Samanburðargreining á algengum storkuefnum, flokkun og storkuefni í skólphreinsun

Inngangur:
Þessi grein mun fjalla um storkuefni, flocculants og storkuefni í meðhöndlun skólps. Þessi efni eru nauðsynleg fyrir storknun og botnfalli, floti, og seyrumeðferð og afvötnun. Sýrur og basar eru einnig nauðsynlegar til að stilla pH. Þessi grein mun kynna þessa lyf frá nokkrum sjónarhornum, þar á meðal hugmyndafræðilegri skýringu, samanburðargreiningu á algengum lyfjum og þáttum sem hafa áhrif á val á lyfjum!

1. Storknun
Meginhlutverk storknunar er að þjappa saman rafmagns tvöfalda lagið eða hleðsla hlutleysa vatnið, sem veldur því að örsmáar kvoðuagnir óstöðugleika og í upphafi safnast saman til að mynda fína flokka (microflocs). Þetta ferli er fyrst og fremst framkvæmt með storkuefnum, venjulega jákvætt hlaðnum ólífrænum söltum.
2. Flokkun
Fyrst og fremst vegna aðsogs, brúunar og aftur-flokkunar verða hinar þegar óstöðugustu fínu flokkar kvoða enn frekar kvoða, safnast saman og stækkaðar til að mynda þétta, stóra flokka (flocculation) sem auðveldlega setjast eða fljóta. Þetta ferli er fyrst og fremst framkvæmt með flocculants (venjulega hár mólþunga fjölliður).
3. Storkuefni
Þetta eru storkuefni sem bætt er við til að bæta storknunar-/flokkunarafköst eða til að sigrast á sérstökum vatnsgæðavandamálum. Þau eru ekki frumstorknunarefni eða flocculants sjálfir, heldur þjóna frekar viðbótarhlutverki, eins og að stilla pH, auka flókþyngd, bæta flókabyggingu og oxa truflandi efni.

(I) Storkuefni
Fulltrúar umboðsmanna:

Álsúlfat: Hefðbundnasta og mikið notað.

Pólýálklóríð (PAC): Dæmigerð ólífræn fjölliða storkuefni.

Járnklóríð (FeCl3): Eitt af algengustu járnsöltunum.

Járnsúlfat (FeSO4·7H2O): Krefst oxunar í járn við basískar aðstæður til að virka.

Polyferric Sulfate (PFS): Ólífrænt fjölliða járnsalt storkuefni.

Verkunarháttur: Vatnsrof framleiðir há-gildar málmkatjónir (Al⁺, Fe⁺) og hýdroxíð þeirra, sem óstöðugleika kollóíðsins með tvöföldu-lagi þjöppun og hleðsluhlutleysingu.

Samanburðargreining:

PAC/PFS: Samanborið við hefðbundin álsúlfat/járnsölt, bjóða þau upp á kosti eins og minni skammta, hraða og þétta flókamyndun, frábæra setnigjörn, breiðara pH-svið (PAC er sérstaklega áhrifaríkt á hlutlausu sviði), betri aðlögunarhæfni við lágt-hitastig, tiltölulega lítið leifar af áli/járni og lítið ætandi (PAC). Kostnaður er almennt hærri en hefðbundin ál/járnsölt, en vegna mikillar skilvirkni þeirra getur heildarkostnaður verið lægri.

Álsúlfat: Tiltölulega ódýrt og með mikla reynslu af notkun. Hins vegar er virkt pH-svið þess þröngt (ákjósanlegt pH 5,5-8, venjulega 6,5-7,5), léleg afköst við lágan hita, léttar og lausar flokkar, hægt sest, mikil seyruframleiðsla og meðalafvötnunarafköst. Frárennslið getur innihaldið miklar leifar af áli (geta valdið heilsufarsáhyggjum).

Járnsölt (FeCl₃, FeSO₄): Þau mynda þyngri, þéttari flokka en álsölt, setjast hraðar og hafa breitt pH-svið (FeCl₃ er virkt við pH 4-12, en FeSO₃ þarf oxun til að virka). Þau eru vel aðlöguð að lágu hitastigi og eru frábær í að fjarlægja lit og súlfíð. Hins vegar eru þau mjög ætandi (sérstaklega FeCl₃) og meðhöndlaða vatnið getur verið litað (gult eða rautt). FeSO₄ er óþægilegt í notkun (það krefst oxunar) og járnleifar frárennslis geta farið yfir staðalinn (sem veldur litunarvandamálum).

(II) Flokkunarefni
Fulltrúar umboðsmanna:

Tilbúnar lífrænar fjölliður (PAM): PAM má skipta í þrjár gerðir: anjónískt pólýakrýlamíð, almennt notað til storknunar og botnfalls, með neikvætt hlaðnar sameindakeðjur; katjónískt pólýakrýlamíð, notað til að hreinsa seyru og afvötnun, með jákvætt hlaðnum hópum eins og fjórðungum ammóníumsöltum; og ójónískt pólýakrýlamíð.

Breyttar náttúrulegar lífrænar fjölliður: Dæmi eru umbreytt sterkja og kítósan (katjónískt).

Verkunarháttur: Virkir hópar (neikvætt, jákvætt eða hlutlaust hlaðnir) á fjölliðakeðjunni aðsogast á margar óstöðugðar agnir eða örflokkar og tengja þær í gegnum "aðsogsbrú" til að mynda stóra, þétta flokka. Endur-afleiðingarvirkni fjölliðakeðjunnar hjálpar einnig við að fanga fínar agnir.

Samanburðargreining:

Katjónísk PAM: Mest notað í vatnsmeðferð, sérstaklega fyrir neikvætt hlaðin kvoða og sviflausn (flestar skólpagnir eru neikvætt hlaðnar). Það brúar ekki aðeins heldur hefur það einnig-hlutleysandi áhrif. Það er sérstaklega áhrifaríkt til að bæta seyruafvötnunarafköst. Mólþungi þess er venjulega hár (milljónir til tugir milljóna) og skammtur þess er mjög lítill (venjulega 0,1-10 ppm). Gæta skal þess að velja viðeigandi jónleika og mólmassa til að forðast ofskömmtun, sem getur leitt til endurstöðugleika kvoða (viðsnúning hleðslu).

Anjónísk PAM: Byggir fyrst og fremst á aðsogsbrú. Það er almennt notað til að meðhöndla jákvætt eða hlutlaust hlaðið sviflausn efni eða til að auka flokkun enn frekar eftir meðferð með ólífrænum storkuefnum (í því tilviki eru örflokkarnir jákvætt hlaðnir). Það er skilvirkara fyrir mjög gruggugt vatn.

Hlutlaus PAM: Byggir fyrst og fremst á aðsog og brúun. Hentar fyrir rafmagnshlutlaus eða veikhlaðin kerfi. Það er stöðugra en jónískt PAM við súr skilyrði (pH < 4) eða mikla seltu.

Náttúrulegar breyttar fjölliður: eins og kítósan (katjónísk), eru ó-eitruð og lífbrjótanlegar og eru oft notaðar í matvæla- og drykkjarvatnsmeðferð eða í viðkvæmum notkun. Hins vegar hafa þeir venjulega minni mólþunga, lægri hleðsluþéttleika, eru minna stöðugar en tilbúið PAM og geta verið dýrari.

(III) Storkuefni
1. pH-stillingar

Fulltrúarefni: Kalk (Ca(OH)2), natríumhýdroxíð (NaOH), natríumkarbónat (Na2CO3), brennisteinssýra (H2SO4), koltvísýringur (CO2).

Virkni: Stillir pH hrávatnsins að því bili þar sem storkuefnið er áhrifaríkast. Til dæmis er ákjósanlegasta pH fyrir álsölt um það bil 6,5-7,5, en fyrir járnsölt er breiðara (4-12) og fyrir PAC (5-9). Kalk fjarlægir einnig fosfór og hjálpar til við framleiðslu storkuefna (veitir Ca²⁺).

2. Flokkvigtarefni

Fulltrúarefni: Virkjað kísil, bentónít, kaólín.

Virkni: Eykur flokkþéttleika og þyngd, flýtir fyrir sethraða og bætir skilvirkni botnfallsgeymisins. Sérstaklega hentugur fyrir lágt-hitastig, lítið-gruggvatn (léttar flokkar sem erfitt er að setjast) eða mikið-gruggvatn (myndar stærri, þéttari flokka). Virkjað kísil veitir einnig aðsogskjarna og bætir flókbyggingu.

3. Oxunarefni

Fulltrúarefni: Klór (Cl2), natríumhýpóklórít (NaClO), kalíumpermanganat (KMnO4), óson (O3).

Virkni: Oxar og sundrar lífrænum efnum (eins og humic sýru) í vatninu sem truflar storknun, eyðileggur stöðugleika þess og verndandi eiginleika; oxar og fjarlægir afoxandi efni (eins og Fe²⁺ til Fe³⁺); og sótthreinsar (óbeint).

4. Aðrir

Pólýfosföt/fosföt: Lítið magn getur komið á stöðugleika járnjóna í vatni og komið í veg fyrir útfellingu; of mikið magn getur truflað storknun. Fjarlæging fosfórs krefst strangs eftirlits.

Litlar sameindir katjónískar fjölliður: Stundum notaðar sem forstorkuefni eða storkuefni til að auka hlutleysingu hleðslu.

1. Vatnsgæði

Tegund mengunarefna og styrkur: Kolloids, sviflausn, lífræn efni (COD/BOD), litur, grugg, næringarefni (N/P), pH, hitastig, basa, hörku, selta, redoxmöguleiki osfrv. Til dæmis eru járnsölt betri en álsölt til að meðhöndla há-fosfórafrennsli; PAC eða járnsölt + virkjuð kísil eru áhrifaríkari til að meðhöndla lágt-hitastig, lítið-gruggugt vatn.

Hleðslueiginleikar: Kvoðaagnir eru venjulega neikvætt hlaðnar, sem gerir katjónísk storkuefni og flokkunarefni (PAC, CPAM) sérstaklega áhrifarík.

2. Meðferðarmarkmið

Aðalmarkmið fyrir fjarlægingu: Svifefni/grugg, fosfór, COD, litur, þungmálmar eða annað.

Gæðakröfur frárennslis: Takmörk fyrir SS, TP, lit, leifar málmjóna (Al/Fe), osfrv.

Eiginleikar seyru: Er auðvelt að setjast, einbeita sér og afvötna?

3. Meðferðarferli

Hefðbundin botnfall, flot, háhraðahreinsiefni og himnuaðskilnaður (til að lágmarka himnufóstur) gera mismunandi kröfur um flókastærð, þéttleika og styrk. Flot krefst léttari, fljúgandi flokka.

4. Hagkvæmni

Efnakostnaður: Einingaverð og skammtur.

Rekstrarkostnaður: Búnaður (dælur, hræring, geymsla), orkunotkun, vinnu og kostnaður við meðhöndlun og förgun seyru (mismunandi efni eru verulega mismunandi hvað varðar rúmmál seyru og afvötnunarafköst).

Heildarkostnaður: Hátt-hagkvæm efni (eins og PAC og CPAM) kunna að hafa hærra einingarverð, en minni skammtur, betri árangur og lægri seyrumeðferðarkostnaður getur leitt til lægri heildarkostnaðar.

5. Rekstrarstjórnun og öryggi

Leysni, auðveld undirbúningur og skömmtun og stöðugleiki.

Ætandi, eiturhrif og öryggi við geymslu (td mikil ætandi áhrif FeCl₃ og hætta á ryksprengingu frá PAM þurrdufti).

Áhrif á heilsu starfsmanna og umhverfi.

Val á storku-flokkunarefnum í skólphreinsun er flókin og mikilvæg ákvörðun. Það er enginn alhliða umboðsmaður. Í hagnýtri beitingu ætti að fylgja eftirfarandi reglum:

1. Nákvæm greining og markviss meðferð: Gera þarf nákvæma vatnsgæðagreiningu (svo sem grugg, COD, TP, pH, hitastig og zeta-getu) til að bera kennsl á kjarnamálið.

2. Storknun fylgt eftir með flocculation fyrir samverkandi skilvirkni: Storkuefni (eins og PAC) er venjulega bætt við fyrst til að óstöðugleika kvoða, fylgt eftir með flocculant (eins og CPAM) til að stuðla að flókavexti og setmyndun. PAC + CPAM samsetningin er nú mest notaða aðferðin.

3. Leggðu áherslu á sveigjanlega notkun storkuefnis: Þegar aðalefnið er óvirkt (td lágt hitastig og lítill gruggi) getur viðeigandi val á storkuefni (eins og virkjaðri kísilsýru) bætt árangur verulega.

4. Styrktu sannprófun tilrauna: Tilraunapróf eru mikilvægasta leiðin til að skima efnagerðir, ákvarða ákjósanlegan skammt og pH og spá fyrir um virkni. Ítarlegar hræriprófanir verða að fara fram áður en verkefni er sótt.

5. Kostnaðarsjónarmið í heild-hringrás: Hugleiddu ekki aðeins einingaverð efnisins heldur einnig yfirgripsmikið mat á þáttum eins og skömmtum, meðferðarvirkni, seyruframleiðslu og afvötnunarafköstum og viðhaldskostnaði búnaðar.

6. Einbeittu þér að öryggi og umhverfi: Settu efni í forgang sem eru mjög áhrifarík, lítil-eitruð, lítil-leif (td forðast að nota álsölt í drykkjarvatni) og auðveld í notkun. Leggðu áherslu á vernd rekstraraðila og öryggi efnageymslu.