Mis on alumiiniumsulfaadi kasutusjuhud vee puhastuses?

Kuidas alumiiniumsulfaat toimib koagulandina vee puhastuses

Koagulatsiooni mõistmine ja alumiiniumsulfaadi roll vedelas sisalduvate osakeste destabiliseerimisel

Vee puhastus algab koagulatsiooniga, protsessiga, mis toob kokku pisikesed saasteained, et neid saaks hiljem eemaldada. Alumiiniumsulfaat sobib selleks väga hästi, sest see lagundades vabastab trivalentseid alumiiniumione (Al³⁺), mis kompenseerivad vee sees leiduvate killustike negatiivseid laenguid – näiteks savilõtvu, orgaaniliste ainete tükkide ja isegi mõnede ohtlike mikroobide omi. Kui need laengud neutraliseeritakse, lõpetavad osakesed üksteise tõukamise ja hakkavad kiire segamise faasis kleepuma, mis kestab tavaliselt umbes minut või kaks. Enamik veepuhastusjaamu leiab, et alumiiniumsulfaadi parimad tulemused saavutatakse siis, kui vee pH on vahemikus 5,5–7,5. Vajalik kogus alumiiniumsulfaati võib erineda oluliselt ja jääb tavaliselt vahemikku 50 kuni 300 milligrammi liitri kohta, olenevalt sellest, kui hägune vesi on ja millised saasteained on olemas.

Alumiiniumsulfaadi keemiline mehhanism flokkide moodustumisel ja saasteainete eemaldamisel

Pärast laengute tasakaalustamist alustab alumiinium lagunemist hüdrolüüsi teel, mille tulemusena tekib alumiiniumhüdroksiid (Al(OH)3). See aine konsolideerub geelitaoliseks tahkeks aineks, mis on eriti hea selleks, et siduda endasse tolmu ja muud soovimatut, mida tahame veest eemaldada. Kui need väikesed, niinimetatud flokkulatsiooniklastrid kasvavad, saavutades suuruse poolest millimeetrist kuni kolme millimeetrini, settuvad nad rauakeselt töötlemispaakidesse. Kui kõik toimib korralikult, võib see meetod eemaldada umbes 85 protsenti kuni peaaegu kogu vesinäidise hägususe ja suure osa – umbes kaks kolmandikku kuni neli viiendikku – orgaanilistest ühenditest. Uuringud näitavad, et need hüdroksiidflokid kinnituvad erinevatele lahustunud saasteainetele, nagu fosfaatioonidele ja erinevatele raskmetallidele, nende pinnal sideainete moodustumise kaudu. See kleepuv toime suurendab tegelikult kogu puhastussüsteemi tõhusust.

Alternatiivsete koagulantide võrdlus: tõhusus, kulud ja praktilised kaalutlused

Raudkloriid eemaldab vee ligi kogu fosfori, mõnikord kuni 98%, mis on palju parem kui alumiiniumsulfaat, mis suudab eemaldada umbes 70–85%. Siiski on raudkloriidi puuduseks see, et see korrodeerib torusid ja seadmeid palju kiiremini, mistõttu omavalitsused peavad kulutama rohkem remondi ja asendamisele. Sünteetilised polümeerid on teine võimalus, andes eriti selge vee ja jätab puhastamise järel tagasi väga vähe setet, kuid nende materjalide hind muudab need enamikes toimetustes olevatele reovete puhastustehastele ebapraktiliseks. Seetõttu kasutavad paljud linnad endiselt alumiiniumsulfaati, hoolimata uuematetest alternatiividest. Alumiiniumsulfaat on olemas olnud juba mitu aastakümmet, töötab usaldusväärselt keerukate seadistusprotseduurideta ning ei koorma eelarvet nii palju kui mõned kallimad valikud. Raha puuduses olevatele kohalikele valitsustele, kes peavad silma all vananeva infrastruktuuriga, on mõistlik jätkata tuntud lahenduse kasutamisega, isegi kui see tehniliselt pole parim tulemust andev

Keskkonnaküsimused: jäädalumiinium ja pikaajaline ohutus töödeldud vees

Maailma Terviseorganisatsioon on kehtestanud kraniivee lubatud maksimaalseks alumiiniumisisalduseks 0,2 milligrammi liitri kohta, kuna on muret pikaajaliste mõjude pärast ajufunktsioonidele. Uute filtreerimismeetodite kasutavad vee-ettevõtted suudavad vähendada neid alumiiniumijätkesi umbes 70–90 protsenti võrreldes vanematel meetoditel. Protsessi käigus pH-taseme jälgimine ja spetsiaalsete membraanide lisamine pärast töötlemist aitab tagada, et jääksime terviseasutuste määratud ohututes piiridesse. See hoiab inimesi tervislikuna, ilma et see vähendaks veepuhastusprotsessi tõhusust.

Vee selguse parandamine ja hägususe eemaldamine kohalikes veevarustus süsteemides

Alumiiniumsulfaat on endiselt levinud valik vee töötlemiseks linnades, kuna see suudab vähendada vee hägusust umbes 90%. See toimib nii, et neutraliseerib elektrilaengud peenikestel osakestel, nagu savi-, muda- ja isegi väikesed organismid, mis leiduvad veesüsteemis. Need osakesed aguneeruvad ja moodustavad suuremaid heleid, mis settevad palju lihtsamini. 2021. aastal avaldatud uuring näitas, et õigesti kasutades langeb hägusustase alla 0,3 NTU, mis vastab Maailma Terviseorganisatsiooni juhiste puhaste joogivee nõuetele. Selle tõhus toimimine tähendab vähemat koormust filtreidel süsteemi järgmistes etappides. Taimedes toimub protsess paremini ja see säästab raha, eriti oluline suurtes linnade veesüsteemides, mis teenindavad igapäevaselt miljoneid inimesi.

Orgaanilise aine, patogeensete organismide ja raskmetallide eemaldamine koagulatsiooni teel

Alumiiniumi koagulatsioonil põhinev toimemehhanism võimaldab samaaegselt eemaldada erinevaid saasteaineid. Vees lahustunud orgaanilised ained kinnituvad töötlemise käigus moodustuvatele alumiiniumhüdroksiidsete flokkidele. Samuti püüavad need füüsiliselt kinni bakterid, nagu E. coli, ning parasiidid, näiteks Giardia. Uuringud näitavad, et pH väärtusel umbes 6,5–7,5 on raskmetallide, sealhulgas plii, arseeni ja kroomi, eemaldamise tase 85–92%. Selle meetodi suur eelis seisneb selles, et see suudab korraga käsitleda mitmesuguseid saasteaineid, vähendades lisadeinfitseerimise vajadust. Siiski on oluline täpselt doosida, sest liiga palju jäänud alumiiniumi korral võib ületada lubatud piirmäära 0,2 mg liitri kohta, mis ei ole soovitatav.

Seduimentatsiooni ja filtreerimise tõhususe parandamine pärast alumiiniumi sulfaadi kasutamist

Alumiiniumsoolaga töötlemisel settevad flokkid sadestusbaarides umbes 40–60 protsenti kiiremini võrreldes töötlemata osakestega, mis muudab tahkiste eraldamise palju tõhusamaks. Kiirem settimine tähendab, et filtrid ummistuvad vähem, seega saavad nad pikemalt töötada enne puhastust, vähendades tagurpidi pesemist ligikaudu 30%. Huvitav on, kuidas alumiiniumhüdroksiidi flokkide kleebiv koosseis toimib liivas voodi sees täiendava filtreerimiskihina. Need flokkid püüavad kinni mikromeetrist väiksemad osakesed, mis kuidagi läbisid esimese koagulatsioonietapi. Kõik need parandused kokku tähendavad seda, et kvaliteetsete töötlemissüsteemide abil saab tegelikult eemaldada rohkem kui 99,9% kõigist osakestest lõplikust veest.

Efektiivne fosfori eemaldamine kommunaal- ja tööstuslikust äravooluveest

Alumiinium aitab väga hästi fosforit välja võtta tänu ligandivahetusreaktsioonidele, millest me nii palju räägime veetöötlusringkondades. Kui Al3+-ioonid kohtuvad orthofosfaat-ioonidega (PO4^3-), siis nad ühinevad, et saada alumiiniumfosfaat (AlPO4), mis ei lahustu vees. See asi aseneb ja filtreeritakse mehaaniliselt välja. Uurijad vaatasid andmeid 45 erinevast reovee käitisest üle kogu Euroopa ja leidsid, et alumiiniumi kasutamine vähendas nende taimede umbes 88 protsendil fosfoori kogusisaldust alla 0,5 mg/l. See vastab tegelikult ELi vee raamdirektiivi nõuetele puhta vee standardite kohta. See aine särab toidu- ja tekstiiltootjate jäätmekäitluses, sest nende väljavool on tavaliselt väga kõrge fosforitasemega, mõnikord ületab see 15 mg/l kontsentratsiooni.

Suurte kogustega reoveevoogude häguse ja saastete vähendamine

Aluminium on sobiv keerukate, suure koormususega reovee töötlemiseks:

• Kolloidsed suspensioonid : Neutraalitab negatiivselt laetud osakesi vees, mille hägustus ületab 1000 NTU
• Raskmetallid : Rasked metallid: koosvoolab Pb2+ ja Cr3+ hüdroksiidi moodustumise teel pH 9 - 9,5 juures
• Orgaanilised koormad : vähendab keemilise hapnikuküsimust (COD) 65-80% võrra paberitööstuse heitevees ligniini ja valkude seondumise kaudu

Seitsmest Hiina tööstuspargist saadud välitegevuse andmed näitavad, et alumiinium suudab kõrvaldada 98% püsivatest tahketest ainetest voogudes, mille algne tahketes ainetesisaldus on üle 5000 mg/l, näitamaks tugevat toimimist nõudlikel tingimustel.

Juhtumiuuring: edukas rakendamine linnapuhastuste puhastusseadmetes

Euroopa linnaettevõte, mis teenindas 1,2 miljonit elanikku, saavutas märkimisväärse parenduse pärast üleminekut alumiiniumsulfaadi koagulatsioonile. 300 000 m3/päevast reoveed töötlemisel teatas käitis:

18 kuu jooksul kestnud katses hoidis tehas aluminiumi jääktaset alla 0,2 mg/l, saavutades samal ajal 94% fosfori eemaldamise ja 82% COD vähendamise, mis kinnitab alumiiniumi efektiivsust ja majanduslikku elujõulisust suuremas ulatuses kasutatavate reovee käitlemisel.

Alumiiniumsulfaadi optimaalne jõudlus: annus, pH ja veekond

Optimaalne pH-vahemik ja annustamise strateegiad maksimaalse koagulatsioonieffektiivsuse saavutamiseks

Koagulatsiooni parimad tulemused saavutatakse siis, kui pH-tase jääb umbes 5,5 ja 7,5 vahele. Selles vahemikus muutub protsess palju tõhusamaks, mõnikord paranedes kuni 40–60 protsenti võrreldes olukorraga väljaspool neid väärtusi. Alumiiniumsulfaadi kasutamise osas nõuavad enamik töötlusmeetodeid 5 kuni 200 milligrammi liitri kohta. Kuid kui vesi on eriti segune või sisaldab palju saasteaineid, võivad mõned olukorrad nõuda koguni 500 mg/L. Et kindlaks teha, mis toimib konkreetsel kohal parimat, jääb purgilaboratoorsete testide tegemine üheks kõige usaldusväärsemaks meetodiks. See aitab vältida alumiiniumsulfaadi üleliigset kasutamist, mis võib jäädagi veesse liigset alumiiniumi Maailma Terviseorganisatsiooni turvalisest piirväärtusest 0,2 mg/L üle. Kui pH aga tõuseb üle 7,5, hakkavad asjad halvenema, sest alumiiniumhüdroksiid muutub vähem lahustuvaks. See raskendab sobivate flokkide moodustumist ja vähendab lõpptulemusena kogu töötlusprotsessi tõhusust.

Vee temperatuuri, leelistuse ja ioonilise koostise mõju

Vesi, mis jääb alla 10 kraadi Celsiuse, aeglustab oluliselt reaktsioonide toimumise kiirust töötlemisprotsesside ajal. See tähendab, et flokkid moodustuvad palju aeglasemalt, mõnikord kuni 30–50 protsenti kauem kui tavapäraselt, ja operatoritel tuleb komponente segada ka pikema aja vältel. Alkaalsusetasemed mängivad olulist rolli süsteemi happekuse ennetamisel pärast alumiiniumsulfaadi lisamist. Kui alkaalsus langeb alla 50 milligrammi liitri kohta kaltsiumkarbonaadi ekvivalentides, peavad enamik töötlemistehased lisama lubi või sodakaalu, et säilitada piisavalt stabiilset pH-d korrektseks toimimiseks. Teine probleem tekib siis, kui vees on kõrge ioontugevus, üle 1000 mikrosiemensi sentimeetri kohta. See tingimus pigistab just neid väikeseid elektrikihisid osakeste ümber, mistõttu need ebaefektiivsemalt aglomiseeruvad. Tulemus? Koagulatsioon toimib sellistes tingimustes umbes 40 protsenti halvemini. Kõik need muutujad selgitavadki, miks head reaalajas jälgimissüsteemid teevad nii suurt erinevust, eriti rajatiste puhul, kes silmitsedvad muutuvat veekvaliteeti erinevate hooajade jooksul.

Alumiiniumsulfaadi kasutamise eelised ja väljakutsed vee puhastamisel

Peamised eelised: kuluefektiivsus, usaldusväärsus ja mitmekülgsus erinevates puhastussüsteemides

Alumiinium või alumiiniumsulfaat on odav ja usaldusväärne koagulant, mida kasutatakse paljudes veepuhastuskeskustes nii linna- kui ka tööstuslikes tingimustes. Võrreldes selliste alternatiividega nagu rauaklorüür, vähendab see töökulusid ligikaudu 30-50 protsenti, säilitades samal ajal kõrvaldamise määrad 95%-ni, näiteks häguse ja kahjulike patogeenide puhul. Selle aine mitmekülgsus tuleneb sellest, kui hästi see toimib kas väikestes maapiirkondades asuvates veesüsteemides või suurte linnade puhastusseadmetes. Operatsioonid võivad kohandada annuseid sõltuvalt veekvaliteedist, millega nad igapäevaselt silmitsi seisavad. Kui pH-taseme piir jääb 5,5 kuni 7,5ni, suudab alumiinium kõrvaldada 70-90% nendest tüütud orgaanilistest saastest. Ja kui me oleme ausad, siis kui raha on kõige tähtsam, siis alum sageli võidab PAC lahendusi, kui rajatised, kes hoolikalt oma eelarvet jälgivad.

Üldised piirangud: muda tekkimine, pH-i reguleerimise vajadus ja keskkonnapõhised kaalutlused

Alumiiniumsulfaat toob kaasa mõned puudused. See tekitab umbes 15–30 protsenti rohkem setet kui sünteetilised polümeerid, mis tähendab kõrgemaid jäätmete hoidmise kulusid ja keerulisemat logistikat jäätmete käitlemisel. Kui alumiiniumsulfaat laguneb vee puhastusprotsessis, väheneb tegelikult pH-tase. Selle efekti kompenseerimiseks peavad vee puhastustehased kulutama raha leelistele ainetele, nagu lubi. Need keemiliste ainete ostmised võivad moodustada peaaegu 20% nende kogu toimimis-eesmast eelarvest, lihtsalt selleks, et säilitada vee õige happesuse taset. Keskkonnajärelevalve asutused jälgivad hoolikalt, kui palju alumiiniumit jääb töödeldud veesse pärast töötlemist, seega on oluline järgida Maailma Terviseorganisatsiooni soovitusi, mille kohaselt ei tohiks alumiiniumi sisaldus ületada 0,2 mg liitri kohta. Head uudised on, et hiljutised uuringud näitavad, et kui operaatored täpsustavad annustamismeetodeid ja kasutavad neid koos uuemate filtreerimissüsteemidega, saavad nad vähendada sette tekke umbes 40%. See lähenemine aitab samuti vastata oluliste EPA ja AWWA standarditele ohutu joogivee osas, ilma et kvaliteet kannataks.

KKK-d

Mis on alumiiniumsulfaadi peamine roll vee puhastuses?

Alumiiniumsulfaat toimib koagulantina vee puhastamisel, aitades destabiliseerida levisi, et neid saaks edasiste puhastusprotsesside kaudu tõhusalt eemaldada.

Kuidas mõjutab alumiiniumsulfaat töödeldud vees olevat pH-taset?

Alumiiniumsulfaat vähendab tavaliselt töödeldud vees olevat pH-taset, mistõttu peavad rajatised sageli lisama leelistavaid aineid, nagu lubi, et säilitada optimaalne pH-vahemik tõhusa puhastuse tagamiseks.

Kas alumiiniumsulfaadi kasutamisega kaasnevad keskkonnaküsimused?

Jah, töödeldud vees esinev jääkaltsium on murekohaks, kuna see võib avaldada potentsiaalset mõju tervisele. Seetõttu püüavad puhastussüsteemid hoida jääkaltsiumi taset alla 0,2 mg/L WHO soovitusel.

Miks eelistatakse alumiiniumsulfaati teiste koagulantide ees, hoolimata selle piirangutest?

Alumiiniumsulfaat on kuluefektiivne, usaldusväärne ja mitmekülgne, mistõttu on see paljude omavalitsuste eelistatud valik, eriti neile, kellel on piiratud eelarve ja olemasolev infrastruktuur.