Szerző: Kate
Email:kate@aquasust.com
Időpont: 2024. november 13
Az ipari és háztartási tevékenységek hatalmas mennyiségű vízforrást fogyasztanak és jelentős szennyvizet termelnek, ami sok országban vízhiányhoz és a vízminőség romlásához vezet. Ezért a szennyvíz szennyezésmentes tisztításának és újrahasznosításának elérése sürgős probléma, amellyel foglalkozni kell. Az ipari szennyvíztisztításban széles körben alkalmazott koagulációs és ülepítési módszer egyszerűen kezelhető és költséghatékony. Az általánosan használt koagulánsok három fő kategóriába sorolhatók: szervetlen koagulánsok, szerves polimer koagulánsok és mikrobiális koagulánsok. Ezek közül jelenleg az olcsó szervetlen koagulánsok a legelterjedtebbek, míg a szerves koagulánsok mutatják a legjobb kezelési hatást. A mikrobiális koagulánsok még laboratóriumi kutatási fázisban vannak. A hatékony, biztonságos és gazdaságos új kompozit koagulánsok fejlesztése a koagulánsfejlesztés jövőjének fő irányvonala.
A koagulánsok osztályozása
A koaguláció legszélesebb körben elfogadott mechanizmusa két folyamatot foglal magában: a koagulációt és a flokkulációt. A koagulációs folyamat a kolloid részecskék destabilizálására és kis aggregátumok képződésére utal; a pelyhesedési folyamat során ezek a kis aggregátumok a koaguláns hatására összekapcsolódnak, és nagyobb pelyheket képeznek. A koagulánsok elsődleges mechanizmusai közé tartozik a kettős elektromos réteg összenyomása, az adszorpciós áthidaló hatás és az elsöprő flokkuláció, amelyek a vízben lévő kolloid részecskéket destabilizálják, aggregációjukhoz, ülepedéshez vezetnek, így érik el a flokkulációs hatást. A gyakori koagulánsok három fő kategóriába sorolhatók: szervetlen koagulánsok, szerves polimer koagulánsok és mikrobiális koagulánsok.
01 Szervetlen koagulánsok
A szervetlen koagulánsok működési elve magában foglalja a kettős elektromos rétegű kompressziót és a töltéssemlegesítést. A koagulánsok a szennyvízben ellenionokat képeznek, amelyek összenyomják a kettős elektromos réteget, aminek következtében a kolloidok zéta-potenciálja csökken, aminek következtében a felületen lévő hidratációs réteg eltűnik, destabilizálja a kolloidokat. Ezt követően a töltött kolloid részecskék intermolekuláris kölcsönhatások és elektrosztatikus erők révén aggregálódnak, és nagy, sűrű pelyheket alkotnak.
A szervetlen koagulánsok különböző szempontok alapján kategorizálhatók: anionos összetételük alapján szulfát- és kloridalapúakra oszthatók; molekulatömeg alapján nagy és kis molekulatömegűekbe sorolhatók; és a fémsók típusa szerint vassókra (például vas-klorid, vas-szulfát és vas-szulfát) és alumíniumsókra (például alumínium-szulfátra, kálium-alumínium-szulfátra és nátrium-aluminátra) sorolhatók.
A vassók által képzett pelyhek nagyok és sűrűek, kisebb adagolást igényelnek, és alacsony hőmérsékleten, széles, megfelelő pH-tartományban (5.0 és 11 között) jól teljesítenek. A vassók azonban maró hatásúak lehetnek a berendezésekre, ezért használat közben a berendezések és a csővezetékek állapotának szoros figyelemmel kísérése szükséges. Az alumíniumsók ülepedési ideje rövidebb, színük pedig alacsonyabb a kezelés után, de hatékonyságuk erősen pH-függő. Ezenkívül az Al³⁺ magas maradék szintje a vízben másodlagos szennyezéshez vezethet, ami az emberi szervezetbe kerülve Alzheimer-kórt és vérszegénységet okozhat, ezért különös gondot kell fordítani a másodlagos szennyezés elkerülésére.
Ezek az alacsony molekulatömegű koagulánsok olcsók és széles körben beszerezhetők, de olyan problémákkal járnak, mint a nagy felhasználási mennyiség, jelentős iszaptermelés és gyenge hatékonyság. Emiatt fokozatos eltolódás következik be a kis molekulatömegű szervetlen koagulánsokról a nagy molekulájú szervetlen koagulánsokra. Jelenleg az általánosan használt nagy molekulájú szervetlen koagulánsok közé tartoznak a polimer alumínium koagulánsok, a polimer vas koagulánsok, a reaktív szilícium-dioxid koagulánsok és az összetett koagulánsok. Hatásuk elsősorban az áthidaló hatáson alapul, és olyan előnyökkel jár, mint a kisebb pH- és hőmérséklet-érzékenység, stabil adszorpciós hatás, alacsonyabb adagolás és kevésbé maradó szín. Az elmúlt években a nagy molekulatömegű szervetlen koagulánsok gyártási skálája fokozatosan nőtt, és a teljes koagulánstermelés 80%-át teszi ki, különösen a nagy zavarosságú szennyvíz kezelésében mutat jelentős hatást.
02 Szerves polimer koagulánsok
A szerves koagulánsok működési elvei elsősorban a következők:
(1)kolloid részecskék adszorpciója hidrogénkötéssel, elektrosztatikus kölcsönhatásokkal és van der Waals erőkkel;
(2) a polimer lánc szegmensei egy áthidaló adszorpciós mechanizmus révén elősegítik a részecskék leülepedését. A szervetlen koagulánsokhoz képest a szerves polimer koagulánsoknak olyan előnyei vannak, mint a jobb kezelési hatékonyság, rövidebb flokkulációs idő, alacsony hőmérsékleten való alkalmazhatóság, széles pH-tartomány és kisebb iszaptermelés.
A szerves polimer koagulánsok két kategóriába sorolhatók: természetes módosított polimer koagulánsok és szintetikus polimer koagulánsok. A szintetikus polimer koagulánsok szabályozható és viszonylag nagy molekulatömegűek, és nagyobb számú funkciós csoportot tudnak bevinni a láncszegmensekbe, kiváló flokkulációs hatást biztosítva. Jelenleg a kínai piacon a legreprezentatívabb szintetikus polimer koaguláns a poliakrilamid (PAM) és származékai, amelyek a teljes piac 80%-át teszik ki.
A szintetikus polimerekkel szemben, amelyeknek magas a gyártási költsége és környezeti toxicitása, a természetes módosított polimer koagulánsoknak olyan előnyei vannak, mint a széles körű hozzáférhetőség, az alacsonyabb költségek, a biztonság, a nem toxicitás és a testreszabható molekuláris jellemzők. A természetes módosított polimer koagulánsok főként keményítőszármazékokat, kitozánt, cellulózt, guargumit és más növényi alapú mézgákat, fehérjéket és algákat tartalmaznak, amelyek mindegyike növényekből és állatokból származhat.
Például a módosított keményítőmolekulák kiváló flokkulációs hatást érhetnek el; A kationos éterezett keményítő és származékai hatékonyan flokkulálhatják a negatív töltésű részecskéket, míg az elágazó láncú keményítőszerkezetek erős pelyhesítő hatást fejtenek ki olyan nehézfém-ionokra, mint a réz, higany és ólom. Más monomerekkel kopolimerizált keményítő ojtott kopolimerek is hatékonyan eltávolíthatják a nehézfém-ionokat. A kitozán módosítása olyan módszerekkel érhető el, mint az ojtással, észterezéssel, térhálósítással és alkilezéssel. A különböző típusú természetes polimer koagulánsok a gyakorlati termelés és a mindennapi élet igényeinek kielégítése érdekében kémiai módosításokkal és módosításokkal egy sor kívánt tulajdonságot érhetnek el.
03 Mikrobiális flokkulálószerek
A mikrobiális flokkulálószerek olyan nagy molekulatömegű termékek és biomassza, amelyek meghatározott tenyésztett mikroorganizmusok növekedése és metabolizmusa során keletkeznek egy bizonyos szakaszban. Szennyvízben szilárd lebegő részecskék aggregációját és ülepedését idézhetik elő, ezzel elérve a víztestek tisztításának célját. A mikrobiális flokkulálószerek sokféle forrásból származnak, és költséghatékonyak; általában poliszacharidokból, fehérjékből, DNS-láncokból, glikoproteinekből és poliaminosavakból állnak. Természetesen lebomlanak anélkül, hogy másodlagos szennyezést okoznának.
Számos mikroorganizmus képes flokkulálószer előállítására, amelyek útvonaltervezéssel könnyen iparosíthatók. A mikrobiális pelyhesítő anyagokkal kapcsolatos kutatások azonban Kínában még mindig korlátozottak, és a jelenlegi tanulmányok többnyire laboratóriumi szinten zajlanak, távol az ipari termelés elérésétől.
A flokkulálószerek fejlődési kilátásai
A flokkulálószerek széles körben alkalmazhatók a szennyvízkezelésben, hatékonyan távolítják el a különféle szuszpendált vagy oldható szennyeződéseket, fémionokat, baktériumokat, vírusokat és egyéb szennyező anyagokat. Segítenek elérni az oxigéntelenítést, színtelenítést és a foszfor eltávolítását, ami nem szennyező és erőforrás-hatékony szennyvízkezelést eredményez. A folyamatban lévő kutatások során a Kínában a szennyvíztisztításban használt pelyhesítőszerek típusai az alacsony molekulatömegű szervetlen pelyhesítőszerekről a nagy molekulatömegű szerves flokkulálószerekre, az egyszeres típusokról pedig az összetett típusokra váltak át, a hatékonyság, a költséghatékonyság és a környezetbarátság érdekében.
A szervetlen pelyhesítő szerekhez és a széles körben használt szintetikus, nagy molekulatömegű flokkulálószerekhez képest a természetes nagy molekulatömegű flokkulálószereknek egyértelmű előnyei vannak, mint például a széles körű hozzáférhetőség, az alacsony költség, a biztonság, a nem toxicitás és a környezetbarátság. Az ipari szennyvíz gyakran nagy térfogatú, összetett összetételű, és stabil diszperziókból áll; így egyetlen flokkulálószer nem távolíthatja el hatékonyan az összes komponenst.
A közelmúltban a szervetlen-szerves és szervetlen-mikrobiális kompozit flokkulálószerek alkalmazása irányába mutatott irányzat, kihasználva a szervetlen-szerves flokkulálószerek szinergetikus hatását. Először is, a szervetlen pelyhesítő szerek semlegesítik a töltéseket és a szennyeződéseket nagy molekuláris klaszterekké halmozzák fel, majd a szerves, nagy molekulatömegű flokkulálószerek, amelyek áthidaló tevékenység révén ragadják meg ezeket a klasztereket a hatékony ülepítés érdekében. A szervetlen pelyhesítő szerek használatával csökkenthető a szükséges szerves pelyhesítőszerek mennyisége, és optimális eredmény érhető el alacsonyabb költséggel. A meghatározott készítményeket és adagolásokat azonban folyamatosan tesztelni kell a szennyvíztípusok szerint.
Jelenleg a polialumínium-klorid-poliakrilamid kompozit flokkulálószereket gyakran használják, és jó hatékonyságot mutatnak; azonban bizonyos környezeti kockázatokat rejtenek magukban. A jövőbeli kutatások a polimer szilícium-dioxid szervetlen pelyhesítő szerek és a természetes szerves, nagy molekulájú flokkulálószerek kombinálására összpontosíthatnak a környezetbarátság fokozása érdekében. Ha megvalósítható a mikrobiális pelyhesítő szerek ipari előállítása, akkor a szervetlen-mikrobiális kompozit flokkuláló rendszerek is kiváló kezelési eredményeket hoznak.
A vízminőség emberi termelési tevékenység miatti romlása sürgetővé tette a szennyvíz szennyezésmentes és erőforrás-hatékony kezelését. Megfelelő flokkulációs módszerek és szerek alkalmazásával alacsony költségek mellett kiváló kezelési eredmény érhető el. Jelenleg a flokkulálószerek alacsony molekulatömegűről nagy molekulatömegűre, az egytípusúról kompozit típusúra váltottak, hatékonyan eltávolítva a szennyvízből a lebegő és oldott szennyeződéseket, nehézfémeket és színezékeket.