Apakah Kegunaan Aluminium Sulfat dalam Rawatan Air?

Bagaimana Aluminium Sulfat Berfungsi sebagai Koagulan dalam Rawatan Air

Memahami Proses Penggumpalan dan Peranan Aluminium Sulfat dalam Mengekalkan Zarah Terampai

Rawatan air bermula dengan penggumpalan, satu proses yang mengumpulkan kotoran halus supaya boleh dikeluarkan kemudian. Alum berfungsi dengan sangat baik di sini kerana apabila ia larut, ia membebaskan ion aluminium trivalen (Al³⁺) yang pada asasnya meneutralkan cas negatif pada bahan-bahan yang terapung dalam air seperti zarah liat, serpihan bahan organik, dan malah sesetengah mikrob berbahaya. Apabila cas-cas ini dineutralkan, zarah-zarah tersebut berhenti saling menolak dan mula melekat bersama semasa fasa pencampuran pantas yang biasanya mengambil masa kira-kira satu hingga dua minit. Kebanyakan loji rawatan air mendapati alum memberikan hasil terbaik apabila pH air berada antara 5.5 hingga 7.5. Namun begitu, jumlah alum yang diperlukan agak berbeza-beza, biasanya antara 50 hingga 300 miligram per liter bergantung kepada kekeruhan air dan jenis pencemar yang hadir.

Mekanisme Kimia Aluminium Sulfat dalam Pembentukan Gumpal dan Penyingkiran Kotoran

Selepas cas diseimbangkan, aluminium mula terurai melalui proses hidrolisis yang menghasilkan aluminium hidroksida (Al(OH)3). Bahan ini membentuk pepejal seakan-akan gel yang sangat baik dalam menangkap bahan-bahan yang ingin kita buang daripada air. Apabila gugusan kecil yang dikenali sebagai floc berkembang, saiznya boleh mencapai antara setengah milimeter hingga tiga milimeter. Ini membolehkan mereka mendapan dengan baik di dalam tangki rawatan. Apabila semua proses berjalan dengan betul, kaedah ini dapat menghilangkan kira-kira 85 hingga hampir keseluruhan kekeruhan dalam sampel air serta menghapuskan lebih kurang dua pertiga hingga empat perlima daripada sebatian organik yang mengganggu. Kajian menunjukkan floc hidroksida melekat pada pelbagai pencemar terlarut seperti ion fosfat dan pelbagai jenis logam berat melalui pembentukan ikatan pada permukaan mereka. Tindakan pelekatan ini sebenarnya meningkatkan keberkesanan keseluruhan sistem penulenannya.

Perbandingan dengan Penggumpal Alternatif: Kecekapan, Kos, dan Pertimbangan Praktikal

Ferik klorida boleh menyingkirkan hampir semua fosforus daripada air, kadangkala sehingga 98%, yang jauh lebih baik daripada alum yang hanya mampu menghapuskan sekitar 70 hingga 85%. Kekurangannya ialah ferik klorida merosakkan paip dan peralatan dengan lebih cepat, menyebabkan pihak berkuasa tempatan terpaksa membelanjakan lebihan untuk baikan dan penggantian. Polimer sintetik merupakan pilihan lain yang memberikan air yang sangat jernih dengan sedikit lumpur yang tertinggal selepas rawatan, tetapi bahan-bahan ini datang dengan harga yang membuatkan mereka tidak praktikal bagi kebanyakan loji rawatan air kumbahan biasa. Oleh itu, ramai bandar masih menggunakan alum walaupun terdapat alternatif baharu. Alum telah digunakan selama beberapa dekad, berfungsi secara boleh dipercayai tanpa prosedur persediaan yang rumit, dan tidak membazirkan belanjawan seperti sesetengah pilihan yang lebih canggih. Bagi kerajaan tempatan yang menghadapi masalah infrastruktur yang semakin uzur dan tekanan kewangan, terus menggunakan apa yang mereka kenali adalah tindakan yang munasabah, walaupun dari segi teknikalnya bukan yang terbaik.

Kebimbangan Alam Sekitar: Aluminium Baki dan Keselamatan Jangka Panjang dalam Air yang Dirawat

Pertubuhan Kesihatan Sedunia telah menetapkan tahap maksimum yang dibenarkan sebanyak 0.2 miligram per liter bagi aluminium baki dalam air paip kerana kebimbangan terhadap kesan berpotensi terhadap fungsi otak dari semasa ke semasa. Kemudahan rawatan air yang menggunakan teknik penapisan terkini boleh mengurangkan jejak aluminium ini sebanyak kira-kira 70 hingga mungkin 90 peratus berbanding kaedah lama. Pemantauan aras pH sepanjang proses serta penambahan langkah tambahan dengan membran khas selepas rawatan membantu memastikan kita kekal dalam had selamat yang ditetapkan oleh pihak berkuasa kesihatan. Ini mengekalkan kesihatan masyarakat tanpa mengurangkan keberkesanan keseluruhan proses pemurnian.

Meningkatkan Kejernihan Air dan Menghapuskan Kekeruhan dalam Sistem Air Perbandaran

Aluminium sulfat kekal menjadi pilihan biasa untuk merawat air di bandar-bandar kerana ia mampu mengurangkan kekeruhan air sebanyak kira-kira 90%. Apa yang berlaku ialah ia meneutralkan cas elektrik pada zarah-zarah halus seperti serpihan tanah liat, habuk halus, dan malah organisma kecil yang terapung dalam bekalan air. Zarah-zarah ini kemudian berkumpul membentuk ketulan lebih besar yang mudah mendapan. Penyelidikan yang diterbitkan pada tahun 2021 menunjukkan bahawa apabila digunakan dengan betul, tahap kekeruhan boleh turun di bawah 0.3 NTU, iaitu memenuhi garis panduan Pertubuhan Kesihatan Sedunia untuk air minuman yang jernih. Keberkesanan ini bermakna tekanan yang kurang terhadap penapis di peringkat seterusnya dalam sistem. Loji beroperasi dengan lebih baik secara keseluruhan dan turut menjimatkan kos, terutamanya penting bagi sistem bekalan air bandar besar yang melayani berjuta-juta orang setiap hari.

Penyingkiran Bahan Organik, Patogen, dan Logam Berat Melalui Koagulasi

Cara kerja alum dari segi penggumpalan bermaksud ia boleh menyingkirkan pelbagai jenis pencemar sekaligus. Bahan organik yang larut dalam air melekat pada gumpalan aluminium hidroksida yang terbentuk semasa rawatan. Bakteria seperti E. coli dan parasit seperti Giardia turut terperangkap secara fizikal dalam proses ini. Apabila pH kekal di antara 6.5 hingga 7.5, kajian menunjukkan kadar penyingkiran antara 85% hingga 92% bagi logam berat termasuk plumbum, arsenik, dan kromium. Yang menjadikan kaedah ini begitu bernilai ialah ia mampu mengendalikan pelbagai pencemar secara serentak, mengurangkan keperluan disinfeksi tambahan. Namun begitu, pentadbiran dos yang betul amat penting kerana jika terdapat terlalu banyak aluminium yang tertinggal, ia mungkin melebihi had selamat iaitu 0.2 mg per liter yang tidak baik untuk sesiapa pun.

Meningkatkan Kecekapan Pemendakan dan Penapisan Selepas Rawatan Alum

Apabila dirawat dengan alumin, serbuk cenderung menetap kira-kira 40 hingga 60 peratus lebih cepat di cekungan sedimentasi berbanding zarah tanpa rawatan, yang menjadikan pemisahan pepejal jauh lebih baik. Pengendapan yang lebih cepat bermakna penapis kurang kerap tersumbat, jadi mereka boleh berjalan lebih lama sebelum perlu dibersihkan, mengurangkan pencucian belakang sekitar 30%. Yang menarik ialah bagaimana konsistensi lengket aluminium hidroksida berfungsi sebagai lapisan penapis tambahan di dalam tempat tidur pasir. Bulu ini menangkap zarah-zarah kecil yang lebih kecil daripada mikrometer yang entah bagaimana tergelincir semasa peringkat pembekuan pertama. Semua peningkatan ini bersama-sama bermakna bahawa sistem rawatan berkualiti baik sebenarnya dapat mengeluarkan lebih daripada 99.9% daripada semua zarah dari pengeluaran air akhir.

Penghapusan Fosfor yang berkesan dalam air sisa perbandaran dan perindustrian

Alum berfungsi dengan baik untuk mengeluarkan fosforus berkat reaksi pertukaran ligand yang kita bercakap tentangnya dalam kalangan rawatan air. Pada dasarnya, apabila ion Al3+ bertemu dengan ion orthophosphate (PO4^3-), mereka bercampur untuk membuat aluminium fosfat (AlPO4) yang tidak larut dalam air. Bahan ini kemudian menetap dan ditapis secara mekanikal. Melihat data dari 45 kemudahan air kumbahan yang berbeza di seluruh Eropah, para penyelidik mendapati bahawa menggunakan alum menurunkan jumlah kadar fosfor di bawah 0.5 mg / L di sekitar 88 peratus daripada tumbuhan ini. Ini sebenarnya memenuhi apa yang dikehendaki oleh EU Water Framework Directive untuk standard air bersih. Bahan ini sangat cemerlang dalam merawat aliran sisa dari pengproses makanan dan pengeluar tekstil kerana aliran mereka cenderung mempunyai tahap fosforus yang tinggi, kadang-kadang melebihi 15 mg / L dalam ujian kepekatan.

Mengurangkan kekeruhan dan bahan pencemar dalam aliran air sisa beban tinggi

Aluminium mempunyai tindakan koagulasi-flocculation ganda menjadikannya sesuai untuk merawat air sisa yang kompleks dan beban tinggi:

• Suspensi Koloid : Menetralkan zarah bermuatan negatif di dalam air dengan kekeruhan melebihi 1,000 NTU
• Logam berat : Logam berat: Mempercurah Pb2 + dan Cr3 + melalui pembentukan hidroksida pada pH 9 - 9.5
• Beban Organik : Mengurangkan keperluan oksigen kimia (COD) sebanyak 65-80% dalam limbah kilang kertas melalui ikatan dengan lignin dan protein

Data lapangan dari tujuh taman perindustrian di China menunjukkan alum mencapai 98% jumlah penebangan pepejal (TSS) dalam aliran dengan kandungan pepejal awal melebihi 5,000 mg/L, menunjukkan prestasi yang kukuh dalam keadaan yang menuntut.

Kajian Kes: Pelaksanaan yang berjaya di loji rawatan air sisa bandar

Satu loji perbandaran Eropah yang melayani 1.2 juta penduduk mencapai peningkatan yang ketara selepas beralih ke pembekuan aluminium sulfat. Menguruskan 300,000 m3 air sisa, kemudahan itu melaporkan:

Selama percubaan 18 bulan, loji ini mengekalkan tahap aluminium sisa di bawah 0.2 mg / L sambil mencapai 94% penghapusan fosforus dan pengurangan COD 82%, mengesahkan keberkesanan aluminium dan daya maju ekonomi dalam pengurusan air sisa berskala besar.

Mengoptimumkan Prestasi Aluminium Sulfat: Dos, pH, dan Keadaan Air

Julat pH ideal dan strategi dos untuk kecekapan pembekuan maksimum

Keputusan terbaik untuk penggumpalan berlaku apabila aras pH kekal antara 5.5 hingga 7.5. Dalam julat ini, proses tersebut menjadi jauh lebih cekap, kadangkala meningkat sehingga 40 hingga 60 peratus berbanding apa yang berlaku di luar julat ini. Mengenai jumlah alum yang digunakan, kebanyakan rawatan memerlukan antara 5 hingga 200 miligram per liter. Namun, jika air sangat keruh atau mengandungi banyak pencemar, sesetengah situasi mungkin memerlukan sehingga 500 mg/L. Untuk mengetahui dengan tepat apa yang paling berkesan di lokasi tertentu, ujian balang masih merupakan salah satu kaedah paling boleh dipercayai yang tersedia. Ini membantu mengelakkan penggunaan alum yang berlebihan yang boleh meninggalkan aluminium berlebihan dalam air melebihi had selamat 0.2 mg/L seperti yang ditetapkan oleh Pertubuhan Kesihatan Sedunia. Walau bagaimanapun, apabila pH melebihi 7.5, perkara-perkara mula menjadi tidak baik kerana aluminium hidroksida menjadi kurang larut. Ini menyukarkan pembentukan gumpal yang sempurna dan pada akhirnya mengurangkan keberkesanan keseluruhan rawatan.

Pengaruh Suhu Air, Kebasahan, dan Komposisi Ionik

Air yang kekal di bawah 10 darjah Celsius benar-benar memperlahankan kadar tindak balas semasa proses rawatan. Ini bermakna pembentukan gumpal berlaku lebih perlahan, kadangkala mengambil masa 30 hingga 50 peratus lebih lama daripada biasa, dan operator terpaksa menggaulkan bahan untuk tempoh yang lebih panjang juga. Apabila melibatkan aras alkaliniti, ia memainkan peranan besar dalam mengekalkan sistem daripada menjadi terlalu berasid selepas penambahan alum. Jika tahap alkaliniti jatuh di bawah 50 miligram per liter setara kalsium karbonat, kebanyakan loji rawatan akhirnya memerlukan kapur tambahan atau soda api hanya untuk mengekalkan pH pada tahap stabil yang mencukupi bagi operasi yang betul. Satu lagi cabaran muncul apabila terdapat kekuatan ionik yang tinggi dalam air, iaitu melebihi 1000 mikrosiemens per sentimeter. Keadaan ini sebenarnya mengecilkan lapisan elektrik halus di sekeliling zarah, menyebabkan zarah-zarah tersebut kurang berkesan dalam menggumpal bersama. Hasilnya? Proses koagulasi berfungsi kira-kira 40 peratus lebih buruk dalam keadaan sedemikian. Semua pemboleh ubah ini menunjukkan mengapa sistem pemantauan masa nyata yang baik begitu memberi kesan, terutamanya bagi kemudahan yang berhadapan dengan kualiti air yang berubah-ubah sepanjang musim yang berbeza.

Kelebihan dan Cabaran Menggunakan Aluminium Sulfat dalam Rawatan Air

Manfaat Utama: Kekosan Berkesan, Kebolehpercayaan, dan Keserbagunaan Merentasi Sistem Rawatan

Alum, atau aluminium sulfat, merupakan bahan koagulan yang murah dan boleh dipercayai yang digunakan secara meluas dalam pelbagai kemudahan rawatan air, sama ada di peringkat perbandaran mahupun industri. Berbanding pilihan seperti ferik klorida, alum mengurangkan perbelanjaan pengendalian sebanyak kira-kira 30 hingga 50 peratus, sambil mengekalkan kadar penyingkiran melebihi 95% bagi perkara seperti kekeruhan dan patogen berbahaya. Keupayaan serbaguna bahan ini datang daripada keberkesanannya sama ada dalam sistem air luar bandar yang kecil atau loji rawatan bandar besar. Pengendali boleh melaras dos berdasarkan kualiti air yang dihadapi setiap hari. Apabila aras pH kekal dalam julat optimum iaitu sekitar 5.5 hingga 7.5, alum mampu menghapuskan kira-kira 70 hingga 90% daripada pencemar organik yang mengganggu tersebut. Dan jujurnya, apabila kos menjadi pertimbangan utama, alum sering kali lebih unggul berbanding penyelesaian PAC bagi kemudahan yang peka terhadap belanjawan.

Had Umum: Penjanaan Lumpur, Kebutuhan Pelarasan pH, dan Pertimbangan Persekitaran

Alum memang datang dengan beberapa kekurangan. Ia menghasilkan lebih banyak lumpur sebanyak 15 hingga 30 peratus berbanding polimer sintetik, yang bermaksud kos pelupusan yang lebih tinggi dan logistik pengurusan sisa yang lebih rumit. Apabila alum terurai dalam proses rawatan air, ia sebenarnya merendahkan aras pH. Untuk mengatasi kesan ini, kemudahan rawatan air terpaksa membelanjakan wang untuk bahan alkali seperti kapur. Pembelian bahan kimia ini boleh mengambil hampir 20% daripada jumlah belanjawan operasi mereka hanya untuk mengekalkan tahap keasidan air yang betul. Pihak berkuasa perlesenan alam sekitar sedang memantau dengan teliti jumlah aluminium yang kekal dalam air yang telah dirawat selepas pemprosesan, maka mematuhi cadangan Pertubuhan Kesihatan Sedunia iaitu tidak lebih daripada 0.2 mg per liter menjadi perkara penting. Berita baiknya ialah kajian terkini menunjukkan bahawa apabila pengendali melaras kaedah dos mereka dengan lebih tepat dan menggabungkannya dengan sistem penapisan yang lebih baru, mereka boleh mengurangkan penghasilan lumpur sebanyak kira-kira 40%. Pendekatan ini juga membantu memenuhi piawaian EPA dan AWWA yang penting bagi air minuman yang selamat tanpa mengorbankan kualiti.

Soalan Lazim

Apakah peranan utama aluminium sulfat dalam rawatan air?

Aluminium sulfat bertindak sebagai penggumpal dalam rawatan air, membantu menstabilkan zarah terampai supaya dapat dikeluarkan secara berkesan melalui proses rawatan lanjutan.

Bagaimanakah aluminium sulfat mempengaruhi tahap pH air yang dirawat?

Aluminium sulfat cenderung merendahkan tahap pH air yang dirawat, oleh itu kemudahan sering perlu menambah bahan alkali seperti kapur untuk mengekalkan julat pH optimum bagi rawatan yang berkesan.

Adakah terdapat kebimbangan alam sekitar yang berkaitan dengan penggunaan aluminium sulfat?

Ya, aluminium baki dalam air yang dirawat adalah suatu kebimbangan, kerana ia boleh memberi kesan kesihatan yang berpotensi. Oleh itu, sistem rawatan bertujuan untuk mengekalkan aras baki di bawah 0.2 mg/L seperti yang disyorkan oleh Pertubuhan Kesihatan Sedunia.

Mengapakah aluminium sulfat lebih dipilih berbanding penggumpal lain walaupun mempunyai kekurangan?

Aluminium sulfat adalah berkesan dari segi kos, boleh dipercayai, dan serba guna, menjadikannya pilihan utama bagi banyak pihak berkuasa tempatan, terutamanya yang mempunyai batasan belanjawan dan infrastruktur sedia ada.