Af: Kate
Email:kate@aquasust.com
Dato: 13. november 2024
Industrielle og huslige aktiviteter forbruger enorme mængder af vandressourcer og genererer betydeligt spildevand, hvilket fører til problemer med vandknaphed og faldende vandkvalitet i mange lande. Derfor er opnåelse af forureningsfri behandling og genanvendelse af spildevand et presserende problem, der skal løses. Metoden til koagulering og sedimentering er enkel at betjene og omkostningseffektiv, bredt anvendt i industriel spildevandsrensning. Almindeligt anvendte koagulanter kan klassificeres i tre hovedkategorier: uorganiske koagulanter, organiske polymerkoagulanter og mikrobielle koagulanter. Blandt disse er de billige uorganiske koaguleringsmidler i øjeblikket de mest udbredte, mens organiske koagulanter udviser de bedste behandlingseffekter. Mikrobielle koagulanter er stadig i laboratorieforskningsfasen. Udviklingen af effektive, sikre og økonomiske nye sammensatte koaguleringsmidler er hovedtendensen for fremtidens koagulantudvikling.
Klassificering af koagulanter
Den mest almindeligt accepterede koagulationsmekanisme involverer to processer: koagulation og flokkulering. Koagulationsprocessen refererer til destabiliseringen af kolloide partikler og dannelsen af små aggregater; flokkuleringsprocessen involverer disse små aggregater, der binder sammen under påvirkning af koaguleringsmidlet for at danne større flokke. De primære mekanismer for koagulanter omfatter komprimeringen af det dobbelte elektriske lag, den adsorptionsbro-effekt og fejende flokkulering, som destabiliserer de kolloide partikler i vand, hvilket fører til deres aggregering og bundfældning, og dermed opnår flokkuleringseffekten. Almindelige koagulanter kan klassificeres i tre hovedkategorier: uorganiske koagulanter, organiske polymerkoagulanter og mikrobielle koagulanter.
01 Uorganiske koaguleringsmidler
Virkningsprincippet for uorganiske koagulanter inkluderer dobbelt elektrisk lag kompression og ladningsneutralisering. Koagulanterne danner modioner i spildevandet, som komprimerer det dobbelte elektriske lag, hvilket resulterer i et fald i kolloidernes zeta-potentiale, hvilket får hydreringslaget på overfladen til at forsvinde, hvilket destabiliserer kolloiderne. Efterfølgende aggregerer ladede kolloide partikler gennem intermolekylære interaktioner og elektrostatiske kræfter for at danne store, tætte flokke.
Uorganiske koagulanter kan kategoriseres baseret på forskellige kriterier: ved anionisk sammensætning kan de opdeles i sulfatbaserede og chloridbaserede; efter molekylvægt kan de klassificeres i højmolekylære og lavmolekylære; og efter typen af metalsalte kan de kategoriseres i jernsalte (såsom ferrichlorid, ferrosulfat og ferrisulfat) og aluminiumsalte (såsom aluminiumsulfat, kaliumaluminiumsulfat og natriumaluminat).
Flokker dannet af jernsalte er store og tætte, kræver mindre dosering, og de fungerer godt ved lave temperaturer med et bredt passende pH-område (mellem 5.0 og 11). Men jernsalte kan være ætsende for udstyr, hvilket nødvendiggør nøje overvågning af udstyrets og rørledningernes tilstand under brug. Aluminiumsalte har kortere bundfældningstider og lavere farve efter behandling, men deres effektivitet er meget pH-afhængig. Derudover kan høje restniveauer af Al³⁺ i vand føre til sekundær forurening, hvilket potentielt kan forårsage Alzheimers sygdom og anæmi, når det kommer ind i menneskekroppen, så der skal udvises særlig forsigtighed for at undgå sekundær forurening.
Disse lavmolekylære koaguleringsmidler er billige og udbredte, men har problemer såsom høje brugsmængder, betydelig slamproduktion og dårlig effektivitet. Derfor sker der et gradvist skift fra lavmolekylære til højmolekylære uorganiske koagulanter. For tiden indbefatter almindeligt anvendte højmolekylære uorganiske koagulanter polymere aluminiumkoagulanter, polymere jernkoagulanter, reaktive silicakoagulanter og kompositkoagulanter. Deres virkning afhænger primært af broeffekten, der udviser fordele såsom mindre pH- og temperaturfølsomhed, stabile adsorptionseffekter, lavere dosering og mindre resterende farve. I de senere år er produktionsskalaen af højmolekylære uorganiske koaguleringsmidler gradvist steget, og tegner sig for 80% af den samlede koagulantproduktion, hvilket især viser betydelige effekter ved behandling af høj turbiditet spildevand.
02 Organiske polymerkoagulanter
Virkningsprincipperne for organiske koagulanter omfatter primært:
(1)adsorption af kolloide partikler gennem hydrogenbinding, elektrostatiske interaktioner og van der Waals-kræfter;
(2) polymerkædesegmenterne letter partikelbinding gennem en broadsorptionsmekanisme. Sammenlignet med uorganiske koaguleringsmidler har organiske polymerkoagulanter fordele såsom bedre behandlingseffektivitet, kortere flokkuleringstid, egnethed til lave temperaturer, et bredt pH-område og mindre slamproduktion.
Organiske polymerkoagulanter kan opdeles i to kategorier: naturlige modificerede polymerkoagulanter og syntetiske polymerkoagulanter. Syntetiske polymerkoagulanter har kontrollerbare og relativt høje molekylvægte, og de kan indføre et større antal funktionelle grupper i kædesegmenterne, hvilket giver fremragende flokkuleringseffekter. I øjeblikket er det mest repræsentative syntetiske polymerkoaguleringsmiddel på det kinesiske marked polyacrylamid (PAM) og dets derivater, som tegner sig for 80% af det samlede marked.
I modsætning til syntetiske polymerer, som har høje produktionsomkostninger og miljøtoksicitet, har naturlige modificerede polymerkoagulanter fordele såsom bred tilgængelighed, lavere omkostninger, sikkerhed, ikke-toksicitet og tilpassede molekylære egenskaber. Naturlige modificerede polymerkoagulanter omfatter hovedsageligt stivelsesderivater, chitosan, cellulose, guargummi og andre plantebaserede gummier, proteiner og alger, som alle kan komme fra planter og dyr.
For eksempel kan modificerede stivelsesmolekyler opnå fremragende flokkuleringseffekter; Kationisk etherificeret stivelse og dens derivater kan effektivt flokkulere negativt ladede partikler, mens forgrenede stivelsesstrukturer har stærke flokkuleringseffekter på tungmetalioner som kobber, kviksølv og bly. Stivelsespodecopolymerer copolymeriseret med andre monomerer kan også effektivt fjerne tungmetalioner. Chitosanmodifikation kan opnås gennem metoder såsom podning, esterificering, tværbinding og alkylering. Forskellige typer af naturlige polymerkoagulanter kan opnå en række ønskede egenskaber gennem kemisk modifikation og modifikation for at imødekomme behovene for praktisk produktion og hverdagsliv.
03 Mikrobielle flokkuleringsmidler
Mikrobielle flokkuleringsmidler er højmolekylære produkter og biomasse genereret af vækst og metabolisme af specifikke dyrkede mikroorganismer på et bestemt stadie. De kan forårsage aggregering og sedimentering af faste suspenderede partikler i spildevand og derved opnå formålet med at rense vandområder. Mikrobielle flokkuleringsmidler har en bred vifte af kilder og er omkostningseffektive; de er generelt sammensat af polysaccharider, proteiner, DNA-kæder, glycoproteiner og polyaminosyrer. De kan nedbrydes naturligt uden at forårsage sekundær forurening.
Der er mange mikroorganismer, der er i stand til at producere flokkuleringsmidler, som let kan industrialiseres gennem rutedesign. Forskningen i mikrobielle flokkuleringsmidler i Kina er dog stadig begrænset, og de nuværende undersøgelser er for det meste på laboratorieniveau, langt fra at opnå industriel produktion.
Udviklingsmuligheder for flokkuleringsmidler
Flokkuleringsmidler har en bred vifte af anvendelser i spildevandsrensning, der effektivt fjerner forskellige suspenderede eller opløselige urenheder, metalioner, bakterier, vira og andre forurenende stoffer. De hjælper med at opnå deoxygenering, affarvning og fosforfjernelse, hvilket resulterer i ikke-forurenende og ressourceeffektiv spildevandsrensning. Med igangværende forskningsfremskridt er de typer af flokkuleringsmidler, der anvendes til spildevandsrensning i Kina, skiftet fra lavmolekylære uorganiske flokkuleringsmidler til højmolekylære organiske flokkuleringsmidler og fra enkelt- til sammensatte typer, med henblik på effektivitet, omkostningseffektivitet og miljøvenlighed.
Sammenlignet med uorganiske flokkuleringsmidler og udbredte syntetiske højmolekylære flokkuleringsmidler har naturlige højmolekylære flokkuleringsmidler distinkte fordele såsom bred tilgængelighed, lave omkostninger, sikkerhed, ikke-toksicitet og miljøvenlighed. Industrielt spildevand er ofte stort i volumen, komplekst i sammensætning og består af stabile dispersioner; således fjerner et enkelt flokkuleringsmiddel muligvis ikke effektivt alle komponenter.
For nylig har der været en tendens til at bruge uorganisk-organiske og uorganisk-mikrobielle sammensatte flokkuleringsmidler, der udnytter de synergistiske virkninger af uorganisk-organiske flokkuleringsmidler. For det første neutraliserer uorganiske flokkuleringsmidler ladninger og aggregerer urenheder i store molekylære klynger, efterfulgt af organiske højmolekylære flokkuleringsmidler, der fanger disse klynger gennem brovirkning for effektiv sedimentering. Brugen af uorganiske flokkuleringsmidler kan reducere mængden af nødvendige organiske flokkuleringsmidler, hvilket giver optimale resultater til en lavere pris. Specifikke formuleringer og doseringer skal dog løbende testes efter spildevandstyper.
I øjeblikket anvendes polyaluminiumchlorid-polyacrylamid-kompositflokkuleringsmidler almindeligvis og viser god effektivitet; de udgør dog visse miljørisici. Fremtidig forskning kunne fokusere på at kombinere uorganiske polymere silica flokkuleringsmidler med naturlige organiske højmolekylære flokkuleringsmidler for at øge miljøvenlighed. Hvis den industrielle produktion af mikrobielle flokkuleringsmidler kan opnås, bør uorganisk-mikrobielle sammensatte flokkuleringssystemer også give fremragende behandlingsresultater.
Forringelsen af vandkvaliteten på grund af menneskelige produktionsaktiviteter har gjort den ikke-forurenende og ressourceeffektive rensning af spildevand til et presserende problem. Brugen af passende flokkuleringsmetoder og midler kan opnå fremragende behandlingsresultater til lave omkostninger. I øjeblikket er flokkuleringsmidler gået over fra lav molekylvægt til høj molekylvægt og fra enkelt-type til komposit-type, der effektivt fjerner suspenderede og opløste urenheder, tungmetaller og farver fra spildevand.