Autor: Kate
Email:kate@aquasust.com
Datum: 13. listopadu 2024
Průmyslové a domácí činnosti spotřebovávají obrovské množství vodních zdrojů a vytvářejí značné množství odpadních vod, což v mnoha zemích vede k problémům s nedostatkem vody a klesající kvalitou vody. Dosažení čištění a recyklace odpadních vod bez znečištění je proto naléhavým problémem, který je třeba řešit. Metoda koagulace a sedimentace je jednoduchá na provoz a nákladově efektivní, široce používaná při čištění průmyslových odpadních vod. Běžně používané koagulanty lze rozdělit do tří hlavních kategorií: anorganické koagulanty, organické polymerní koagulanty a mikrobiální koagulanty. Mezi nimi jsou v současnosti nejpoužívanější nízkonákladové anorganické koagulanty, zatímco organické koagulanty vykazují nejlepší léčebné účinky. Mikrobiální koagulanty jsou stále ve fázi laboratorního výzkumu. Vývoj účinných, bezpečných a ekonomických nových kompozitních koagulantů je hlavním trendem budoucího vývoje koagulantů.
Klasifikace koagulantů
Nejrozšířenější mechanismus koagulace zahrnuje dva procesy: koagulaci a flokulaci. Proces koagulace se týká destabilizace koloidních částic a tvorby malých agregátů; proces flokulace zahrnuje tyto malé agregáty, které se pod vlivem koagulantu navzájem spojují za vzniku větších vloček. Mezi primární mechanismy koagulantů patří stlačení dvojité elektrické vrstvy, adsorpčně-přemosťující efekt a sweeping flokulace, které destabilizují koloidní částice ve vodě, což vede k jejich agregaci a usazování, čímž je dosaženo flokulačního efektu. Běžné koagulanty lze rozdělit do tří hlavních kategorií: anorganické koagulanty, organické polymerní koagulanty a mikrobiální koagulanty.
01 Anorganické koagulanty
Princip účinku anorganických koagulantů zahrnuje kompresi dvojité elektrické vrstvy a neutralizaci náboje. Koagulanty tvoří protiionty v odpadní vodě, které stlačují dvojitou elektrickou vrstvu, což má za následek snížení zeta potenciálu koloidů, což způsobí mizení hydratační vrstvy na povrchu, což destabilizuje koloidy. Následně se nabité koloidní částice agregují prostřednictvím intermolekulárních interakcí a elektrostatických sil za vzniku velkých hustých vloček.
Anorganické koagulanty lze kategorizovat na základě různých kritérií: podle aniontového složení je lze rozdělit na síranové a chloridové; podle molekulové hmotnosti je lze rozdělit na vysokomolekulární a nízkomolekulární; a podle typu kovových solí je lze rozdělit na soli železa (jako je chlorid železitý, síran železnatý a síran železitý) a soli hliníku (jako je síran hlinitý, síran hlinitodraselný a hlinitan sodný).
Vločky tvořené solemi železa jsou velké a husté, vyžadují menší dávkování a dobře fungují při nízkých teplotách se širokým vhodným rozsahem pH (mezi 5.{1}} a 11). Soli železa však mohou být pro zařízení korozivní, což vyžaduje pečlivé sledování stavu zařízení a potrubí během používání. Hliníkové soli mají kratší dobu usazování a nižší barvu po ošetření, ale jejich účinnost je vysoce závislá na pH. Kromě toho mohou vysoké zbytkové hladiny Al3⁺ ve vodě vést k sekundárnímu znečištění, které může při vstupu do lidského těla způsobit Alzheimerovu chorobu a anémii, proto je třeba věnovat zvláštní pozornost sekundárnímu znečištění.
Tato koagulační činidla s nízkou molekulovou hmotností jsou levná a mají široké zdroje, ale mají problémy, jako je vysoká spotřebovaná množství, významná produkce kalu a nízká účinnost. Proto dochází k postupnému posunu od nízkomolekulárních k vysokomolekulárním anorganickým koagulantům. V současné době běžně používané vysokomolekulární anorganické koagulanty zahrnují polymerní hliníková koagulanty, polymerní koagulanty železa, reaktivní silika koagulanty a kompozitní koagulanty. Jejich působení se primárně opírá o přemosťovací efekt, vykazující výhody, jako je menší citlivost na pH a teplotu, stabilní adsorpční účinky, nižší dávkování a menší zbytková barva. V posledních letech se rozsah výroby vysokomolekulárních anorganických koagulantů postupně zvyšuje a představuje 80 % celkové produkce koagulantů, což vykazuje významné účinky zejména při čištění vysoce zakalených odpadních vod.
02 Organické polymerní koagulanty
Principy působení organických koagulantů zahrnují především:
(1)adsorpce koloidních částic prostřednictvím vodíkových vazeb, elektrostatických interakcí a van der Waalsových sil;
(2) segmenty polymerního řetězce usnadňují usazování částic prostřednictvím přemosťovacího adsorpčního mechanismu. Ve srovnání s anorganickými koagulanty mají organické polymerní koagulanty výhody, jako je lepší účinnost úpravy, kratší doba flokulace, vhodnost pro nízké teploty, široký rozsah pH a menší produkce kalu.
Organické polymerní koagulanty lze rozdělit do dvou kategorií: přírodní modifikované polymerní koagulanty a syntetické polymerní koagulanty. Syntetické polymerní koagulanty mají regulovatelné a relativně vysoké molekulové hmotnosti a mohou zavést větší počet funkčních skupin do segmentů řetězce, což poskytuje vynikající flokulační účinky. V současnosti je nejreprezentativnějším syntetickým polymerním koagulantem na čínském trhu polyakrylamid (PAM) a jeho deriváty, které představují 80 % celkového trhu.
Na rozdíl od syntetických polymerů, které mají vysoké výrobní náklady a toxicitu pro životní prostředí, mají přírodní modifikované polymerní koagulanty výhody, jako je široká dostupnost, nižší náklady, bezpečnost, netoxicita a přizpůsobitelné molekulární charakteristiky. Přírodní modifikované polymerní koagulanty zahrnují především deriváty škrobu, chitosan, celulózu, guarovou gumu a další gumy na rostlinné bázi, proteiny a řasy, z nichž všechny mohou pocházet z rostlin a zvířat.
Například modifikované molekuly škrobu mohou dosáhnout vynikajících flokulačních účinků; kationtový etherifikovaný škrob a jeho deriváty mohou účinně flokulovat záporně nabité částice, zatímco struktury rozvětveného škrobu mají silné flokulační účinky na ionty těžkých kovů, jako je měď, rtuť a olovo. Škrobové roubované kopolymery kopolymerované s jinými monomery mohou také účinně odstraňovat ionty těžkých kovů. Modifikace chitosanu lze dosáhnout metodami, jako je roubování, esterifikace, síťování a alkylace. Různé typy přírodních polymerních koagulantů mohou získat řadu požadovaných vlastností prostřednictvím chemické modifikace a modifikace, aby vyhovovaly potřebám praktické výroby a každodenního života.
03 Mikrobiální flokulanty
Mikrobiální flokulanty jsou produkty s vysokou molekulovou hmotností a biomasa generovaná růstem a metabolismem specifických kultivovaných mikroorganismů v určité fázi. Mohou způsobit agregaci a sedimentaci pevných suspendovaných částic v odpadních vodách, čímž se dosáhne účelu čištění vodních útvarů. Mikrobiální flokulanty mají širokou škálu zdrojů a jsou nákladově efektivní; obecně se skládají z polysacharidů, proteinů, řetězců DNA, glykoproteinů a polyaminokyselin. Mohou se přirozeně rozkládat, aniž by způsobovaly sekundární znečištění.
Existuje mnoho mikroorganismů schopných produkovat flokulanty, které lze snadno industrializovat pomocí návrhu cesty. Výzkum mikrobiálních flokulantů v Číně je však stále omezený a současné studie jsou většinou na laboratorní úrovni, daleko od dosažení průmyslové výroby.
Perspektivy rozvoje flokulantů
Flokulanty mají širokou škálu aplikací při čištění odpadních vod, účinně odstraňují různé suspendované nebo rozpustné nečistoty, kovové ionty, bakterie, viry a další znečišťující látky. Pomáhají dosáhnout deoxygenace, odbarvení a odstranění fosforu, což vede k neznečišťujícímu a na zdroje efektivnímu čištění odpadních vod. S pokračujícím pokrokem ve výzkumu se typy flokulantů používaných při čištění odpadních vod v Číně změnily z nízkomolekulárních anorganických flokulantů na vysokomolekulární organické flokulanty a od jednoduchých ke kompozitním typům s cílem dosáhnout účinnosti, hospodárnosti a šetrnosti k životnímu prostředí.
Ve srovnání s anorganickými flokulanty a široce používanými syntetickými vysokomolekulárními flokulanty mají přírodní vysokomolekulární flokulanty výrazné výhody, jako je široká dostupnost, nízká cena, bezpečnost, netoxicita a šetrnost k životnímu prostředí. Průmyslové odpadní vody mají často velký objem, složité složení a sestávají ze stabilních disperzí; takže jediný flokulant nemusí účinně odstranit všechny složky.
V poslední době existuje trend k používání anorganicko-organických a anorganicko-mikrobiálních kompozitních flokulantů, využívajících synergické účinky anorganicko-organických flokulantů. Za prvé, anorganické flokulanty neutralizují náboje a agregují nečistoty do velkých molekulárních shluků, následují organické vysokomolekulární flokulanty, které tyto shluky zachycují pomocí přemosťování pro účinnou sedimentaci. Použití anorganických flokulantů může snížit množství potřebných organických flokulantů a dosáhnout tak optimálních výsledků při nižších nákladech. Konkrétní složení a dávkování je však nutné průběžně testovat podle typů odpadních vod.
V současné době se běžně používají polyaluminiumchlorid-polyakrylamidové kompozitní flokulanty, které vykazují dobrou účinnost; představují však určitá environmentální rizika. Budoucí výzkum by se mohl zaměřit na kombinování polymerních anorganických flokulantů oxidu křemičitého s přírodními organickými vysokomolekulárními flokulanty, aby se zvýšila šetrnost k životnímu prostředí. Pokud lze dosáhnout průmyslové výroby mikrobiálních flokulantů, měly by také anorganicko-mikrobiální kompozitní flokulanty poskytovat vynikající výsledky zpracování.
Zhoršení kvality vody v důsledku lidských výrobních činností způsobilo, že neznečišťující a z hlediska zdrojů efektivní čištění odpadních vod je naléhavým problémem. Použitím vhodných flokulačních metod a činidel lze dosáhnout vynikajících výsledků ošetření při nízkých nákladech. V současné době flokulanty přešly z nízkomolekulárních na vysokomolekulární a z jednotypových na kompozitní, účinně odstraňují suspendované a rozpuštěné nečistoty, těžké kovy a barvy z odpadních vod.