Autors: Kate
Email:kate@aquasust.com
Datums: 2024. gada 13. novembris
Rūpnieciskās un sadzīves darbības patērē milzīgus ūdens resursus un rada ievērojamus notekūdeņus, kā rezultātā daudzās valstīs rodas ūdens trūkuma un ūdens kvalitātes pasliktināšanās. Tāpēc notekūdeņu attīrīšana un pārstrāde bez piesārņojuma ir neatliekama problēma, kas jārisina. Koagulācijas un sedimentācijas metode ir vienkārši lietojama un rentabla, plaši izmantota rūpniecisko notekūdeņu attīrīšanā. Parasti lietotos koagulantus var iedalīt trīs galvenajās kategorijās: neorganiskie koagulanti, organiskie polimēru koagulanti un mikrobu koagulanti. No tiem pašlaik visplašāk izmanto lētos neorganiskos koagulantus, savukārt organiskajiem koagulantiem ir vislabākais ārstēšanas efekts. Mikrobu koagulanti joprojām ir laboratorijas pētījumu fāzē. Efektīvu, drošu un ekonomisku jaunu kompozītmateriālu koagulantu izstrāde ir galvenā koagulantu attīstības nākotnes tendence.
Koagulantu klasifikācija
Visplašāk pieņemtais koagulācijas mehānisms ietver divus procesus: koagulāciju un flokulāciju. Koagulācijas process attiecas uz koloidālo daļiņu destabilizāciju un mazu agregātu veidošanos; flokulācijas procesā šie mazie agregāti sasaistās kopā koagulanta ietekmē, veidojot lielākus flokus. Koagulantu primārie mehānismi ietver dubultā elektriskā slāņa saspiešanu, adsorbcijas tilta efektu un slaucīšanas flokulāciju, kas destabilizē koloidālās daļiņas ūdenī, izraisot to agregāciju un nosēšanos, tādējādi panākot flokulācijas efektu. Parastos koagulantus var iedalīt trīs galvenajās kategorijās: neorganiskie koagulanti, organiskie polimēru koagulanti un mikrobu koagulanti.
01 Neorganiskie koagulanti
Neorganisko koagulantu darbības princips ietver dubultā elektriskā slāņa kompresiju un lādiņa neitralizāciju. Koagulanti veido pretjonus notekūdeņos, kas saspiež dubulto elektrisko slāni, kā rezultātā samazinās koloīdu zeta potenciāls, izraisot hidratācijas slāņa izzušanu uz virsmas, destabilizējot koloīdus. Pēc tam uzlādētas koloidālās daļiņas agregējas starpmolekulāras mijiedarbības un elektrostatisko spēku rezultātā, veidojot lielus, blīvus flokus.
Neorganiskos koagulantus var iedalīt kategorijās, pamatojoties uz dažādiem kritērijiem: pēc anjonu sastāva tos var iedalīt uz sulfātu bāzes un uz hlorīdu bāzes; pēc molekulmasas tos var iedalīt lielmolekulāros un mazmolekulāros; un pēc metālu sāļu veida tos var iedalīt dzelzs sāļos (piemēram, dzelzs hlorīds, dzelzs sulfāts un dzelzs sulfāts) un alumīnija sāļos (piemēram, alumīnija sulfāts, kālija alumīnija sulfāts un nātrija alumināts).
Dzelzs sāļu veidotie floki ir lieli un blīvi, tiem nepieciešama mazāka deva, un tie labi darbojas zemā temperatūrā ar plašu piemērotu pH diapazonu (no 5.0 līdz 11). Tomēr dzelzs sāļi var būt kodīgi iekārtām, tādēļ lietošanas laikā ir rūpīgi jāuzrauga iekārtu un cauruļvadu stāvoklis. Alumīnija sāļiem pēc apstrādes ir īsāks nosēšanās laiks un zemāka krāsa, taču to efektivitāte ir ļoti atkarīga no pH. Turklāt augsts Al³⁺ atlieku līmenis ūdenī var izraisīt sekundāru piesārņojumu, potenciāli izraisot Alcheimera slimību un anēmiju, nonākot cilvēka organismā, tāpēc īpaši jāuzmanās, lai izvairītos no sekundārā piesārņojuma.
Šie zemas molekulmasas koagulanti ir lēti un plaši iegūti, taču tiem ir tādas problēmas kā liels lietošanas daudzums, ievērojama dūņu veidošanās un zema efektivitāte. Tāpēc notiek pakāpeniska pāreja no mazmolekulārajiem neorganiskiem koagulantiem uz lielmolekulārajiem koagulantiem. Pašlaik plaši izmantotie lielmolekulārie neorganiskie koagulanti ir polimēru alumīnija koagulanti, polimēru dzelzs koagulanti, reaktīvie silīcija dioksīda koagulanti un kompozītmateriālu koagulanti. To darbība galvenokārt balstās uz savienojošo efektu, uzrādot tādas priekšrocības kā mazāka pH un temperatūras jutība, stabila adsorbcijas iedarbība, mazāka deva un mazāk paliekoša krāsa. Pēdējos gados pakāpeniski ir palielinājies augstas molekulmasas neorganisko koagulantu ražošanas apjoms, kas veido 80% no kopējās koagulantu ražošanas, īpaši uzrādot būtisku ietekmi augsta duļķainuma notekūdeņu attīrīšanā.
02 Organisko polimēru koagulanti
Organisko koagulantu darbības principi galvenokārt ietver:
(1)koloidālo daļiņu adsorbcija ar ūdeņraža saiti, elektrostatisko mijiedarbību un van der Vālsa spēkiem;
(2) polimēru ķēdes segmenti atvieglo daļiņu nogulsnēšanos, izmantojot tilta adsorbcijas mehānismu. Salīdzinot ar neorganiskajiem koagulantiem, organisko polimēru koagulantiem ir tādas priekšrocības kā labāka apstrādes efektivitāte, īsāks flokulācijas laiks, piemērotība zemām temperatūrām, plašs pH diapazons un mazāka dūņu veidošanās.
Organiskos polimēru koagulantus var iedalīt divās kategorijās: dabīgie modificētie polimēru koagulanti un sintētiskie polimēru koagulanti. Sintētiskajiem polimēru koagulantiem ir kontrolējama un salīdzinoši augsta molekulmasa, un tie var ievadīt ķēdes segmentos lielāku skaitu funkcionālo grupu, nodrošinot lielisku flokulācijas efektu. Pašlaik Ķīnas tirgū reprezentatīvākais sintētiskais polimēru koagulants ir poliakrilamīds (PAM) un tā atvasinājumi, kas veido 80% no kopējā tirgus.
Atšķirībā no sintētiskajiem polimēriem, kuriem ir augstas ražošanas izmaksas un toksiskums videi, dabīgiem modificētiem polimēru koagulantiem ir tādas priekšrocības kā plaša pieejamība, zemākas izmaksas, drošība, netoksicitāte un pielāgojamas molekulārās īpašības. Dabiski modificētie polimēru koagulanti galvenokārt ietver cietes atvasinājumus, hitozānu, celulozi, guāra sveķus un citus augu izcelsmes sveķus, olbaltumvielas un aļģes, kuras visas var iegūt no augiem un dzīvniekiem.
Piemēram, modificētas cietes molekulas var sasniegt izcilus flokulācijas efektus; katjonu ēterificētā ciete un tās atvasinājumi var efektīvi flokulēt negatīvi lādētas daļiņas, savukārt sazarotām cietes struktūrām ir spēcīga flokulācijas ietekme uz smago metālu joniem, piemēram, varu, dzīvsudrabu un svinu. Cietes potēšanas kopolimēri, kas kopolimerizēti ar citiem monomēriem, var arī efektīvi noņemt smago metālu jonus. Hitozāna modifikāciju var panākt, izmantojot tādas metodes kā potēšana, esterifikācija, šķērssaistīšana un alkilēšana. Dažādu veidu dabīgie polimēru koagulanti var iegūt virkni vēlamo īpašību, veicot ķīmiskas modifikācijas un modifikācijas, lai apmierinātu praktiskās ražošanas un ikdienas dzīves vajadzības.
03 Mikrobu flokulanti
Mikrobu flokulanti ir augstas molekulmasas produkti un biomasa, ko rada noteiktu kultivētu mikroorganismu augšana un metabolisms noteiktā stadijā. Tie var izraisīt cieto suspendēto daļiņu agregāciju un sedimentāciju notekūdeņos, tādējādi sasniedzot ūdenstilpņu attīrīšanas mērķi. Mikrobu flokulantiem ir plašs avotu klāsts, un tie ir rentabli; tie parasti sastāv no polisaharīdiem, olbaltumvielām, DNS ķēdēm, glikoproteīniem un poliaminoskābēm. Tie var dabiski noārdīties, neizraisot sekundāru piesārņojumu.
Ir daudz mikroorganismu, kas spēj ražot flokulantus, kurus var viegli industrializēt, izstrādājot maršrutu. Tomēr pētījumi par mikrobu flokulantiem Ķīnā joprojām ir ierobežoti, un pašreizējie pētījumi galvenokārt ir laboratorijas līmenī, tālu no rūpnieciskās ražošanas sasniegšanas.
Flokulantu attīstības perspektīvas
Flokulantiem ir plašs pielietojums notekūdeņu attīrīšanā, efektīvi noņemot dažādus suspendētos vai šķīstošos piemaisījumus, metālu jonus, baktērijas, vīrusus un citus piesārņotājus. Tie palīdz panākt deoksigenāciju, atkrāsošanu un fosfora atdalīšanu, kā rezultātā notekūdeņi tiek attīrīti bez piesārņojuma un resursu ziņā efektīvi. Turpinot pētījumus, flokulantu veidi, ko izmanto notekūdeņu attīrīšanā Ķīnā, ir pārgājuši no mazmolekulārajiem neorganiskajiem flokulantiem uz lielmolekulārajiem organiskajiem flokulantiem un no vienreizējiem uz kompozītmateriāliem, lai panāktu efektivitāti, rentabilitāti un videi draudzīgumu.
Salīdzinājumā ar neorganiskiem flokulantiem un plaši izmantotajiem sintētiskajiem lielmolekulārajiem flokulantiem, dabīgiem lielmolekulāriem flokulantiem ir atšķirīgas priekšrocības, piemēram, plaša pieejamība, zemas izmaksas, drošība, netoksiskums un videi draudzīgums. Rūpnieciskajiem notekūdeņiem bieži ir liela tilpuma, sarežģīts sastāvs un tie sastāv no stabilām dispersijām; tādējādi viens flokulants nevar efektīvi noņemt visus komponentus.
Pēdējā laikā ir vērojama tendence izmantot neorganisko-organisko un neorganisko-mikrobu kompozītmateriālu flokulantus, izmantojot neorganisko-organisko flokulantu sinerģisko iedarbību. Pirmkārt, neorganiskie flokulanti neitralizē lādiņus un agregē piemaisījumus lielos molekulāros klasteros, kam seko organiskie lielmolekulārie flokulanti, kas satver šīs kopas, izmantojot tilta darbību efektīvai sedimentācijai. Neorganisko flokulantu izmantošana var samazināt nepieciešamo organisko flokulantu daudzumu, panākot optimālus rezultātus ar zemākām izmaksām. Tomēr īpašas formulas un devas ir nepārtraukti jāpārbauda atbilstoši notekūdeņu veidiem.
Pašlaik parasti tiek izmantoti polialumīnija hlorīda-poliakrilamīda kompozītmateriālu flokulanti, un tiem ir laba efektivitāte; tomēr tie rada noteiktus vides riskus. Turpmākie pētījumi varētu būt vērsti uz polimēru silīcija dioksīda neorganisko flokulantu apvienošanu ar dabīgiem organiskiem lielmolekulāriem flokulantiem, lai uzlabotu videi draudzīgumu. Ja var panākt mikrobu flokulantu rūpniecisko ražošanu, neorganisko-mikrobu kompozītmateriālu flokulantu sistēmām arī jāsniedz izcili apstrādes rezultāti.
Ūdens kvalitātes pasliktināšanās cilvēku ražošanas darbības dēļ ir padarījusi notekūdeņu attīrīšanu nepiesārņojošu un resursus taupošu par neatliekamu problēmu. Izmantojot atbilstošas flokulācijas metodes un līdzekļus, par zemām izmaksām var sasniegt izcilus ārstēšanas rezultātus. Pašlaik flokulanti ir pārgājuši no zemas molekulmasas uz lielu molekulmasu un no viena tipa uz kompozītmateriālu tipu, efektīvi noņemot no notekūdeņiem suspendētos un izšķīdušos piemaisījumus, smagos metālus un krāsas.