Mire használják az alumínium-szulfátot a vízkezelésben?

Hogyan működik az alumínium-szulfát koagulánsként a vízkezelésben

A koaguláció megértése és az alumínium-szulfát szerepe a lebegő részecskék destabilizálásában

A vízkezelés a koagulációval kezdődik, amely során az apró szennyeződések összegyűlnek, így később eltávolíthatók. Az alumínium-szulfát (alum) itt különösen jól működik, mert oldódáskor háromértékű alumíniumionokat (Al³⁺) szabadít fel, amelyek gyakorlatilag semlegesítik a vízben lebegő anyagok – például agyag részecskék, szerves anyagok darabkái, sőt néhány káros mikroorganizmus – negatív töltését. Amikor ezek a töltések ki vannak egyensúlyozva, a részecskék abbahagyják egymás taszítását, és a gyors keverési fázis alatt összeállnak, ami általában kb. egy-két percig tart. A legtöbb vízkezelő üzem azt tapasztalja, hogy az alumínium-szulfát a legjobb eredményt akkor adja, ha a víz pH-értéke 5,5 és 7,5 között van. Az alumínium-szulfát mennyisége jelentősen változhat, általában 50 és 300 mg/l között mozog, attól függően, hogy mennyire zavaros a víz, és milyen szennyezőanyagok vannak jelen.

Az alumínium-szulfát kémiai mechanizmusa a csapadékképződésben és a szennyezőanyagok eltávolításában

A töltések kiegyenlítődése után az alumínium hidrolízis révén lebomlik, és alumínium-hidroxidot (Al(OH)3) hoz létre. Ez az anyag zselészerű szilárd anyaggá áll össze, amely kiválóan alkalmas arra, hogy megragadja a vízből eltávolítani kívánt szennyezőanyagokat. Ahogy ezek a kis csoportok, úgynevezett flocok kialakulnak, méretük elérheti az egy fél millimétertől akár a három milliméterig terjedő tartományt. Ez lehetővé teszi számukra, hogy jól leülepedjenek a kezelőmedencékben. Ha minden jól működik, ez a módszer mintegy 85 százaléktól majdnem 100 százalékig eltávolítja a vízminták zavarosságát, valamint durván kétharmadtól négyötödig csökkenti a makacs szerves vegyületeket is. Tanulmányok kimutatták, hogy ezek a hidroxid-flocok különféle oldott szennyezőkkel, például foszfátionokkal és különböző nehézfémekkel kötődnek felületi kötéseket kialakítva. Ez a tapadási folyamat ténylegesen növeli az egész tisztítórendszer hatékonyságát.

Összehasonlítás más koagulánsokkal: hatékonyság, költség és gyakorlati szempontok

A vas-klorid majdnem az összes foszfort eltávolítja a vízből, néha akár 98%-ot is, ami lényegesen jobb, mint az alumíniumszulfát (alum) körülbelül 70–85%-os hatékonysága. Azonban a hátránya, hogy a vas-klorid sokkal gyorsabban rágja le a csöveket és a berendezéseket, emiatt a településeknek többet kell költeniük javításokra és cserékre. A szintetikus polimerek egy másik lehetőség, amelyek nagyon tiszta vizet eredményeznek, és kevés iszap marad vissza a kezelés után, de ezek anyagok ára olyan magas, hogy a legtöbb hétköznapi szennyvíztisztító üzem számára alkalmazásuk nem praktikus. Ezért sok város még mindig az alumíniumszulfátot használja, annak ellenére, hogy léteznek újabb alternatívák. Az alum már évtizedek óta ismert, megbízhatóan működik bonyolult beállítási eljárás nélkül, és nem terheli túlságosan az alapvető költségvetést, ellentétben némely drágább lehetőséggel. Pénzügyileg nehéz helyzetben lévő helyi kormányzatok számára, amelyek elöregedett infrastruktúrával küzdenek, értelmes döntés maradni a megszokott megoldásnál, még ha az technikailag nem is a legjobb teljesítményű.

Környezeti aggályok: maradék alumínium és hosszú távú biztonság a kezelt vízben

A Világegészségügyi Szervezet maximálisan megengedett szintként 0,2 milligramm/liter maradék alumíniumot határozott meg a csapvízben, mivel felmerülnek aggodalmak a lehetséges idegharmónia-károsodásokkal kapcsolatban hosszú távon. A modern szűrési technikákat alkalmazó vízkezelő létesítmények ezeket az alumíniumnyomokat körülbelül 70–90 százalékkal csökkenthetik az idősebb módszerekhez képest. A folyamat során a pH-szintek figyelemmel kísérése, valamint egy különleges membránokat használó további lépés beiktatása a kezelés után hozzájárul ahhoz, hogy a hatóságok által meghatározott biztonságos határértékek betartásra kerüljenek. Ez egészségesen tartja az embereket anélkül, hogy csökkentené az egész tisztítási folyamat hatékonyságát.

A víz tisztaságának javítása és a zavarosság eltávolítása közművel ellátott vízhálózatokban

Az alumínium-szulfát továbbra is gyakori választás a városokban a vízkezelés során, mivel körülbelül 90%-kal csökkentheti a víz zavarosságát. A folyamat során semlegesítődnek a vízben lévő apró részecskék – például agyagszemcsék, finom szennyeződések és akár mikroszkopikus élőlények – elektromos töltései. Ezután ezek a részecskék nagyobb pelyhekbe állnak össze, amelyek könnyebben leülepednek. Egy 2021-ben közzétett kutatás szerint megfelelő alkalmazás esetén a zavarossági szint 0,3 NTU alá csökken, ami valójában megfelel az Egészségügyi Világszervezet (WHO) tiszta ivóvízre vonatkozó irányelveinek. Ennek hatékonysága azt jelenti, hogy a rendszer későbbi szűrőin kisebb terhelés éri. Az üzemek így hatékonyabban működnek, és pénzt is takarítanak meg, különösen fontos ez a nagyvárosi vízrendszerek számára, amelyek naponta milliók számára biztosítanak vizet.

Szerves anyagok, kórokozók és nehézfémek eltávolítása koagulációval

Az alumíniumszulfát koagulációs hatása miatt képes egyszerre többféle szennyező anyag eltávolítására. A vízben oldott szerves anyagok az alumínium-hidroxid csapadékhoz tapadnak, amely a kezelés során keletkezik. Emellett a baktériumok, például az E. coli, valamint paraziták, mint a Giardia, szintén fizikailag lecsapódnak ebben a folyamatban. Amikor a pH értéke körülbelül 6,5 és 7,5 között van, a kutatások szerint a nehézfémek – például ólom, arzén és króm – eltávolítási hatékonysága 85–92% között mozog. Ennek a módszernek az az előnye, hogy egyszerre több szennyezőt is kezel, így csökkenti a további fertőtlenítés szükségességét. Ugyanakkor nagyon fontos a megfelelő adagolás, mert ha túl sok maradék alumínium kerül a vízbe, az meghaladhatja a biztonságos 0,2 mg/literes határértéket, ami senkinek sem előnyös.

A csapadékképződés és szűrés hatékonyságának javítása alumíniumszulfát-kezelés után

A szilánkok 40-60 százalékkal gyorsabban ülepednek a szilánkokba, mint a szilánkok, ami sokkal hatékonyabb a szilárd anyagok elválasztását. A gyorsabb lecsendesedés azt jelenti, hogy a szűrők ritkábban dugnak be, így hosszabb ideig működhetnek, mielőtt tisztításra lenne szükségük, ami körülbelül 30% -kal csökkenti a visszaszórást. Ami érdekes, hogy az alumínium-hidroxid-flakok ragadós konsztanszisztenciája extra szűrőrétegként működik a homokágakban. Ezek a csövek egy mikrometernél kisebb részecskékre ragadnak, amelyek valahogy átcsúsztak az első véralvadási szakaszban. Mindezek a javulások együtt azt jelentik, hogy a jó minőségű tisztítási rendszerek valójában a végső vízből származó összes részecskék több mint 99,9% -át távolíthatják el.

A foszfor hatékony eltávolítása a települési és ipari szennyvízből

Az alum jóval jobban ki tudja távolítani a foszfort a ligandcsere reakcióinak köszönhetően, amiről a víztisztító körökben sokat beszélünk. Alapvetően, amikor az Al3+ ionok találkoznak az orthophosphate ionokkal (PO4^3-), összekapcsolódnak alumínium-foszfátot (AlPO4) alkotni, ami nem oldódik meg a vízben. Ez a dolog aztán leteleped, és mechanikusan kifiltrálódik. A kutatók 45 különböző európai szennyvíz-kezelő létesítmény adatait vizsgálták, és megállapították, hogy a káposzta felhasználása az üzemek 88 százalékában a teljes foszforszintet 0,5 mg/l alá csökkentette. Ez valójában megfelel annak, amit az EU Víz Keretirányelve a tiszta vízre vonatkozó előírásokkal ír elő. A szerszám nagyon jól működik az élelmiszer-feldolgozók és textilgyártók hulladékáramlásainak kezelésében, mivel a vízből származó vízben őrült magas a foszforszint, néha 15 mg/l-t is meghalad a koncentráció vizsgálatok során.

A nagy terhelésű szennyvízáramlatok zavarosságának és szennyezőanyagok csökkentése

Az alumínium kétféle koagulációs-flockulációs hatásával alkalmas a bonyolult, nagy terhelésű szennyvízkezelésre:

• Kolloid szuszpenziók : Negatív töltésű részecskék semlegesítése 1000 NTU-t meghaladó zavarosságú vízen
• Nehézfémek : Nehézfémek: Pb2+ és Cr3+-t hidrogén-oxid képződéssel társ-lerak: pH 9 - 9,5
• Szerves terhelés : A papírgyár-szennyeződésekben a lignin és fehérjékhez való kötődés révén a kémiai oxigénigény 65-80%-kal csökken

A kínai hét ipari park helyszíni adatai azt mutatják, hogy a kályha 98%-os teljes szuszpendált szilárdanyag eltávolítását képes elérni olyan patakokban, amelyek kezdeti szilárdanyag-tartalma meghaladja az 5000 mg/l-t, és ez erős teljesítményt mutat a nehéz körülmények között.

Esetmegvizsgálat: Sikeres bevezetés városi szennyvíztisztító létesítményekben

Az 1,2 millió lakosnak nyújtott európai települési üzem jelentős javulást ért el az alumíniumsulfát-koagulációra való áttérés után. A létesítmény 300 000 m3/nap szennyvíz feldolgozásával számolt be:

Tizennyolc hónapos próbaidő alatt az üzem fenntartotta az alumíniummaradék szintjét 0,2 mg/L alatt, miközben 94% foszfor eltávolítást és 82% COD csökkentést ért el, ezzel megerősítve az alumnak a nagy léptékű szennyvízkezelésben való hatékonyságát és gazdaságosságát.

Az alumínium-szulfát teljesítményének optimalizálása: adagolás, pH és vízfeltételek

Ideális pH-tartomány és adagolási stratégiák a maximális koagulációs hatékonyság érdekében

A koaguláció legjobb eredményei akkor érhetők el, amikor a pH-érték körülbelül 5,5 és 7,5 között marad. Ezen a tartományon belül a folyamat sokkal hatékonyabbá válik, néha akár 40–60 százalékkal is javulhat az eredmény a tartományon kívüli értékekhez képest. Az alkalmazandó alum mennyiségét illetően a legtöbb kezelés 5 és 200 mg/l közötti értéket igényel. Ha azonban a víz nagyon zavaros, vagy sok szennyezőanyagot tartalmaz, egyes esetekben akár 500 mg/l-re is szükség lehet. Hogy pontosan meghatározzák, mi működik a legjobban egy adott helyszínen, a jar teszt továbbra is az egyik legmegbízhatóbb módszer. Ez segít elkerülni az alum felesleges használatát, amely túlméretezett alumíniumtartalmat hagyhat a vízben, meghaladva a Világ Egészségügyi Szervezet 0,2 mg/l-es biztonságos határértékét. Amint azonban a pH 7,5 fölé emelkedik, problémák lépnek fel, mivel az alumínium-hidroxid oldhatósága csökken. Ez nehezebbé teszi a megfelelő flockok kialakulását, és végül csökkenti az egész kezelési folyamat hatékonyságát.

A víz hőmérsékletének, lúgosságának és ionösszetételének hatása

A 10 °C alatti hőmérsékletű víz jelentősen lelassítja a reakciók sebességét a kezelési folyamatok során. Ez azt jelenti, hogy a floc-képződés sokkal lassabban megy végbe, néha akár 30–50 százalékkal hosszabb időt is igénybe vehet a normálisnál, és a keverést is hosszabb ideig kell végezni. Az alkalitás szintjei is nagy szerepet játszanak abban, hogy a rendszer ne váljon túlságosan savassá az alumínium-szulfát hozzáadása után. Ha az alkalitás 50 mg/l (mészként kifejezve) alá csökken, a legtöbb kezelőtelepnek extra mészre vagy szódabikarbónára van szüksége ahhoz, hogy a pH-t elegendően stabilan tartsa a megfelelő üzemeltetéshez. Egy másik kihívás akkor jelentkezik, amikor a víz ionerőssége magas, 1000 mikrosiemens per centiméternél nagyobb. Ez az állapot gyakorlatilag összenyomja a részecskék körül lévő apró elektromos rétegeket, így azok kevésbé hatékonyan tudnak összeállni. Ennek eredménye? A koaguláció ilyen körülmények között kb. 40 százalékkal rosszabbul működik. Mindezen tényezők mutatják, hogy miért olyan fontos a jó minőségű valós idejű monitorozási rendszer, különösen azoknál a létesítményeknél, amelyek szezonálisan változó vízminőséggel küzdenek.

Az alumínium-szulfát előnyei és kihívásai a vízkezelésben

Főbb előnyök: költséghatékonyság, megbízhatóság és sokoldalúság a kezelőrendszerek széles körében

Az alumínium-szulfát (vagy röviden alum) költséghatékony és megbízható koagulánsként emelkedik ki, amelyet széles körben használnak mind a települési, mind az ipari vízkezelő létesítményekben. Olyan alternatívákhoz képest, mint a vas-klorid, körülbelül 30–50 százalékkal csökkenti az üzemeltetési költségeket, miközben fenntartja a 95 százalék feletti eltávolítási hatékonyságot a zavarosság és káros kórokozók tekintetében. Ezen anyag sokoldalúságát az adja, hogy jól működik akár apró vidéki vízrendszerben, akár nagyvárosi kezelőművekben is. A kezelők napi szinten tudják finomhangolni az adagolást a pillanatnyi vízminőség függvényében. Amikor a pH-érték a 5,5–7,5 közötti ideális tartományban marad, az alum képes eltávolítani a zavaró szerves szennyezők körülbelül 70–90 százalékát. És legyünk őszinték: amikor a költségek a legfontosabbak, az alum gyakran messze felülmúlja a PAC-megoldásokat azon létesítmények számára, amelyek szorosan figyelik költségvetésüket.

Gyakori korlátozások: iszapképződés, pH-beállítás szükséglete és környezeti megfontolások

Az alumíniumszulfát azonban néhány hátránnyal is jár. Körülbelül 15–30 százalékkal több iszapot hoz létre, mint a szintetikus polimerek, ami magasabb ártalmatlanítási költségeket és bonyolultabb logisztikát jelent a hulladékgazdálkodásban. Amikor az alumíniumszulfát lebomlik a vízkezelési folyamatok során, ténylegesen csökkenti a pH-szintet. Ennek hatásának kiegyensúlyozásához a vízkezelő létesítményeknek lúgos anyagokra, például mészre kell költeniük. Ezek a vegyszerbeszerzések akár a teljes üzemeltetési költségvetés majdnem 20%-át is felemésztik, pusztán azért, hogy a víz megfelelő savassági szintjét fenntartsák. A környezetvédelmi szabályozók figyelemmel kísérik, mennyi alumínium marad vissza a kezelt vízben a feldolgozás után, ezért elengedhetetlen a Világegészségügyi Szervezet (WHO) ajánlásának betartása, miszerint legfeljebb 0,2 mg alumínium lehet literenként. A jó hír az, hogy a legfrissebb kutatások szerint, ha a kezelők finomhangolják adagolási módszereiket, és újabb szűrőrendszerekkel kombinálják azokat, akkor az iszapképződést körülbelül 40%-kal csökkenthetik. Ez a módszer emellett segít betartani az EPA és az AWWA fontos előírásait a biztonságos ivóvízzel kapcsolatban anélkül, hogy minőségbeli kompromisszumot kellene kötni.

Gyakran Ismételt Kérdések

Milyen szerepet játszik az alumínium-szulfát a vízkezelésben?

Az alumínium-szulfát koagulálóként működik a vízkezelés során, segítve a lebegő részecskék instabillá tételét, így hatékonyan eltávolíthatók a további kezelési folyamatok során.

Hogyan befolyásolja az alumínium-szulfát a kezelt víz pH-értékét?

Az alumínium-szulfát általában csökkenti a kezelt víz pH-értékét, ezért a létesítmények gyakran lúgos anyagokat, például mészport adagolnak, hogy fenntartsák a vízkezelés számára optimális pH-tartományt.

Vannak-e környezeti aggályok az alumínium-szulfát használatával kapcsolatban?

Igen, az alumínium maradéka a kezelt vízben aggodalomra ad okot, mivel potenciális egészségügyi hatásai lehetnek. Ezért a kezelőrendszerek arra törekednek, hogy a maradék szintet a Világ Egészségügyi Szervezet által ajánlott 0,2 mg/L alatt tartsák.

Miért részesítik előnyben az alumínium-szulfátot más koagulánsokkal szemben annak korlátozottsága ellenére?

Az alumínium-szulfát költséghatékony, megbízható és sokoldalú, ami számos önkormányzat számára elsődleges választás, különösen azok számára, amelyek költségvetési korlátokkal és meglévő infrastruktúrával rendelkeznek.