Autor: Kate
Email:kate@aquasust.com
Datum: 13. novembar 2024
Industrijske i kućne aktivnosti troše ogromne količine vodenih resursa i stvaraju značajne otpadne vode, što dovodi do problema oskudice vode i pada kvaliteta vode u mnogim zemljama. Stoga je postizanje tretmana bez zagađenja i recikliranje otpadnih voda hitan problem koji se mora riješiti. Metoda koagulacije i sedimentacije je jednostavna za rukovanje i isplativa, široko se primjenjuje u tretmanu industrijskih otpadnih voda. Često korišteni koagulansi mogu se klasificirati u tri glavne kategorije: neorganski koagulansi, organski polimerni koagulansi i mikrobni koagulansi. Među njima, trenutno se najviše koriste jeftini neorganski koagulansi, dok organski koagulansi pokazuju najbolje efekte liječenja. Mikrobni koagulansi su još uvijek u fazi laboratorijskog istraživanja. Razvoj efikasnih, sigurnih i ekonomičnih novih kompozitnih koagulanata glavni je trend za budući razvoj koagulanata.
Klasifikacija koagulanata
Najšire prihvaćeni mehanizam koagulacije uključuje dva procesa: koagulaciju i flokulaciju. Proces koagulacije se odnosi na destabilizaciju koloidnih čestica i stvaranje malih agregata; proces flokulacije uključuje ove male agregate koji se međusobno povezuju pod uticajem koagulanta kako bi se formirale veće flokule. Primarni mehanizmi koagulanata uključuju kompresiju dvostrukog električnog sloja, efekat adsorpcionog premošćavanja i flokulaciju koja destabilizuje koloidne čestice u vodi, što dovodi do njihovog agregacije i taloženja, čime se postiže efekat flokulacije. Uobičajeni koagulansi se mogu klasificirati u tri glavne kategorije: neorganski koagulansi, organski polimerni koagulansi i mikrobni koagulansi.
01 Neorganski koagulansi
Princip djelovanja neorganskih koagulanata uključuje dvostruku kompresiju električnog sloja i neutralizaciju naboja. Koagulansi stvaraju protujone u otpadnoj vodi, koji komprimiraju dvostruki električni sloj, što rezultira smanjenjem zeta potencijala koloida, uzrokujući da hidratacijski sloj na površini nestane, destabilizirajući koloide. Nakon toga, nabijene koloidne čestice se agregiraju kroz međumolekularne interakcije i elektrostatičke sile kako bi formirale velike, guste flokule.
Neorganski koagulansi se mogu kategorizirati na osnovu različitih kriterija: prema anjonskom sastavu mogu se podijeliti na sulfatne i na bazi klorida; po molekularnoj težini mogu se podijeliti na visokomolekularne i niskomolekularne; a prema vrsti soli metala, mogu se kategorizirati u soli željeza (kao što su željezni hlorid, željezov sulfat i feri sulfat) i soli aluminija (kao što su aluminij sulfat, kalijum aluminijum sulfat i natrijum aluminat).
Floke formirane od soli gvožđa su velike i guste, zahtijevaju manje doziranja i dobro djeluju na niskim temperaturama sa širokim odgovarajućim pH rasponom (između 5.0 i 11). Međutim, soli željeza mogu biti korozivne za opremu, što zahtijeva pažljivo praćenje stanja opreme i cjevovoda tokom upotrebe. Aluminijske soli imaju kraće vrijeme taloženja i nižu boju nakon tretmana, ali njihova učinkovitost je u velikoj mjeri ovisna o pH. Osim toga, visoki rezidualni nivoi Al³⁺ u vodi mogu dovesti do sekundarnog zagađenja, potencijalno uzrokujući Alchajmerovu bolest i anemiju pri ulasku u ljudsko tijelo, tako da se posebna pažnja mora posvetiti izbjegavanju sekundarnog zagađenja.
Ovi koagulansi niske molekularne težine su jeftini i širokog izvora, ali imaju probleme kao što su velike količine upotrebe, značajna proizvodnja mulja i slaba efikasnost. Stoga postoji postepeni pomak od niskomolekularnih ka visokomolekularnim neorganskim koagulansima. Trenutno, najčešće korišteni visokomolekularni neorganski koagulansi uključuju polimerne aluminijske koagulante, polimerne željezne koagulante, reaktivne silicijumske koagulante i kompozitne koagulante. Njihovo djelovanje prvenstveno se zasniva na efektu premošćivanja, pokazujući prednosti kao što su manja osjetljivost na pH i temperaturu, stabilni efekti adsorpcije, niža doza i manje zaostale boje. Posljednjih godina, obim proizvodnje visokomolekularnih neorganskih koagulanata se postepeno povećava, čineći 80% ukupne proizvodnje koagulanata, posebno pokazujući značajne efekte u tretmanu otpadnih voda visoke zamućenosti.
02 Organski polimerni koagulansi
Principi djelovanja organskih koagulanata prvenstveno uključuju:
(1)adsorpcija koloidnih čestica kroz vodoničnu vezu, elektrostatičke interakcije i van der Waalsove sile;
(2) segmenti polimernog lanca olakšavaju taloženje čestica kroz mehanizam adsorpcije za premošćivanje. U poređenju sa neorganskim koagulansima, organski polimerni koagulansi imaju prednosti kao što su bolja efikasnost tretmana, kraće vreme flokulacije, pogodnost za niske temperature, širok raspon pH vrednosti i manja proizvodnja mulja.
Organski polimerni koagulansi mogu se podijeliti u dvije kategorije: prirodni modificirani polimerni koagulansi i sintetički polimerni koagulansi. Sintetički polimerni koagulansi imaju kontrolnu i relativno visoku molekulsku masu, te mogu uvesti veći broj funkcionalnih grupa u segmente lanca, pružajući odlične efekte flokulacije. Trenutno najreprezentativniji sintetički polimerni koagulant na kineskom tržištu je poliakrilamid (PAM) i njegovi derivati, koji čine 80% ukupnog tržišta.
Za razliku od sintetičkih polimera, koji imaju visoke troškove proizvodnje i toksičnost za okoliš, prirodni modificirani polimerni koagulansi imaju prednosti kao što su široka dostupnost, niži troškovi, sigurnost, netoksičnost i prilagodljive molekularne karakteristike. Prirodni modificirani polimerni koagulansi uglavnom uključuju derivate škroba, hitozan, celulozu, guar gumu i druge biljne gume, proteine i alge, od kojih se svi mogu dobiti iz biljaka i životinja.
Na primjer, modificirane molekule škroba mogu postići odlične efekte flokulacije; katjonski eterifikovani skrob i njegovi derivati mogu efikasno flokulirati negativno nabijene čestice, dok razgranate strukture škroba imaju jake efekte flokulacije na jone teških metala kao što su bakar, živa i olovo. Graft kopolimeri škroba kopolimerizovani sa drugim monomerima takođe mogu efikasno ukloniti jone teških metala. Modifikacija hitozana može se postići metodama kao što su kalemljenje, esterifikacija, umrežavanje i alkilacija. Različiti tipovi prirodnih polimernih koagulanata mogu dobiti niz željenih svojstava kroz kemijske modifikacije i modifikacije kako bi zadovoljili potrebe praktične proizvodnje i svakodnevnog života.
03 Mikrobni flokulanti
Mikrobni flokulanti su proizvodi visoke molekularne težine i biomasa nastali rastom i metabolizmom specifičnih kultiviranih mikroorganizama u određenoj fazi. Oni mogu uzrokovati agregaciju i taloženje čvrstih suspendiranih čestica u otpadnoj vodi, čime se postiže svrha pročišćavanja vodnih tijela. Mikrobni flokulanti imaju širok spektar izvora i isplativi su; općenito se sastoje od polisaharida, proteina, DNK lanaca, glikoproteina i poliaminokiselina. Mogu se prirodno degradirati bez izazivanja sekundarnog zagađenja.
Postoji mnogo mikroorganizama sposobnih za proizvodnju flokulanta, koji se mogu lako industrijalizirati kroz dizajn rute. Međutim, istraživanja o mikrobnim flokulantima u Kini su još uvijek ograničena, a trenutne studije su uglavnom na laboratorijskom nivou, daleko od postizanja industrijske proizvodnje.
Perspektive razvoja flokulanata
Flokulanti imaju širok spektar primjena u tretmanu otpadnih voda, efikasno uklanjajući razne suspendirane ili rastvorljive nečistoće, metalne jone, bakterije, viruse i druge zagađivače. Pomažu u postizanju deoksigenacije, dekolorizacije i uklanjanja fosfora, što rezultira nezagađujućim i resursno efikasnim tretmanom otpadnih voda. Sa tekućim napretkom istraživanja, tipovi flokulanata koji se koriste u prečišćavanju otpadnih voda u Kini prešli su s niskomolekularnih neorganskih flokulanata na visokomolekularne organske flokulante i sa pojedinačnih na kompozitne tipove, s ciljem efikasnosti, isplativosti i ekološke prihvatljivosti.
U poređenju sa neorganskim flokulantima i široko korištenim sintetičkim visokomolekularnim flokulantima, prirodni visokomolekularni flokulanti imaju jasne prednosti kao što su široka dostupnost, niska cijena, sigurnost, netoksičnost i ekološka prihvatljivost. Industrijske otpadne vode su često velike zapremine, složenog sastava i sastoje se od stabilnih disperzija; stoga, jedan flokulant možda neće efikasno ukloniti sve komponente.
Nedavno je postojao trend upotrebe anorgansko-organskih i anorgansko-mikrobnih kompozitnih flokulanata, koristeći sinergističke efekte neorgansko-organskih flokulanata. Prvo, neorganski flokulanti neutraliziraju naboje i agregatne nečistoće u velike molekularne klastere, nakon čega slijede organski visokomolekularni flokulanti koji hvataju ove klastere kroz djelovanje premošćavanja za efikasnu sedimentaciju. Upotreba neorganskih flokulanata može smanjiti potrebnu količinu organskih flokulanata, postižući optimalne rezultate uz nižu cijenu. Međutim, specifične formulacije i doze moraju se kontinuirano testirati prema vrstama otpadnih voda.
Trenutno se polialuminij hlorid-poliakrilamid kompozitni flokulanti obično koriste i pokazuju dobru efikasnost; međutim, oni predstavljaju određene rizike po životnu sredinu. Buduća istraživanja bi se mogla fokusirati na kombiniranje polimernih silicijumskih anorganskih flokulanata sa prirodnim organskim visokomolekularnim flokulantima kako bi se poboljšala ekološka prihvatljivost. Ako se industrijska proizvodnja mikrobnih flokulanata može postići, neorgansko-mikrobni kompozitni flokulantski sistemi bi također trebali dati odlične rezultate tretmana.
Pogoršanje kvaliteta vode zbog ljudskih proizvodnih aktivnosti učinilo je prečišćavanje otpadnih voda koje ne zagađuje i učinkovito tretira resurse kao hitno pitanje. Upotreba odgovarajućih metoda flokulacije i sredstava može postići odlične rezultate tretmana uz niske troškove. Trenutno, flokulanti su prešli sa niske molekularne težine na visoku molekulsku težinu i sa jednostrukog na kompozitni tip, efikasno uklanjajući suspendovane i otopljene nečistoće, teške metale i boje iz otpadnih voda.