present study, a computer program was employed to simulate the coagulation of suspended solids. The paper provides a description of the developed simulation program. The reaction order of the coagulation process was determined, and the effect of the initial velocity of sol particles and the size of sol and coagulant particles on the rate of coagulation was investigated. The tested program was found to comply with the classical theories of particle motion and colloidal system destabilization. The rate of the simulated coagulation process satisfied second-order kinetic equations and the Smoluchowski equation. As expected, a simulated increase in the initial velocity of sol particles increased the rate of coagulation. An increase in the sol particle diameter had a more significant effect on the rate of coagulation than an increase in the coagulant particle diameter.

PL

Opisano wyniki badań przeprowadzonych przy zastosowaniu komputerowego programu „ZB2” symulującego koagulację zawiesiny zawierającej kuliste cząstki zolu i kuliste cząstki koagulantu. Przedstawiono charakterystykę opracowanego programu, a następnie opisano wyniki badań wpływu prędkości początkowej zolu oraz rozmiar cząstki zolu i koagulantu na szybkość procesu koagulacji. Wykazano, iż program „ZB2” pozostaje w zgodności z klasycznymi teoriami ruchu cząstek i destabilizacji układów koloidalnych. Szybkość symulowanego procesu koagulacji, w zakresie opisanym w niniejszej pracy, spełniała równanie kinetyczne II rzędu, a także równanie Smoluchowskiego. Symulowany wzrost prędkości początkowej cząstek zolu zgodnie z oczekiwaniem powodował wzrost szybkości koagulacji. Okazało się także, że większy wpływ na szybkość koagulacji miało zwiększenie średnicy cząstki zolu, aniżeli zwiększenie średnicy cząstki koagulantu.

Słowa kluczowe

EN

coagulation; flocculation; simulation; sol

PL

koagulacja; flokulacja; symulacja; zol

• Wydawca: Towarzystwo Chemii i Inżynierii Ekologicznej
• Czasopismo: Ecological Chemistry and Engineering. A
• Rocznik: 2010
• Tom: Vol. 17, nr 12
• Strony: 1663--1672
• Opis fizyczny: Bibliogr. 29 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Wardzyńska R.

autor

Smoczyński L.

autor

Wolicki R.

autor

Załęska-Chróst B.

autor

Bukowski Z.

• Chair of Chemistry, Faculty of Environmental Management and Agriculture, University of Warmia and Mazury, pl. Łódzki 4, 10–957 Olsztyn, Poland, phone: [phone].,

Bibliografia

• [1] Kowal A.L. and świderska-Bróż M.: Oczyszczanie wody. PWN, Warszawa–Wrocław 1998.
• [2] Allain C., Cloitre M. and Wafra M.: Aggregation and Sedimentation in Colloidal Suspensions. Phys. Rev. Lett. 1995, 74(8), 1478–1481.
• [3] Li X.Y. and Zhang J.J.: Numerical simulation and experimental verification of particle coagulation dynamics for a pulsed input. J. Colloid Interface Sci. 2003, 262, 149–161.
• [4] Yang G. and Biswas P.: Computer Simulation of the Aggregation and Sintering Restructuring of Fractal-like Clusters Containing Limited Numbers of Primary Particles. J. Colloid Interface Sci. 1999, 211, 142–150.
• [5] Lee D.G., Bonner J.S., Garton L.S., Ernest A.N.S. and Autenrieth R.L.: Modeling coagulation kinetics incorporating fractal theories: comparison with observed data. Water Res. 2002, 36, 1056–1066.
• [6] Dzubiella J. and McCammon J.A.: Substrate concentration dependence of the diffusion-controlled steady-state rate constant. J. Chem. Phys. 2005, 122, 1–7.
• [7] Chen L.A., Serad G.A. and Carbonell R.G.: Effect of mixing conditions on flocculation kinetics of wastewaters containing proteins and other biological compounds using fibrous materials and polyelectrolytes. Braz. J. Chem. Eng. 1998, 15, 1–15.
• [8] Edzwald J.K.: Coagulation in drinking water treatment: particles, organics and coagulants. Water Sci. Technol. 1993, 27(11), 21–35.
• [9] Ratnaweera H., Gjessing E. and Oug E.: Influence of physical-chemical characteristics of natural organic matter (NOM) on coagulation properties: An analysis of eight Norwegian water sources. Water Sci. Technol. 1999, 40, 89–95.
• [10] Smoczyński L. and Wardzyńska R.: Study on macroscopic aggregation of silica suspensions and sewage. J. Colloid Interface Sci. 1996, 183, 309–314.
• [11] Smoczyński L.: Aggregation of the silica suspension by Al-coagulants. Polish J. Chem. 2000, 74, 1617–1624.
• [12] Ratnaweera H., Lei L. and Lindholm O.: Simulation program for wastewater coagulation. Water Sci. Technol. 2002, 46, 27–33.
• [13] Evilevitch A., Rescic J. and Jonsson B.: Computer simulation of molecular exchange in colloidal system. J. Phys. Chem. 2002, 106, 11746–11757.
• [14] Smoczynski L., Mroz P., Wardzynska R., Zaleska-Chrost B. and Dluzynska K.: Computer simulation of flocculation of suspented solid. Chem. Eng. J. 2009, 152, 146–150.
• [15] Elimelech M., Gregory J., Jia X. and Williams R.A.: Particle Deposition and Aggregation, Modelling and Simulations. Elsevier, London 1995.
• [16] Siddique J., Khan C., Sorensen M. and Chakrabarti A.: Kinetics and morphology of cluster growth in a model of short-range attractive colloids. J. Chem. Phys. 2009, 131, 1–9.
• [17] Kovalchuk N., Starov V., Langston P. and Hilal N.: Reversible coagulation of colloidal suspension in shallow potential wells: Direct numerical simulation. Colloid J. 2009, 71, 503–513.
• [18] Ehrl L., Soos M., Morbidelli M. and Babler M.: Dependence of initial cluster aggregation kinetics on shear rate for particles of different sizes under turbulence. Amer. Inst. Chem. Eng. J. 2009, 55, 3076–3087.
• [19] Tartaglia P.: Gel formation through reversible and irreversible aggregation. J. Phys.: Condens. Matter 2009, 21, 1–8.
• [20] Wardzynska R., Bukowski Z., Zaleska-Chrost B. and Smoczynski L.: Computer simulation of wastewater flocculation. Environ. Protect. Eng. 2007, 33, 15–29.
• [21] Schmid H.J., Tejwani S., Artelt Ch. and Peukert W.: Monte Carlo simulation of aggregate morphology for simultaneous coagulation and sintering. J. Nanopart. Res. 2004, 6, 613–626.
• [22] Lattuada M., Wu H. and Morbidelli M.: A simple model for structure of fractal aggregates. J. Colloid Interface Sci. 2003, 268, 106–120.
• [23] Costello G. and Euston S.R.: A Monte Carlo simulation of the aggregation, phase-separation and gelation of model globular molecules. J. Phys. Chem. 2006, 110, 10151–10164.
• [24] Barcenas M. and Duda Y.: Inhibition of irreversible cluster-cluster aggregation of colloids. Colloid Surf. 2009, 334, 137–141.
• [25] Pushkar T. and Rosner D.E.: Monte Carlo Simulation of Particle Aggregation and Simultaneous Restructuring. J. Colloid Interface Sci. 1999, 213, 273–286.
• [26] Smoczynski L., Bukowski Z., Wardzynska R., Zaleska-Chrost B. and Dluzynska K.: Simulation of coagulation, flocculation and sedimentation. Water Environ. Res. 2009, 81, 348–356.
• [27] Smoluchowski M.: Versuch einer mathematischen Theorie der Koagulations-kinetic kolloider Lsungen. Z Phys. Chem. 1917, 92, 129–168.
• [28] Kuhn H.: Chemia koloidów. PWN, Warszawa 1957.
• [29] Müller H.: Zur allgemeinen Teorie der raschen Koagulation. Kolloid-Beih 1928, 27, 223–250.