8.3 IMPIEGO DI FLOCCULANTI E POLIELETTROLITI

Abbiamo visto nei casi precedenti come le dimensioni delle particelle giochino un ruolo importantissimo nella sedimentazione.
In molte applicazioni, in particolare nel trattamento delle acque grezze e delle acque usate, una frazione consistente dei solidi sospesi è costituita da particelle di dimensioni inferiori a 1 μm. Particelle di questo tipo vengono chiamate colloidi e formano in acqua sospensioni colloidali stabili, ovvero non presentano alcuna tendenza a separarsi per sedimentazione.
Applicando, ad esempio, l’equazione di Stokes (8.9) a particelle del diametro di 1μm e densità 2650 kg/m³ risulterebbe una velocità di sedimentazione indipendente di poco superiore a 3 mm/h.
Particelle di così piccole dimensioni presentano una superficie specifica elevatissima. Di conseguenza le forze proporzionali alla superficie, come la forza di attrito, diventano molto significative rispetto alla forza peso nel bilancio delle forze.
Tuttavia, le dimensioni non bastano a definire il comportamento dei colloidi e la stabilità delle sospensioni colloidali.

8.3.1 Le proprietà dei colloidi

Analogamente alle soluzioni, i sistemi colloidali (dal greco “simile alla colla”) si possono pensare costituiti da una fase dispersa, il soluto, ed un mezzo di dispersione, il solvente. Per gli scopi di questo capitolo tratteremo sistemi in cui la fase dispersa è solida, con particelle di dimensioni comprese tra 10 μm e 10^–3 μm, mentre il mezzo di dispersione è un liquido, che per i nostri scopi è solitamente acqua.

I colloidi possono essere di natura idrofila o idrofoba. I primi sono di origine generalmente organica, come acidi umici, proteine, aggregati di batteri o alghe, mentre i colloidi idrofobi sono di natura inorganica, come argille, ossidi metallici, silicati, ecc.
Un aspetto importante delle sospensioni colloidali è dato dalla natura idrofila o idrofoba dell’interfaccia solido-acqua. I colloidi idrofili sono di origine generalmente organica, come acidi umici, proteine, aggregati di batteri o alghe, ma anche sostanze organiche pigmentate che impartiscono colore alle acque. La natura idrofila è dovuta alla presenza di gruppi polari, come gruppi -OH, -COOH, -NH₂, disposti sulla superficie, che esercitano una attrazione elettrostatica relativamente forte sulle molecole d’acqua (v. Fig. 8.5). Di conseguenza, l’acqua legata sulla loro superficie si muove rigidamente con le particelle colloidali.
I colloidi idrofobi, generalmente di natura inorganica, come argille, ossidi metallici, silicati, ecc., presentano una bassa affinità per l’acqua e, di conseguenza, una interfase più netta.

Colloidi idrofili e idrofobi