Koje su primjene aluminijevog sulfata u obradi vode?

Kako aluminijev sulfat djeluje kao koagulans u obradi vode

Razumijevanje koagulacije i uloga aluminijevog sulfata u destabilizaciji suspendiranih čestica

Obrada vode započinje koagulacijom, procesom koji približava sitne nečistoće kako bi se kasnije mogle ukloniti. Aluminijev klorid dobro funkcionira jer kada se otapa, oslobađa trovalentne aluminijevе ione (Al³⁺) koji u osnovi neutraliziraju negativna naboj na česticama koje plivaju u vodi, poput gline, ostataka organskih tvari i čak nekih štetnih mikroorganizama. Kada se ti naboji neutraliziraju, čestice prestaju međusobno odbijati i počinju se lijepljenjem udruživati tijekom faze brzog miješanja koja obično traje oko jednu ili dvije minute. Većina postrojenja za obradu vode utvrdila je da aluminijev klorid daje najbolje rezultate kada je pH vode između 5,5 i 7,5. Količina aluminijevog klorida koja se dodaje varira znatno, obično između 50 i 300 miligrama po litri, ovisno o točnosti vode i vrsti zagađivača prisutnih.

Kemijski mehanizam aluminijevog sulfata u stvaranju floka i uklanjanju nečistoća

Nakon što se naboj ravnomjerno rasporedi, aluminij počinje raspadati hidrolizom, stvarajući aluminij-hidroksid (Al(OH)3). Ova tvar prelazi u želatinasti čvrsti oblik koji je iznimno dobar u hvatanju nečistoća koje želimo ukloniti iz vode. Dok se ovi maleni skupovi, nazvani flokuli, razvijaju, mogu doseći veličine od pola milimetra do tri milimetra. To im omogućuje da se lijepo talože u obradnim rezervoarima. Kada sve funkcionira kako treba, ovom metodom uklanja se otprilike 85 do gotovo 100 posto mutnoće u uzorcima vode te otprilike dvije trećine do četiri petine organikih spojeva. Istraživanja pokazuju da se ovi hidroksidni flokuli povezuju s različitim otopljenim zagađivačima, poput fosfatnih iona i različitih vrsta teških metala, formiranjem veza na svojoj površini. Ova adhezivna akcija zapravo poboljšava učinkovitost cijelog sustava za pročišćavanje.

Usporedba s alternativnim koagulansima: učinkovitost, troškovi i praktična razmatranja

Klorid željeza može ukloniti gotovo sav fosfor iz vode, ponekad čak i 98%, što je znatno bolje od glinena sumpora koja uklanja oko 70 do 85%. Nedostatak je taj što klorid željeza puno brže korodira cijevi i opremu, što znači da općine troše dodatno na popravke i zamjenu. Sintetski polimeri su još jedna opcija koja daje vrlo prozirnu vodu s malo mulja koji ostaje nakon obrade, ali ovi materijali imaju visoke cijene zbog kojih su nepraktični za većinu svakodnevnih postrojenja za obradu otpadnih voda. Zbog toga mnoga grada i dalje koriste glineni sumpor, unatoč novijim alternativama. Glineni sumpor postoji već desetljećima, pouzdano funkcionira bez kompliciranih postupaka postavljanja i ne opterećuje budžet kao neke sofisticiranije opcije. Za lokalne vlade koje se suočavaju s troškovno ograničenim proračunima i zastarjelom infrastrukturom, korištenje poznatih rješenja ima smisla, čak i ako ona tehnički nisu najbolji izvođači.

Zabrinutost okolišem: ostaci aluminija i dugoročna sigurnost u tretiranoj vodi

Svjetska zdravstvena organizacija utvrdila je maksimalno dopušteni nivo od 0,2 miligrama po litri za preostali aluminij u vodovodnoj vodi zbog zabrinutosti oko mogućih dugoročnih učinaka na rad mozga. Postrojenja za obradu vode koja koriste nove tehnike filtriranja mogu smanjiti prisutne tragove aluminija za otprilike 70 do čak 90 posto u usporedbi sa starijim metodama. Praćenje pH vrijednosti tijekom cijelog procesa i dodavanje dodatnog koraka s posebnim membranama nakon tretmana pomaže u osiguravanju da se ostane unutar sigurnih granica koje su postavile zdravstvene institucije. To održava ljude zdravima bez smanjenja učinkovitosti cijelog procesa pročišćavanja.

Poboljšanje prozirnosti vode i uklanjanje mutnoće u komunalnim vodovodnim sustavima

Aluminijev sulfat i dalje ostaje uobičajeni izbor za obradu vode u gradovima jer može smanjiti mutnoću vode za oko 90%. On neutralizira električne naboje sitnih čestica poput komadića gline, finog prljavština i čak malih organizama koji plutaju u vodnoj mreži. Te se čestice zatim grupiraju u veće pahuljice koje se lakše talože. Istraživanje objavljeno 2021. godine pokazalo je da, kada se pravilno primjenjuje, razina mutnoće padne ispod 0,3 NTU, što zapravo zadovoljava smjernice Svjetske zdravstvene organizacije za prozirnu pitku vodu. Činjenica da ovo toliko dobro funkcionira znači manji opterećenje filtera kasnije u sustavu. Postrojenja rade učinkovitije i štede novac, što je posebno važno za velike gradske vodovodne sustave koji svakodnevno opslužuju milijune ljudi.

Uklanjanje organskih tvari, patogena i teških metala koagulacijom

Način na koji aluminij raduje u procesu koagulacije znači da može istovremeno ukloniti različite vrste zagađivača. Organski materijali otopljeni u vodi prianjaju uz flokule aluminij-hidroksida koje se stvaraju tijekom obrade. Također, bakterije poput E. colia i paraziti poput Giardije fizički su zarobljeni u ovom procesu. Kada pH ostane oko 6,5 do 7,5, istraživanja pokazuju stopu uklanjanja između 85% i 92% za teške metale uključujući olovo, arsen i krom. Ono što ovaj pristup čini toliko vrijednim je da istovremeno rješava više zagađivača, smanjujući potrebu za dodatnom dezинфекциjom. Ipak, važno je točno odrediti dozu jer ukoliko preostane previše aluminija, može premašiti sigurnu granicu od 0,2 mg po litri, što nije povoljno za nikoga.

Poboljšanje učinkovitosti taloženja i filtracije nakon tretmana s aluminijem

Kada se tretiraju aluminijem, flokovi imaju tendenciju taloženja otprilike 40 do 60 posto brže u taložnicima u usporedbi s česticama bez tretmana, što znatno poboljšava odvajanje čvrstih tvari. Brže taloženje znači da se filteri rjeđe začepljuju, pa mogu dulje raditi prije nego što zahtijevaju čišćenje, smanjujući time povratno pranje za oko 30%. Zanimljivo je kako ljepljiva konzistencija flokova aluminijevog hidroksida djeluje poput dodatnog filtracijskog sloja unutar pješčanih ležišta. Ti flokovi hvataju sitne čestice manje od jednog mikrometra koje su iz nekog razloga prokliznule tijekom prvog stadija koagulacije. Svi ti zajednički napretci znače da kvalitetni sustavi obrade zapravo mogu ukloniti više od 99,9% svih čestica iz konačnog izlaznog vodovoda.

Učinkovito uklanjanje fosfora iz komunalnih i industrijskih otpadnih voda

Aluminij djeluje prilično dobro u uklanjanju fosfora zahvaljujući onim reakcijama izmjene liganda o kojima toliko govorimo u krugovima za obradu vode. U osnovi, kada se Al3+ ioni susretnu s ortofosfatnim ionima (PO4^3-), spajaju se i stvaraju aluminij-fosfat (AlPO4) koji se ne otapa u vodi. Ova tvar se potom taloži i mehanički filtrira. Analizirajući podatke iz 45 različitih postrojenja za obradu otpadnih voda diljem Europe, istraživači su utvrdili da uporaba aluminija snizi razine ukupnog fosfora ispod 0,5 mg/L u oko 88 posto ovih postrojenja. To zapravo zadovoljava zahtjeve Europske direktive o okviru za vodu za standarde čiste vode. Sredstvo je posebno učinkovito kod obrade otpadnih tokova iz preradivških tvrtki i proizvođača tekstila jer njihove površinske vode obično imaju ekstremno visoke razine fosfora, ponekad znatno preko 15 mg/L u koncentracijskim testovima.

Smanjenje mutnoće i zagađivača u otpadnim vodama s velikim opterećenjem

Djelovanje aluma kao koagulant i flokulant čini ga prikladnim za obradu složenih otpadnih voda s visokim opterećenjem:

• Koloidne suspenzije : Neutralizira negativno nabijene čestice u vodama s mutnošću većom od 1.000 NTU
• Teške metale : Teški metali: Kotaloži Pb²⁺ i Cr³⁺ putem stvaranja hidroksida pri pH-u 9 - 9,5
• Organska opterećenja : Smanjuje kemijsku potrošnju kisika (COD) za 65-80% u otpadnim vodama papirnica vezanjem na lignin i proteine

Podaci iz terenskih istraživanja sedam industrijskih zona u Kini pokazuju da alum postiže uklanjanje suspendiranih tvari (TSS) do 98% u tokovima s početnim sadržajem čvrstih tvari iznad 5.000 mg/L, što pokazuje izvrsnu učinkovitost u zahtjevnim uvjetima.

Studija slučaja: Uspješna primjena u gradskim postrojenjima za pročišćavanje otpadnih voda

Jedno europsko komunalno postrojenje koje poslužuje 1,2 milijuna stanovnika ostvarilo je značajna poboljšanja nakon prelaska na koagulaciju sumpornim kislom aluminijem. Obradivši 300.000 m³/dnevno otpadne vode, postrojenje je izvijestilo:

Tijekom 18-mjesečnog ispitivanja, postrojenje je održalo ostatak aluminijuma ispod 0,2 mg/l, dok je ostvarilo uklanjanje fosfora za 94% i smanjenje COD-a za 82%, što potvrđuje učinkovitost aluminijuma i ekonomsku održivost u upravljanju otpadnim vodama na velikom razmjeru

Optimizacija učinkovitosti aluminijum sulfata: doza, pH i uvjeti vode

Idealni raspon pH vrijednosti i strategije doziranja za maksimalnu učinkovitost koagulacije

Najbolji rezultati za koagulaciju postižu se kada pH- razina ostane između oko 5,5 i 7,5. U ovom rasponu, proces postaje mnogo učinkovitiji, ponekad se poboljšava čak za 40 do 60 posto u usporedbi s onim što se događa izvan tih brojeva. Kad je riječ o tome koliko alumina treba koristiti, većina lijekova zahtijeva između 5 i 200 miligrama po litru. No ako je voda jako blatna ili ima mnogo zagađivača, u nekim situacijama može biti potrebno čak i 500 mg/l. Da bi se točno utvrdilo što je najbolje za određeno mjesto, testiranje staklenke ostaje jedna od najpouzdanijih dostupnih metoda. To pomaže izbjeći upotrebu previše aluminija, što može ostaviti višak aluminija u vodi iznad sigurne granice Svjetske zdravstvene organizacije od 0,2 mg/l. To otežava stvaranje odgovarajućih pahuljica i na kraju smanjuje ukupnu učinkovitost tretmana.

Utjecaj temperature vode, alkalnosti i ionskog sastava

Voda koja ostaje ispod 10 stupnjeva Celzijusa stvarno usporava brzinu reakcija tijekom procesa liječenja. To znači da se čopori formiraju mnogo sporije, ponekad traju 30 do 50 posto duže od normalnog, a operatori moraju miješati stvari i duže vrijeme. Kada je riječ o alkalnosti, oni igraju veliku ulogu u održavanju sustava od dobivanja previše kiselosti nakon dodavanja alum. Ako se alkalnost smanji ispod 50 miligrama kalcijevog karbonata po litru, većini postrojenja za čišćenje vode na kraju treba dodatni vapn ili soda samo da bi pH bio dovoljno stabilan za pravilno funkcioniranje. Drugi izazov se pojavljuje kada je u vodi visoka ionska čvrstoća, iznad 1000 mikrosiemen na centimetar. Ovo stanje zapravo stiska te sitne električne slojeve oko čestica, čineći ih manje učinkovite. Što je bilo s time? Koagulacija radi oko 40 posto lošije u ovim uvjetima. Sve ove varijable ukazuju na to zašto dobro upravljanje sustavima praćenja u stvarnom vremenu čini tako veliku razliku, posebno za objekte koji se bave promjenama kvalitete vode tijekom različitih godišnjih doba.

Prednosti i izazovi korištenja aluminijum sulfata u čišćenju vode

Glavne prednosti: Troškovno efikasnost, pouzdanost i fleksibilnost svih sustava liječenja

Alum, ili aluminijum sulfat, izdvaja se kao ekonomičan i pouzdan koagulant koji se koristi u mnogim postrojenjima za čišćenje vode, kako u gradskim tako i u industrijskim područjima. U usporedbi s opcijama poput željeznog hlorida, smanjuje troškove rada za otprilike 30 do 50 posto, a sve to održava stopu uklanjanja iznad 95% za stvari poput mutnosti i štetnih patogena. Ono što čini ovu tvar tako svestranom je to koliko dobro djeluje, bilo da se radi o malenim ruralnim vodnim sustavima ili velikim gradskim postrojenjima za prečišćavanje. Operatori mogu prilagoditi doze na temelju kakve vrste kvalitete vode se suočavaju dan za danom. Kada pH razina ostane u granici od 5,5 do 7,5 g, aluma uspijeva eliminirati 70 do 90% tih dosadnih organskih zagađivača. I budimo iskreni, kada je novac najvažniji, alum često pobjeđuje PAC rješenja ruke dolje za objekte koji gledaju svoje proračune od blizu.

Zajednička ograničenja: stvaranje mulja, potrebe za prilagodbom pH vrijednosti i razmatranja okoliša

Ali alum ima neke nedostatke. On stvara oko 15 do 30 posto više mulja u usporedbi s sintetičkim polimerima, što znači veće troškove odlaganja i složeniju logistiku za upravljanje otpadom. Kada se alum razgrađuje u procesu čišćenja vode, zapravo smanjuje razinu pH. Kako bi se suprotstavio tom učinku, postrojenja za čišćenje vode moraju trošiti novac na alkalne tvari poput vapna. Ove kupnje kemikalija mogu uzeti gotovo 20% njihovog ukupnog operativnog proračuna samo da bi voda bila na pravom nivou kiselosti. Regulatori za zaštitu okoliša pažljivo prate koliko aluminija ostaje u pročišćenoj vodi nakon obrade, pa je nužno pridržavati se preporuke Svjetske zdravstvene organizacije da se ne smije prelaziti 0,2 mg po litru. Dobra vijest je da nedavna istraživanja pokazuju da kada se njihovi postupci dozacije fino prilagode i povežu s novijim filtriranim sustavima, mogu smanjiti stvaranje kalu za oko 40%. Ovaj pristup također pomaže u ispunjavanju važnih standarda EPA-e i AWWA-e za sigurnu vodu za piće bez ugrožavanja kvalitete.

ČESTO POSTAVLJANA PITANJA

Koja je glavna uloga aluminijevog sulfata u obradi vode?

Aluminijev sulfat djeluje kao koagulant u obradi vode, pomažući u destabilizaciji suspendiranih čestica kako bi se one učinkovito mogle ukloniti kroz daljnje procese obrade.

Kako aluminijev sulfat utječe na pH razinu obrađene vode?

Aluminijev sulfat obično snižava pH razinu obrađene vode, zbog čega pogoni često moraju dodavati alkalne tvari poput vapna kako bi održali optimalni raspon pH-a za učinkovitu obradu.

Postoje li okolišne zabrinutosti vezane uz uporabu aluminijevog sulfata?

Da, ostatak aluminija u obrađenoj vodi je zabrinjavajuć, jer može imati potencijalne posljedice po zdravlje. Stoga sustavi za obradu teže zadržati razine ostatka ispod 0,2 mg/L, kako preporučuje Svjetska zdravstvena organizacija.

Zašto se aluminijev sulfat preferira u odnosu na druge koagulante, unatoč njegovim ograničenjima?

Aluminijev sulfat je učinkovit po cijeni, pouzdan i sveprisutan, zbog čega je omiljeni izbor za mnoge općine, osobito one s ograničenjima u proračunu i postojećom infrastrukturom.