Autor: Kate
Email:kate@aquasust.com
Datum: 13. studenog 2024
Industrijske i kućne aktivnosti troše ogromne količine vodenih resursa i stvaraju značajne količine otpadnih voda, što dovodi do problema nestašice vode i pada kvalitete vode u mnogim zemljama. Stoga je postizanje pročišćavanja i recikliranja otpadnih voda bez onečišćenja hitan problem kojim se treba pozabaviti. Metoda koagulacije i sedimentacije je jednostavna za korištenje i isplativa, široko se primjenjuje u pročišćavanju industrijskih otpadnih voda. Uobičajeno korišteni koagulansi mogu se klasificirati u tri glavne kategorije: anorganski koagulansi, organski polimerni koagulansi i mikrobni koagulansi. Među njima trenutno se najviše koriste jeftini anorganski koagulansi, dok organski koagulansi pokazuju najbolje učinke liječenja. Mikrobni koagulansi još su u fazi laboratorijskih istraživanja. Razvoj učinkovitih, sigurnih i ekonomičnih novih kompozitnih koagulansa glavni je trend za budućnost razvoja koagulansa.
Podjela koagulansa
Najšire prihvaćeni mehanizam koagulacije uključuje dva procesa: koagulaciju i flokulaciju. Proces koagulacije odnosi se na destabilizaciju koloidnih čestica i stvaranje malih nakupina; proces flokulacije uključuje ove male agregate koji se međusobno povezuju pod utjecajem koagulansa u veće flokule. Primarni mehanizmi koagulansa uključuju kompresiju dvostrukog električnog sloja, adsorpcijsko-premoštavajući učinak i sveobuhvatnu flokulaciju, koji destabiliziraju koloidne čestice u vodi, dovodeći do njihove agregacije i taloženja, čime se postiže učinak flokulacije. Uobičajeni koagulansi mogu se klasificirati u tri glavne kategorije: anorganski koagulansi, organski polimerni koagulansi i mikrobni koagulansi.
01 Anorganski koagulansi
Princip djelovanja anorganskih koagulansa uključuje dvostruku kompresiju električnog sloja i neutralizaciju naboja. Koagulansi stvaraju protuione u otpadnoj vodi, koji komprimiraju dvostruki električni sloj, što rezultira smanjenjem zeta potencijala koloida, uzrokujući nestanak hidratacijskog sloja na površini, destabilizirajući koloide. Nakon toga, nabijene koloidne čestice agregiraju se kroz međumolekulske interakcije i elektrostatske sile da bi oblikovale velike, guste flokule.
Anorganski koagulansi mogu se kategorizirati na temelju različitih kriterija: prema anionskom sastavu mogu se podijeliti na sulfatne i kloridne; prema molekulskoj masi mogu se podijeliti na visokomolekularne i niskomolekularne; i prema vrsti metalnih soli, mogu se kategorizirati u soli željeza (kao što su željezni klorid, željezni sulfat i željezni sulfat) i aluminijeve soli (kao što su aluminijev sulfat, kalijev aluminijev sulfat i natrijev aluminat).
Flokule koje formiraju soli željeza su velike i guste, zahtijevaju manje doziranja i dobro se ponašaju na niskim temperaturama sa širokim prikladnim rasponom pH (između 5.0 i 11). Međutim, soli željeza mogu biti korozivne za opremu, što zahtijeva pažljivo praćenje stanja opreme i cjevovoda tijekom uporabe. Aluminijeve soli imaju kraće vrijeme taloženja i nižu boju nakon tretmana, ali njihova učinkovitost jako ovisi o pH. Dodatno, visoke rezidualne razine Al³⁺ u vodi mogu dovesti do sekundarnog onečišćenja, potencijalno uzrokujući Alzheimerovu bolest i anemiju nakon ulaska u ljudsko tijelo, stoga je potrebno posebno paziti da se izbjegne sekundarno onečišćenje.
Ovi koagulansi male molekularne težine su jeftini i dostupni su u širokoj prodaji, ali imaju probleme kao što su velike količine upotrebljenih, značajno stvaranje mulja i slaba učinkovitost. Stoga dolazi do postupnog prijelaza s niskomolekularnih na visokomolekularne anorganske koagulanse. Trenutačno korišteni visokomolekularni anorganski koagulansi uključuju polimerne aluminijske koagulanse, polimerne željezne koagulanse, reaktivne silikatne koagulanse i kompozitne koagulanse. Njihovo djelovanje prvenstveno se oslanja na učinak premošćivanja, pokazujući prednosti kao što su manja pH i temperaturna osjetljivost, stabilni adsorpcijski učinci, niže doziranje i manje zaostale boje. Posljednjih godina, proizvodnja visokomolekularnih anorganskih koagulansa postupno se povećavala, čineći 80% ukupne proizvodnje koagulansa, posebno pokazujući značajne učinke u pročišćavanju otpadnih voda visoke zamućenosti.
02 Organski polimerni koagulansi
Principi djelovanja organskih koagulansa prvenstveno uključuju:
(1)adsorpcija koloidnih čestica putem vodikovih veza, elektrostatskih interakcija i van der Waalsovih sila;
(2) segmenti polimernog lanca olakšavaju taloženje čestica kroz premosni adsorpcijski mehanizam. U usporedbi s anorganskim koagulansima, organski polimerni koagulansi imaju prednosti kao što su bolja učinkovitost tretmana, kraće vrijeme flokulacije, prikladnost za niske temperature, širok pH raspon i manje stvaranje mulja.
Organski polimerni koagulansi mogu se podijeliti u dvije kategorije: prirodni modificirani polimerni koagulansi i sintetski polimerni koagulansi. Sintetski polimerni koagulansi imaju kontrolirane i relativno visoke molekularne težine, te mogu uvesti veći broj funkcionalnih skupina u segmente lanca, čime se postiže izvrstan učinak flokulacije. Trenutno najreprezentativniji sintetski polimerni koagulant na kineskom tržištu je poliakrilamid (PAM) i njegovi derivati, koji čine 80% ukupnog tržišta.
Za razliku od sintetičkih polimera, koji imaju visoke troškove proizvodnje i toksičnost za okoliš, prirodni modificirani polimerni koagulansi imaju prednosti kao što su široka dostupnost, niži troškovi, sigurnost, netoksičnost i prilagodljiva molekularna svojstva. Prirodni modificirani polimerni koagulansi uglavnom uključuju derivate škroba, hitozan, celulozu, guar gumu i druge biljne gume, proteine i alge, a svi oni mogu biti dobiveni iz biljaka i životinja.
Na primjer, modificirane molekule škroba mogu postići izvrsne učinke flokulacije; kationski eterificirani škrob i njegovi derivati mogu učinkovito flokulirati negativno nabijene čestice, dok razgranate strukture škroba imaju jake flokulacijske učinke na ione teških metala kao što su bakar, živa i olovo. Škrobni graft kopolimeri kopolimerizirani s drugim monomerima također mogu učinkovito ukloniti ione teških metala. Modifikacija kitozana može se postići metodama kao što su cijepljenje, esterifikacija, umrežavanje i alkilacija. Različite vrste prirodnih polimernih koagulansa mogu dobiti niz željenih svojstava kemijskom modifikacijom i modifikacijom kako bi se zadovoljile potrebe praktične proizvodnje i svakodnevnog života.
03 Mikrobni flokulanti
Mikrobni flokulanti su proizvodi visoke molekularne težine i biomasa koji nastaju rastom i metabolizmom specifičnih uzgojenih mikroorganizama u određenoj fazi. Oni mogu uzrokovati agregaciju i taloženje krutih suspendiranih čestica u otpadnoj vodi, čime se postiže svrha pročišćavanja vodnih tijela. Mikrobni flokulanti imaju širok raspon izvora i isplativi su; općenito se sastoje od polisaharida, proteina, DNA lanaca, glikoproteina i poliaminokiselina. Mogu se prirodno razgraditi bez uzroka sekundarnog onečišćenja.
Postoji mnogo mikroorganizama sposobnih za proizvodnju flokulanata, koji se mogu lako industrijalizirati dizajnom rute. Međutim, istraživanje mikrobnih flokulanata u Kini još uvijek je ograničeno, a trenutačne studije uglavnom su na laboratorijskoj razini, daleko od postizanja industrijske proizvodnje.
Perspektive razvoja flokulanata
Flokulanti imaju širok raspon primjena u pročišćavanju otpadnih voda, učinkovito uklanjajući različite suspendirane ili topive nečistoće, metalne ione, bakterije, viruse i druge zagađivače. Pomažu u postizanju deoksigenacije, dekolorizacije i uklanjanja fosfora, što rezultira nezagađujućim i resursno učinkovitim pročišćavanjem otpadnih voda. S napretkom istraživanja koji je u tijeku, tipovi flokulanata koji se koriste u pročišćavanju otpadnih voda u Kini prešli su s niskomolekularnih anorganskih flokulanata na visokomolekularne organske flokulante i s pojedinačnih na kompozitne tipove, s ciljem učinkovitosti, isplativosti i prihvatljivosti okoliša.
U usporedbi s anorganskim flokulansima i široko korištenim sintetskim visokomolekularnim flokulansima, prirodni visokomolekularni flokulanti imaju jasne prednosti kao što su široka dostupnost, niska cijena, sigurnost, netoksičnost i prihvatljivost za okoliš. Industrijska otpadna voda često je velikog volumena, složenog sastava i sastoji se od stabilnih disperzija; stoga jedan flokulant možda neće učinkovito ukloniti sve komponente.
U posljednje vrijeme postoji trend prema korištenju anorgansko-organskih i anorgansko-mikrobnih kompozitnih flokulanata, iskorištavajući sinergijske učinke anorgansko-organskih flokulanata. Prvo, anorganski flokulanti neutraliziraju naboje i agregiraju nečistoće u velike molekularne klastere, nakon čega slijede organski visokomolekularni flokulanti koji hvataju te klastere djelovanjem premošćivanja za učinkovitu sedimentaciju. Korištenje anorganskih flokulanata može smanjiti potrebnu količinu organskih flokulanata, postižući optimalne rezultate uz nižu cijenu. Međutim, specifične formulacije i doze moraju se kontinuirano testirati prema vrsti otpadnih voda.
Trenutno se često koriste polialuminijev klorid-poliakrilamid kompozitni flokulanti koji pokazuju dobru učinkovitost; međutim, predstavljaju određene rizike za okoliš. Buduća bi se istraživanja mogla usredotočiti na kombiniranje anorganskih flokulanata od polimernog silicijevog dioksida s prirodnim organskim visokomolekularnim flokulansima kako bi se poboljšala ekološka prihvatljivost. Ako se može postići industrijska proizvodnja mikrobnih flokulanata, anorgansko-mikrobni kompozitni sustavi flokulanata također bi trebali dati izvrsne rezultate obrade.
Pogoršanje kvalitete vode zbog ljudskih proizvodnih aktivnosti učinilo je pročišćavanje otpadnih voda koje ne zagađuje okoliš i koje učinkovito štedi resurse, hitnim problemom. Primjenom odgovarajućih metoda i sredstava za flokulaciju mogu se postići izvrsni rezultati liječenja uz niske troškove. Trenutačno su flokulanti prešli s niske molekularne težine na visoke molekularne težine i s jednostrukog na kompozitni tip, učinkovito uklanjajući suspendirane i otopljene nečistoće, teške metale i boje iz otpadne vode.