Яке застосування сульфату алюмінію у очищенні води?

Як сульфат алюмінію діє як коагулянт у водопідготовці

Розуміння процесу коагуляції та роль сульфату алюмінію у деактивації завислих частинок

Очищення води розпочинається з коагуляції — процесу, під час якого дрібні домішки об'єднуються, щоб їх можна було вилучити на наступних етапах. Алюмінієвий купорос добре працює саме тут, оскільки при розчиненні він виділяє тривалентні іони алюмінію (Al³⁺), які нейтралізують негативні заряди частинок, що перебувають у воді, таких як частинки глини, органічні залишки та навіть деякі шкідливі мікроорганізми. Коли ці заряди нейтралізуються, частинки перестають відштовхуватися одна від одної і починають злипатися під час фази швидкого перемішування, яка зазвичай триває близько хвилини чи двох. Більшість станцій очищення води встановили, що найкращі результати алюмінієвий купорос показує при рівні pH води в межах від 5,5 до 7,5. Кількість необхідного купоросу може значно варіюватися — зазвичай від 50 до 300 міліграмів на літр, залежно від рівня забруднення води та типу наявних забруднювачів.

Хімічний механізм сульфату алюмінію у формуванні хлоп’їв та видаленні домішок

Після вирівнювання зарядів алюміній починає розкладатися через гідроліз, утворюючи гідроксид алюмінію (Al(OH)3). Ця речовина утворює желе подібне тверде з'єднання, яке дуже добре затримує речовини, що ми хочемо видалити з води. Коли ці маленькі скупчення, які називають флоками, ростуть, вони можуть досягати розмірів від півміліметра до трьох міліметрів. Це дозволяє їм добре осідати в очисних резервуарах. Коли все працює правильно, цей метод видаляє приблизно від 85 відсотків до майже 100 відсотків каламутності у зразках води і приблизно дві третини до чотирьох п’ятих органічних сполук. Дослідження показують, що ці гідроксидні флоки приєднуються до різних розчинених забруднювачів, таких як іони фосфату та різні важкі метали, утворюючи зв'язки на своїх поверхнях. Ця взаємодія фактично підвищує загальну ефективність системи очищення.

Порівняння з альтернативними коагулянтами: ефективність, вартість та практичні аспекти

Хлорид заліза може видалити майже весь фосфор із води, іноді аж до 98%, що значно краще, ніж сульфат алюмінію, який видаляє близько 70–85%. Однак недоліком є те, що хлорид заліза набагато швидше руйнує труби та обладнання, через що громади витрачають додаткові кошти на ремонт та заміну. Синтетичні полімери — це ще один варіант, який забезпечує дуже чисту воду і залишає після очищення мінімум осаду, але ці матеріали мають високу ціну, що робить їх непрактичними для більшості звичайних очисних споруд. Саме тому багато міст досі використовують сульфат алюмінію, незважаючи на новіші альтернативи. Сульфат алюмінію використовується вже десятиліттями, надійно працює без складних процедур налаштування й не перевантажує бюджет, на відміну від більш сучасних варіантів. Для місцевих урядів із обмеженими кошторисами, які стикаються зі старінням інфраструктури, логічно продовжувати використовувати перевірені засоби, навіть якщо вони технічно не є найефективнішими.

Екологічні проблеми: залишковий алюміній та довгострокова безпека у обробленій воді

Світова організація охорони здоров'я встановила максимально допустимий рівень залишкового алюмінію у водопровідній воді — 0,2 міліграма на літр через побоювання щодо можливого впливу на функції мозку з часом. Установки з очищення води, які використовують сучасні методи фільтрації, можуть знизити вміст цих слідів алюмінію приблизно на 70–90 відсотків порівняно зі старими методами. Контроль рівня pH протягом усього процесу та додавання додаткового етапу з використанням спеціальних мембран після обробки допомагає забезпечити дотримання безпечних меж, встановлених медичними організаціями. Це зберігає здоров'я людей, не зменшуючи при цьому ефективності всього процесу очищення.

Покращення прозорості води та видалення каламутності в муніципальних системах водопостачання

Сульфат алюмінію залишається поширеним засобом для очищення води в містах, оскільки може знизити рівень каламутності води приблизно на 90%. Це відбувається тому, що він нейтралізує електричні заряди дрібних частинок, таких як частинки глини, дрібне бруд, а також мікродрібні організми, які плавають у водопостачанні. Ці частинки об'єднуються, утворюючи більші хлопья, які легше осідають. Дослідження, опубліковане у 2021 році, показало, що при правильному застосуванні рівень каламутності знижується нижче 0,3 NTU, що відповідає рекомендаціям Всесвітньої організації охорони здоров'я щодо прозорої питної води. Така висока ефективність означає менше навантаження на фільтри на наступних етапах системи. Очисні споруди працюють ефективніше загалом і дають економію коштів, що особливо важливо для великих міських систем водопостачання, які обслуговують мільйони людей щодня.

Видалення органічних речовин, патогенів та важких металів шляхом коагуляції

Те, як діє алюм у процесі коагуляції, означає, що він може одночасно видаляти найрізноманітніші забруднювачі. Органічні речовини, розчинені у воді, прилипають до хлоп’ястих згустків гідроксиду алюмінію, що утворюються під час обробки. Бактерії, такі як кишкова паличка (E. coli), та паразити, наприклад лямблії (Giardia), також фізично затримуються в цьому процесі. Коли рівень pH тримається в межах від 6,5 до 7,5, дослідження показують ступінь видалення важких металів — таких як свинець, миш’як та хром — від 85% до 92%. Цей підхід є настільки ефективним тому, що він одночасно знешкоджує кілька забруднювачів, зменшуючи потребу в додатковій дезінфекції. Проте важливо точно дозувати реагент, адже надлишок алюмінію може перевищити безпечний рівень 0,2 мг на літр, що небезпечно для здоров’я.

Підвищення ефективності осадження та фільтрації після обробки алюмом

Після обробки алюмом хлоп'я утворюється на 40–60 відсотків швидше в осадкових резервуарах у порівнянні з частинками без обробки, що значно покращує відділення твердих речовин. Швидше осідання означає, що фільтри забруднюються рідше, тому можуть працювати довше перед необхідністю очищення, скорочуючи кількість зворотних промивок приблизно на 30%. Цікаво, що липка консистенція хлоп'їв гідроксиду алюмінію діє як додатковий фільтруючий шар у піщаних фільтрах. Ці хлоп'я захоплюють найдрібніші частинки розміром менше одного мікрометра, які пройшли крізь перший етап коагуляції. Усі ці поліпшення разом дають змогу якісним системам очищення видаляти більше ніж 99,9% усіх завислих частинок із кінцевого об’єму води.

Ефективне видалення фосфору з муніципальних і промислових стічних вод

Алюминий спирт досить добре виводить фосфор завдяки тим реакціям обміну лігандами, про які ми так часто говоримо в сфері очищення води. В основному, коли іони Al3+ зустрічаються з іонами ортофосфату (PO4^3-), вони об'єднуються, щоб створити фосфат алюмінію (AlPO4), який не розчиняється в воді. Потім ці речовини осідають і відфільтруються механічно. Дослідники, вивчивши дані 45 різних одиниць очищення стічних вод по всій Європі, виявили, що використання алюму знизило загальний рівень фосфору до 0,5 мг/л приблизно у 88% цих заводів. Це насправді відповідає вимогам Рамкової директиви ЄС про воду для чистої води. Цей матеріал дійсно блищить у обробці відходів від виробників продуктів харчування і текстилю, оскільки їх відтік має високий рівень фосфору, іноді перевищує 15 мг/л у аналізах концентрації.

Зменшення затуманенності та забруднюючих речовин у потоках стічних вод з високою навантаженням

Двійне дію коагуляції і флокуляції робить алюміній підходящим для обробки складних стічних вод з великою навантаженням:

• Колоїдальні суспензії : Неутралізує негативно заряджені частинки в водах з м'якотою більше 1000 НТУ
• Тяжкі метали : Важкі метали: співавторіє Pb2+ і Cr3+ через утворення гідроксиду при pH 9 - 9,5
• Органічні навантаження : Зменшує запит на хімічний кисень (COD) на 65-80% у стоків паперобудівних заводів шляхом зв'язку з лігніном та білками

Полічні дані з семи промислових парків Китаю показують, що алюм досягає 98% загального видалення суспендованих твердих речовин (TSS) у потоках з початковим вмістом твердих речовин понад 5000 мг/л, що демонструє надійну продуктивність в складних умовах.

Вивчення випадку: успішне впровадження в очистних установках стічних вод

Європейська комунальна установка, яка обслуговує 1,2 мільйона жителів, досягла значних поліпшень після переходу на коагуляцію сульфатом алюмінію. За даними об'єкта, який обробляє 300 000 м3 стічних вод на день:

Протягом 18 місяців випробувань на заводі рівень залишкового алюмінію залишався нижче 0,2 мг/л, при цьому було видалено 94% фосфору і знижено 82% СОД, що підтверджує ефективність і економічну життєздатність алюмінію в великому управлінні стічними водами.

Оптимізація продуктивності сульфату алюмінію: дозування, рН і умови води

Ідеальний діапазон рН і дозування для максимальної ефективності коагуляції

Найкращі результати для коагуляції відбуваються, коли рівень рН залишається між 5,5 і 7,5. У цьому діапазоні процес стає набагато ефективнішим, іноді на 40 - 60% краще, ніж за межами цих цифр. Коли мова йде про кількість алмуну, більшість методів лікування вимагає від 5 до 200 міліграм на літр. Але якщо вода дуже брудна або містить багато забруднюючих речовин, то в деяких випадках може знадобитися навіть 500 мг/л. Це допомагає уникнути використання надмірної кількості алюмінію, який може залишити надлишок алюмінію в воді за межами безпечного ліміту Світової організації охорони здоров'я 0,2 мг/л. Це ускладнює формування правильних флеків і в кінцевому підсумку знижує ефективність всього лікування.

Вплив температури води, лучності і іонного складу

Вода, яка залишається нижче 10 градусів Цельсія, дійсно сповільнює швидкість реакцій під час процесу обробки. Це означає, що родини формуються набагато повільніше, іноді на 30-50% довше, ніж зазвичай, і оператори також повинні змішувати речі протягом тривалого періоду часу. Коли мова йде про рівень лучності, вони відіграють велику роль у запобіганні надмірної кислотності системи після додавання алмуну. Якщо ще менш ніж 50 міліграм на літр в якості карбонату кальцію, більшість очистних установ потребують додаткового вапну або содового попелу, щоб зберегти pH досить стабільним для правильної роботи. Ще одна проблема виникає, коли є висока іонна міцність води, понад 1000 мікросиментів на сантиметр. Ця ситуація фактично стискає ті крихітні електричні шари навколо частинок, що робить їх менш ефективними. Який результат? У таких умовах коагуляція працює на 40 відсотків гірше. Всі ці змінні вказують на те, чому наявність хороших систем спостереження в реальному часі робить таку різницю, особливо для об'єктів, що мають справу з зміною якості води протягом різних сезонів.

Переваги та проблеми використання сульфату алюмінію в очистці води

Основні переваги: економічна ефективність, надійність та універсальність всіх систем лікування

Алюміній або сульфат алюмінію є недорогим і надійним коагулянтом, який використовується в багатьох очистних установах, як у міських, так і в промислових умовах. У порівнянні з такими варіантами, як хлорид залізничного, він скорочує витрати на експлуатацію приблизно на 30-50%, все це при збереженні рівня видалення понад 95% для таких речей, як туманність і шкідливі патогени. Це речовина настільки універсальна, оскільки вона працює як у маленьких сільських водопровідних системах, так і в великих міських очистних установках. Оператори можуть коригувати дозу залежно від якості води, з якою вони стикаються щодня. Коли рівень рН залишається в межах 5,5 - 7,5 точок, то альмуну вдається усунути від 70 до 90% цих неприємних органічних забруднювачів. І давайте визнаємо, коли гроші найважливіші, випускники часто перемагають рішення PAC за умови уважного контролю за бюджетом.

Зазвичай існують обмеження: утворення бруду, необхідність регулювання рН і екологічні обставини

Але ж у альмунів є деякі недоліки. Це створює приблизно на 15 - 30% більше бруду, ніж синтетичні полімери, що означає більш високі витрати на утилізацію і більш складну логістику для управління відходами. Коли альмун розщеплюється в процесі очищення води, він знижує рівень рН. Щоб протидіяти цьому ефекту, очисткові установки повинні витрачати гроші на щедрі речовини, такі як вапняк. Ці покупки хімічних речовин можуть зайняти майже 20% їх загального операційного бюджету, щоб просто зберегти воду на правильному рівні кислотності. Організації, що контролюють екологію, уважно стежать за тим, скільки алюмінію залишається в очищеній воді після обробки, тому важливо дотримуватися рекомендації Всесвітньої організації охорони здоров'я не перевищувати 0,2 мг на літр. Хороша новина полягає в тому, що останні дослідження показують, що коли оператори досконало налаштують свої методи дозування і поєднують їх з більш новими системами фільтрації, вони можуть скоротити утворення бруду приблизно на 40%. Цей підхід також допомагає відповідати важливим стандартам EPA та AWWA для безпечної питної води без шкоди для якості.

Часто задані питання

Яка головна роль сульфату алюмінію в очистці води?

Сульфат алюмінію діє як коагулянт при очистці води, допомагаючи дестабілізувати суспендовані частинки, щоб вони могли бути ефективно видалені шляхом подальших процесів очищення.

Як сульфат алюмінію впливає на рівень pH очищеної води?

Сульфат алюмінію має тенденцію знижувати рівень pH очищеної води, тому в установах часто потрібно додавати щелісні речовини, такі як вапняк, щоб підтримувати оптимальний діапазон pH для ефективного лікування.

Чи є екологічні проблеми, пов'язані з використанням сульфату алюмінію?

Так, залишки алюмінію в очищеній воді викликають занепокоєння, оскільки вони можуть мати потенційні наслідки для здоров'я. Таким чином, системи лікування спрямовані на те, щоб зберегти залишкові рівні нижче 0,2 мг/л, як рекомендується Всесвітньою організацією охорони здоров'я.

Чому сульфат алюмінію віддається перевагу перед іншими коагулянтами, незважаючи на його обмеження?

Сульфат алюмінію є економічно ефективним, надійним і універсальним, що робить його улюбленим вибором для багатьох муніципалітетів, особливо тих, у яких є бюджетні обмеження та існуюча інфраструктура.