Автор: Кейт
Email:kate@aquasust.com
Дата: 13 листопада 2024 р
Промислова та побутова діяльність споживає величезну кількість водних ресурсів і створює значну кількість стічних вод, що призводить до проблем дефіциту води та погіршення якості води в багатьох країнах. Тому досягнення екологічно чистого очищення та переробки стічних вод є актуальною проблемою, яка потребує вирішення. Метод коагуляції і седиментації простий в експлуатації і економічно вигідний, широко застосовується при очищенні промислових стічних вод. Зазвичай використовувані коагулянти можна розділити на три основні категорії: неорганічні коагулянти, органічні полімерні коагулянти та мікробні коагулянти. Серед них наразі найбільш широко використовуються недорогі неорганічні коагулянти, тоді як органічні коагулянти демонструють найкращий ефект обробки. Мікробні коагулянти ще знаходяться на стадії лабораторних досліджень. Розробка ефективних, безпечних і економічних нових композитних коагулянтів є головною тенденцією майбутнього розвитку коагулянтів.
Класифікація коагулянтів
Найбільш широко визнаний механізм коагуляції включає два процеси: коагуляцію та флокуляцію. Процес коагуляції відноситься до дестабілізації колоїдних частинок і утворення дрібних агрегатів; процес флокуляції передбачає з’єднання цих дрібних агрегатів під впливом коагулянту з утворенням більших пластівців. Основні механізми коагулянтів включають стиснення подвійного електричного шару, адсорбційно-мостиковий ефект і розгорнуту флокуляцію, які дестабілізують колоїдні частинки у воді, що призводить до їх агрегації та осідання, таким чином досягаючи ефекту флокуляції. Загальні коагулянти можна розділити на три основні категорії: неорганічні коагулянти, органічні полімерні коагулянти та мікробні коагулянти.
01 Неорганічні коагулянти
Принцип дії неорганічних коагулянтів полягає в подвійному стисненні електричного шару і нейтралізації заряду. Коагулянти утворюють у стічній воді протиіони, які стискають подвійний електричний шар, що призводить до зниження дзета-потенціалу колоїдів, що призводить до зникнення шару гідратації на поверхні, дестабілізації колоїдів. Згодом заряджені колоїдні частинки агрегують через міжмолекулярну взаємодію та електростатичні сили, утворюючи великі щільні пластівці.
Неорганічні коагулянти можна класифікувати за різними критеріями: за аніонним складом їх можна поділити на сульфатні та хлоридні; за молекулярною масою їх можна класифікувати на високомолекулярні і низькомолекулярні; і за типом солей металів їх можна класифікувати на солі заліза (наприклад, хлорид заліза, сульфат заліза та сульфат заліза) та солі алюмінію (такі як сульфат алюмінію, сульфат калію, алюмінію та алюмінат натрію).
Флокули, утворені солями заліза, великі та щільні, вимагають меншого дозування, і вони добре працюють при низьких температурах із широким відповідним діапазоном pH (між 5.0 та 11). Однак солі заліза можуть викликати корозію обладнання, що вимагає ретельного моніторингу стану обладнання та трубопроводів під час використання. Солі алюмінію мають коротший час осідання та менший колір після обробки, але їх ефективність сильно залежить від рН. Крім того, високі залишкові рівні Al³⁺ у воді можуть призвести до вторинного забруднення, що потенційно може спричинити хворобу Альцгеймера та анемію при потраплянні в організм людини, тому слід приділяти особливу увагу, щоб уникнути вторинного забруднення.
Ці низькомолекулярні коагулянти є недорогими та широко доступними, але мають такі проблеми, як велика кількість використання, значне утворення осаду та низька ефективність. Тому відбувається поступовий перехід від низькомолекулярних неорганічних коагулянтів до високомолекулярних. В даний час широко використовувані високомолекулярні неорганічні коагулянти включають полімерні алюмінієві коагулянти, полімерні залізні коагулянти, реактивні кремнеземні коагулянти та композитні коагулянти. Їхня дія в першу чергу залежить від ефекту сполучення, демонструючи такі переваги, як менша чутливість до рН і температури, стабільні ефекти адсорбції, менше дозування та менший залишковий колір. В останні роки масштаб виробництва високомолекулярних неорганічних коагулянтів поступово збільшувався, становлячи 80% загального виробництва коагулянтів, особливо демонструючи значний ефект при обробці стічних вод з високою каламутністю.
02 Органічні полімерні коагулянти
До принципів дії органічних коагулянтів в першу чергу відносяться:
(1)адсорбція колоїдних частинок через водневі зв'язки, електростатичну взаємодію та сили Ван-дер-Ваальса;
(2) сегменти полімерного ланцюга сприяють осіданню частинок через мостовий адсорбційний механізм. Порівняно з неорганічними коагулянтами органічні полімерні коагулянти мають такі переваги, як краща ефективність обробки, коротший час флокуляції, придатність для низьких температур, широкий діапазон рН і менше утворення осаду.
Органічні полімерні коагулянти можна розділити на дві категорії: природні модифіковані полімерні коагулянти та синтетичні полімерні коагулянти. Синтетичні полімерні коагулянти мають контрольовану та відносно високу молекулярну масу, і вони можуть вводити більшу кількість функціональних груп у сегменти ланцюга, забезпечуючи чудовий ефект флокуляції. В даний час найбільш представницьким синтетичним полімерним коагулянтом на китайському ринку є поліакриламід (ПАМ) і його похідні, на частку яких припадає 80% загального ринку.
На відміну від синтетичних полімерів, які мають високу вартість виробництва та токсичність для навколишнього середовища, природні модифіковані полімерні коагулянти мають такі переваги, як широка доступність, нижча вартість, безпека, нетоксичність і молекулярні характеристики, які можна налаштувати. Природні модифіковані полімерні коагулянти в основному включають похідні крохмалю, хітозан, целюлозу, гуарову камедь та інші камеді рослинного походження, білки та водорості, усі з яких можуть бути отримані з рослин і тварин.
Наприклад, модифіковані молекули крохмалю можуть досягти чудових ефектів флокуляції; катіонний етерифікований крохмаль і його похідні можуть ефективно флокулювати негативно заряджені частинки, тоді як розгалужені структури крохмалю мають сильний флокуляційний вплив на іони важких металів, таких як мідь, ртуть і свинець. Прищеплені крохмальні сополімери, кополімеризовані з іншими мономерами, також можуть ефективно видаляти іони важких металів. Модифікація хітозану може бути досягнута такими методами, як щеплення, етерифікація, зшивання та алкілування. Різні типи природних полімерних коагулянтів можуть отримати ряд бажаних властивостей шляхом хімічної модифікації та модифікації для задоволення потреб практичного виробництва та повсякденного життя.
03 Мікробні флокулянти
Мікробні флокулянти - це високомолекулярні продукти та біомаса, що утворюються в результаті росту та метаболізму специфічних культивованих мікроорганізмів на певній стадії. Вони можуть викликати агрегацію та седиментацію твердих зважених часток у стічних водах, досягаючи таким чином мети очищення водойм. Мікробні флокулянти мають широкий спектр джерел і є економічно ефективними; вони, як правило, складаються з полісахаридів, білків, ланцюгів ДНК, глікопротеїнів і поліамінокислот. Вони можуть розкладатися природним шляхом, не викликаючи вторинного забруднення.
Існує багато мікроорганізмів, здатних виробляти флокулянти, які можна легко індустріалізувати шляхом розробки маршруту. Однак дослідження мікробних флокулянтів у Китаї все ще обмежені, і поточні дослідження здебільшого проводяться на лабораторному рівні, далеко не досягаючи промислового виробництва.
Перспективи розвитку флокулянтів
Флокулянти мають широкий спектр застосування в очищенні стічних вод, ефективно видаляючи різні зважені або розчинні домішки, іони металів, бактерії, віруси та інші забруднюючі речовини. Вони допомагають досягти деоксигенації, знебарвлення та видалення фосфору, що призводить до екологічно чистої та ресурсоефективної очистки стічних вод. У зв’язку з постійним прогресом досліджень типи флокулянтів, які використовуються для очищення стічних вод у Китаї, перейшли від низькомолекулярних неорганічних флокулянтів до високомолекулярних органічних флокулянтів і від одноразових до композитних типів, прагнучи до ефективності, економічності та екологічності.
Порівняно з неорганічними флокулянтами та широко використовуваними синтетичними високомолекулярними флокулянтами природні високомолекулярні флокулянти мають явні переваги, такі як широка доступність, низька вартість, безпека, нетоксичність та екологічність. Промислові стічні води часто мають великий об’єм, складний склад і складаються зі стабільних дисперсій; таким чином, один флокулянт може не ефективно видалити всі компоненти.
Останнім часом спостерігається тенденція до використання неорганіко-органічних і неорганіко-мікробних композиційних флокулянтів, використовуючи синергічний ефект неорганіко-органічних флокулянтів. По-перше, неорганічні флокулянти нейтралізують заряди та агрегують домішки у великі молекулярні кластери, потім органічні високомолекулярні флокулянти захоплюють ці кластери за допомогою сполучної дії для ефективного осадження. Використання неорганічних флокулянтів може зменшити кількість необхідних органічних флокулянтів, досягнувши оптимальних результатів за менших витрат. Однак конкретні склади та дозування необхідно постійно перевіряти відповідно до типів стічних вод.
В даний час поліалюмінієвий хлорид-поліакриламідний композитний флокулянт зазвичай використовується і показує хорошу ефективність; однак вони становлять певні екологічні ризики. Майбутні дослідження можуть бути зосереджені на поєднанні полімерних кремнеземних неорганічних флокулянтів з природними органічними високомолекулярними флокулянтами для підвищення екологічності. Якщо промислове виробництво мікробних флокулянтів може бути досягнуто, системи неорганічних і мікробних композитних флокулянтів також повинні дати чудові результати обробки.
Погіршення якості води внаслідок виробничої діяльності людини зробило актуальною проблему екологічно чисте та ресурсоефективне очищення стічних вод. Використання відповідних методів флокуляції та агентів може досягти чудових результатів обробки за низьких витрат. В даний час флокулянти перейшли від низькомолекулярних до високомолекулярних і від однотипних до композиційних, ефективно видаляючи зважені та розчинені домішки, важкі метали та барвники зі стічних вод.