Аутор: Кате
Email:kate@aquasust.com
Датум: 13. новембар 2024
Индустријске и домаће активности троше огромне количине водених ресурса и стварају значајне отпадне воде, што доводи до проблема оскудице воде и опадања квалитета воде у многим земљама. Због тога је постизање третмана без загађења и рециклажа отпадних вода хитан проблем који треба решити. Метода коагулације и седиментације је једноставна за руковање и исплатива, широко се примењује у пречишћавању индустријских отпадних вода. Често коришћени коагуланси могу се класификовати у три главне категорије: неоргански коагуланси, органски полимерни коагуланси и микробни коагуланси. Међу њима, јефтини неоргански коагуланси су тренутно најшире коришћени, док органски коагуланси показују најбоље ефекте лечења. Микробни коагуланти су још увек у фази лабораторијских истраживања. Развој ефикасних, сигурних и економичних нових композитних коагуланата је главни тренд за будући развој коагуланата.
Класификација коагуланата
Најшире прихваћени механизам коагулације укључује два процеса: коагулацију и флокулацију. Процес коагулације се односи на дестабилизацију колоидних честица и формирање малих агрегата; процес флокулације укључује ове мале агрегате који се међусобно повезују под утицајем коагуланта да би се формирале веће флокуле. Примарни механизми коагуланата укључују компресију двоструког електричног слоја, ефекат адсорпционог премошћавања и флокулацију која дестабилизује колоидне честице у води, што доводи до њиховог агрегације и таложења, чиме се постиже ефекат флокулације. Уобичајени коагуланси се могу класификовати у три главне категорије: неоргански коагуланси, органски полимерни коагуланси и микробни коагуланти.
01 Неоргански коагуланси
Принцип деловања неорганских коагуланата укључује двоструку компресију електричног слоја и неутрализацију наелектрисања. Коагуланси формирају контра-јоне у отпадној води, који компримују двоструки електрични слој, што доводи до смањења зета потенцијала колоида, узрокујући да хидратациони слој на површини нестане, дестабилизујући колоиде. Након тога, наелектрисане колоидне честице се агрегирају кроз међумолекуларне интеракције и електростатичке силе да формирају велике, густе флокуле.
Неоргански коагуланти се могу категорисати на основу различитих критеријума: по ањонском саставу могу се поделити на сулфатне и на бази хлорида; по молекуларној тежини могу се класификовати на високомолекуларне и нискомолекуларне; и према врсти соли метала, могу се категорисати у соли гвожђа (као што су гвожђе хлорид, гвожђе сулфат и гвожђе сулфат) и соли алуминијума (као што су алуминијум сулфат, калијум алуминијум сулфат и натријум алуминат).
Флоке формиране од соли гвожђа су велике и густе, захтевају мање дозирања и добро раде на ниским температурама са широким одговарајућим пХ опсегом (између 5.0 и 11). Међутим, соли гвожђа могу бити корозивне за опрему, што захтева пажљиво праћење стања опреме и цевовода током употребе. Алуминијумске соли имају краће време таложења и нижу боју након третмана, али њихова ефикасност је веома зависна од пХ вредности. Поред тога, високи резидуални нивои Ал³⁺ у води могу довести до секундарног загађења, потенцијално изазивања Алцхајмерове болести и анемије при уласку у људско тело, тако да се мора посебно водити рачуна да се избегне секундарно загађење.
Ови коагуланси ниске молекуларне тежине су јефтини и имају широку набавку, али имају проблеме као што су велике количине употребе, значајна производња муља и слаба ефикасност. Због тога долази до постепеног преласка са нискомолекуларних на високомолекуларне неорганске коагуланте. Тренутно, уобичајено коришћени високомолекуларни неоргански коагуланси укључују полимерне алуминијумске коагуланте, полимерне коагуланте од гвожђа, реактивне силицијумске коагуланте и композитне коагуланте. Њихово деловање се првенствено ослања на ефекат премошћавања, показујући предности као што су мања осетљивост на пХ и температуру, стабилни ефекти адсорпције, нижа доза и мање заостале боје. Последњих година, обим производње високомолекуларних неорганских коагуланата се постепено повећава, чинећи 80% укупне производње коагуланата, посебно показујући значајне ефекте у третману отпадних вода високе замућености.
02 Органски полимерни коагуланти
Принципи деловања органских коагуланата првенствено укључују:
(1)адсорпција колоидних честица кроз водоничну везу, електростатичке интеракције и ван дер Валсове силе;
(2) сегменти полимерног ланца олакшавају таложење честица кроз механизам адсорпције премошћавања. У поређењу са неорганским коагулансима, органски полимерни коагуланси имају предности као што су боља ефикасност третмана, краће време флокулације, погодност за ниске температуре, широк распон пХ вредности и мања производња муља.
Органски полимерни коагуланси се могу поделити у две категорије: природни модификовани полимерни коагуланси и синтетички полимерни коагуланти. Синтетички полимерни коагуланти имају контролну и релативно високу молекулску тежину, а могу да уведу већи број функционалних група у сегменте ланца, обезбеђујући одличне ефекте флокулације. Тренутно, најрепрезентативнији синтетички полимерни коагулант на кинеском тржишту је полиакриламид (ПАМ) и његови деривати, који чине 80% укупног тржишта.
За разлику од синтетичких полимера, који имају високе трошкове производње и токсичност по животну средину, природни модификовани полимерни коагуланти имају предности као што су широка доступност, нижи трошкови, сигурност, нетоксичност и прилагодљиве молекуларне карактеристике. Природни модификовани полимерни коагуланси углавном укључују деривате скроба, хитозан, целулозу, гуар гуму и друге биљне гуме, протеине и алге, од којих се сви могу добити из биљака и животиња.
На пример, модификовани молекули скроба могу постићи одличне ефекте флокулације; катјонски етерификовани скроб и његови деривати могу ефикасно да флокулишу негативно наелектрисане честице, док разгранате структуре скроба имају јак ефекат флокулације на јоне тешких метала као што су бакар, жива и олово. Кополимери калемљених скроба кополимеризовани са другим мономерима такође могу ефикасно уклонити јоне тешких метала. Модификација хитозана се може постићи методама као што су калемљење, естерификација, умрежавање и алкилација. Различити типови природних полимерних коагуланата могу добити низ жељених својстава кроз хемијску модификацију и модификацију како би задовољили потребе практичне производње и свакодневног живота.
03 Микробни флокуланти
Микробни флокуланти су производи високе молекуларне тежине и биомаса настали растом и метаболизмом специфичних култивисаних микроорганизама у одређеној фази. Они могу изазвати агрегацију и таложење чврстих суспендованих честица у отпадној води, чиме се постиже сврха пречишћавања водних тијела. Микробни флокуланти имају широк спектар извора и исплативи су; углавном се састоје од полисахарида, протеина, ДНК ланаца, гликопротеина и полиамино киселина. Могу се природно деградирати без изазивања секундарног загађења.
Постоји много микроорганизама способних за производњу флокуланта, који се лако могу индустријализирати кроз дизајн руте. Међутим, истраживања о микробним флокулантима у Кини су и даље ограничена, а тренутне студије су углавном на лабораторијском нивоу, далеко од постизања индустријске производње.
Перспективе развоја флокуланата
Флокуланти имају широк спектар примена у третману отпадних вода, ефикасно уклањајући различите суспендоване или растворљиве нечистоће, металне јоне, бактерије, вирусе и друге загађиваче. Они помажу у постизању деоксигенације, деколоризације и уклањања фосфора, што резултира незагађујућим и ресурсно ефикасним третманом отпадних вода. Са текућим напретком истраживања, типови флокуланата који се користе у пречишћавању отпадних вода у Кини су прешли са нискомолекуларних неорганских флокуланата на високомолекуларне органске флокуланте и са појединачних на композитне типове, са циљем ефикасности, исплативости и еколошке прихватљивости.
У поређењу са неорганским флокулантима и широко коришћеним синтетичким високомолекуларним флокулантима, природни високомолекуларни флокуланти имају јасне предности као што су широка доступност, ниска цена, безбедност, нетоксичност и еколошка прихватљивост. Индустријске отпадне воде су често велике запремине, сложеног састава и састоје се од стабилних дисперзија; стога, један флокулант можда неће ефикасно уклонити све компоненте.
Недавно је постојао тренд употребе неорганско-органских и неорганско-микробних композитних флокуланата, користећи синергистичке ефекте неорганско-органских флокуланата. Прво, неоргански флокуланти неутралишу наелектрисања и агрегатне нечистоће у велике молекуларне кластере, а затим органски високомолекуларни флокуланти који хватају ове кластере кроз премошћивање за ефикасну седиментацију. Употреба неорганских флокуланата може смањити потребну количину органских флокуланата, постижући оптималне резултате по нижој цени. Међутим, специфичне формулације и дозе морају се континуирано тестирати према типовима отпадних вода.
Тренутно, полиалуминијум хлорид-полиакриламид композитни флокуланти се обично користе и показују добру ефикасност; међутим, они представљају одређене ризике по животну средину. Будућа истраживања би се могла фокусирати на комбиновање полимерних силицијумских неорганских флокуланата са природним органским високомолекуларним флокулантима како би се побољшала еколошка прихватљивост. Ако се индустријска производња микробних флокуланата може постићи, неорганско-микробни композитни флокулантски системи би такође требало да дају одличне резултате третмана.
Погоршање квалитета воде услед људских производних активности учинило је пречишћавање отпадних вода које не загађује и ефикасно третира ресурсе као хитно питање. Употреба одговарајућих метода флокулације и средстава може постићи одличне резултате третмана уз ниске трошкове. Тренутно, флокуланти су прешли са ниске молекулске тежине на високу молекулску тежину и са једноструког на композитни тип, ефикасно уклањајући суспендоване и растворене нечистоће, тешке метале и боје из отпадних вода.