Oleh: Kate
Email:kate@aquasust.com
Tarikh: 13hb November 2024
Aktiviti perindustrian dan domestik menggunakan sejumlah besar sumber air dan menjana air sisa yang ketara, yang membawa kepada isu kekurangan air dan kemerosotan kualiti air di banyak negara. Oleh itu, mencapai rawatan bebas pencemaran dan kitar semula air sisa merupakan masalah mendesak yang perlu ditangani. Kaedah pembekuan dan pemendapan adalah mudah untuk dikendalikan dan kos efektif, digunakan secara meluas dalam rawatan air sisa industri. Koagulan yang biasa digunakan boleh dikelaskan kepada tiga kategori utama: koagulan bukan organik, koagulan polimer organik dan koagulan mikrob. Antaranya, koagulan tak organik kos rendah pada masa ini adalah yang paling banyak digunakan, manakala koagulan organik mempamerkan kesan rawatan terbaik. Koagulan mikrob masih dalam fasa penyelidikan makmal. Pembangunan koagulan komposit baharu yang cekap, selamat dan menjimatkan adalah trend utama untuk pembangunan koagulan masa depan.
Klasifikasi koagulan
Mekanisme pembekuan yang paling banyak diterima melibatkan dua proses: pembekuan dan pemberbukuan. Proses pembekuan merujuk kepada ketidakstabilan zarah koloid dan pembentukan agregat kecil; proses pemberbukuan melibatkan agregat kecil ini bercantum di bawah pengaruh koagulan untuk membentuk gumpalan yang lebih besar. Mekanisme utama koagulan termasuk pemampatan lapisan elektrik berganda, kesan penjerapan-merapatkan, dan pemberbukuan menyapu, yang menjejaskan kestabilan zarah koloid dalam air, membawa kepada pengagregatan dan pengendapan, dengan itu mencapai kesan pemberbukuan. Koagulan biasa boleh dikelaskan kepada tiga kategori utama: koagulan bukan organik, koagulan polimer organik, dan koagulan mikrob.
01 Koagulan Tak Organik
Prinsip tindakan koagulan bukan organik termasuk pemampatan lapisan elektrik berganda dan peneutralan cas. Koagulan membentuk ion balas dalam air sisa, yang memampatkan lapisan elektrik berganda, mengakibatkan penurunan potensi zeta koloid, menyebabkan lapisan penghidratan pada permukaan hilang, menyebabkan koloid tidak stabil. Selepas itu, zarah koloid bercas terkumpul melalui interaksi antara molekul dan daya elektrostatik untuk membentuk flok yang besar dan padat.
Koagulan bukan organik boleh dikategorikan berdasarkan kriteria yang berbeza: mengikut komposisi anionik, ia boleh dibahagikan kepada berasaskan sulfat dan berasaskan klorida; mengikut berat molekul, ia boleh dikelaskan kepada molekul tinggi dan molekul rendah; dan mengikut jenis garam logam, ia boleh dikategorikan kepada garam besi (seperti ferik klorida, ferus sulfat, dan ferum sulfat) dan garam aluminium (seperti aluminium sulfat, kalium aluminium sulfat, dan natrium aluminat).
Flok yang terbentuk oleh garam besi adalah besar dan padat, memerlukan kurang dos, dan ia berfungsi dengan baik pada suhu rendah dengan julat pH yang sesuai (antara 5.0 dan 11). Walau bagaimanapun, garam besi boleh menghakis peralatan, memerlukan pemantauan rapi terhadap keadaan peralatan dan saluran paip semasa digunakan. Garam aluminium mempunyai masa pengendapan yang lebih pendek dan warna yang lebih rendah selepas rawatan, tetapi keberkesanannya sangat bergantung kepada pH. Selain itu, paras sisa Al³⁺ yang tinggi dalam air boleh menyebabkan pencemaran sekunder, yang berpotensi menyebabkan penyakit Alzheimer dan anemia apabila memasuki tubuh manusia, jadi penjagaan khusus mesti diambil untuk mengelakkan pencemaran sekunder.
Koagulan dengan berat molekul rendah ini adalah murah dan diperoleh secara meluas tetapi mempunyai masalah seperti jumlah penggunaan yang tinggi, pengeluaran enapcemar yang ketara dan keberkesanan yang lemah. Oleh itu, terdapat peralihan beransur-ansur dari molekul rendah kepada koagulan tak organik molekul tinggi. Pada masa ini, koagulan tak organik molekul tinggi yang biasa digunakan termasuk koagulan aluminium polimer, koagulan besi polimer, koagulan silika reaktif, dan koagulan komposit. Tindakan mereka bergantung terutamanya pada kesan penyambungan, mempamerkan kelebihan seperti kurang pH dan kepekaan suhu, kesan penjerapan yang stabil, dos yang lebih rendah, dan kurang warna sisa. Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, skala pengeluaran koagulan tak organik molekul tinggi telah meningkat secara beransur-ansur, menyumbang 80% daripada jumlah pengeluaran koagulan, terutamanya menunjukkan kesan ketara dalam merawat air sisa kekeruhan tinggi.
02 Koagulan Polimer Organik
Prinsip tindakan koagulan organik terutamanya termasuk:
(1)penjerapan zarah koloid melalui ikatan hidrogen, interaksi elektrostatik, dan daya van der Waals;
(2) segmen rantai polimer memudahkan penyelesaian zarah melalui mekanisme penjerapan merapatkan. Berbanding dengan koagulan bukan organik, koagulan polimer organik mempunyai kelebihan seperti keberkesanan rawatan yang lebih baik, masa pemberbukuan yang lebih pendek, kesesuaian untuk suhu rendah, julat pH yang luas, dan kurang pengeluaran enapcemar.
Koagulan polimer organik boleh dibahagikan kepada dua kategori: koagulan polimer diubah suai semula jadi dan koagulan polimer sintetik. Koagulan polimer sintetik mempunyai berat molekul yang boleh dikawal dan agak tinggi, dan ia boleh memperkenalkan lebih banyak kumpulan berfungsi ke dalam segmen rantai, memberikan kesan pemberbukuan yang sangat baik. Pada masa ini, koagulan polimer sintetik yang paling mewakili dalam pasaran China ialah polyacrylamide (PAM) dan derivatifnya, yang merangkumi 80% daripada jumlah pasaran.
Berbeza dengan polimer sintetik, yang mempunyai kos pengeluaran yang tinggi dan ketoksikan alam sekitar, koagulan polimer diubah suai semula jadi mempunyai kelebihan seperti ketersediaan yang luas, kos yang lebih rendah, keselamatan, tidak ketoksikan, dan ciri molekul yang boleh disesuaikan. Koagulan polimer terubah suai semula jadi terutamanya termasuk derivatif kanji, kitosan, selulosa, guar guar dan gusi berasaskan tumbuhan lain, protein dan alga, yang kesemuanya boleh diperolehi daripada tumbuh-tumbuhan dan haiwan.
Sebagai contoh, molekul kanji yang diubah suai boleh mencapai kesan pemberbukuan yang sangat baik; kanji teterifikasi kationik dan derivatifnya boleh mengapungkan zarah bercas negatif dengan berkesan, manakala struktur kanji bercabang mempunyai kesan pemberbukuan yang kuat pada ion logam berat seperti kuprum, merkuri, dan plumbum. Kopolimer cantuman kanji yang dikopolimerkan dengan monomer lain juga boleh mengeluarkan ion logam berat dengan berkesan. Pengubahsuaian kitosan boleh dicapai melalui kaedah seperti cantuman, pengesteran, penghubung silang, dan alkilasi. Pelbagai jenis koagulan polimer semulajadi boleh memperoleh pelbagai sifat yang dikehendaki melalui pengubahsuaian dan pengubahsuaian kimia untuk memenuhi keperluan pengeluaran praktikal dan kehidupan harian.
03 Flokulan Mikrob
Fokulan mikrob ialah produk berat molekul tinggi dan biojisim yang dihasilkan oleh pertumbuhan dan metabolisme mikroorganisma kultur tertentu pada peringkat tertentu. Ia boleh menyebabkan pengagregatan dan pemendapan zarah terampai pepejal dalam air sisa, dengan itu mencapai tujuan membersihkan badan air. Fokulan mikrob mempunyai pelbagai sumber dan kos efektif; ia biasanya terdiri daripada polisakarida, protein, rantai DNA, glikoprotein, dan asid poliamino. Mereka boleh merosot secara semula jadi tanpa menyebabkan pencemaran sekunder.
Terdapat banyak mikroorganisma yang mampu menghasilkan flokulan, yang boleh diindustrikan dengan mudah melalui reka bentuk laluan. Walau bagaimanapun, penyelidikan mengenai flokulan mikrob di China masih terhad, dan kajian semasa kebanyakannya di peringkat makmal, jauh daripada mencapai pengeluaran perindustrian.
Prospek Pembangunan Flocculants
Flocculant mempunyai pelbagai aplikasi dalam rawatan air sisa, dengan berkesan menanggalkan pelbagai kekotoran terampai atau larut, ion logam, bakteria, virus dan bahan pencemar lain. Mereka membantu mencapai penyahoksigenan, penyahwarnaan, dan penyingkiran fosforus, menghasilkan rawatan air sisa yang tidak mencemarkan dan cekap sumber. Dengan kemajuan penyelidikan yang berterusan, jenis flokulan yang digunakan dalam rawatan air sisa di China telah beralih daripada flokulan bukan organik molekul rendah kepada flokulan organik molekul tinggi dan daripada jenis tunggal kepada komposit, yang bertujuan untuk kecekapan, keberkesanan kos dan mesra alam.
Berbanding dengan flokulan bukan organik dan flokulan molekul tinggi sintetik yang digunakan secara meluas, flokulan molekul tinggi semulajadi mempunyai kelebihan yang berbeza seperti ketersediaan yang luas, kos rendah, keselamatan, tidak toksik dan mesra alam. Air sisa industri selalunya besar dalam isipadu, kompleks dalam komposisi, dan terdiri daripada serakan yang stabil; Oleh itu, satu flokulan mungkin tidak dapat mengeluarkan semua komponen dengan berkesan.
Baru-baru ini, terdapat trend ke arah menggunakan flokulan komposit bukan organik-organik dan bukan organik-mikrob, memanfaatkan kesan sinergistik flokulan bukan organik-organik. Pertama, flokulan bukan organik meneutralkan cas dan mengagregat kekotoran menjadi gugusan molekul besar, diikuti oleh flokulan molekul tinggi organik yang menangkap gugusan ini melalui tindakan merapatkan untuk pemendapan yang berkesan. Penggunaan flokulan bukan organik boleh mengurangkan kuantiti flokulan organik yang diperlukan, mencapai hasil yang optimum pada kos yang lebih rendah. Walau bagaimanapun, formulasi dan dos tertentu mesti diuji secara berterusan mengikut jenis air sisa.
Pada masa ini, flokulan komposit polyaluminum chloride-polyacrylamide biasanya digunakan dan menunjukkan keberkesanan yang baik; bagaimanapun, ia menimbulkan risiko alam sekitar tertentu. Penyelidikan masa depan boleh menumpukan pada menggabungkan flokulan bukan organik silika polimer dengan flokulan molekul tinggi organik semula jadi untuk meningkatkan keramahan alam sekitar. Jika pengeluaran industri flokulan mikrob boleh dicapai, sistem flokulan komposit bukan organik-mikrob juga harus menghasilkan hasil rawatan yang sangat baik.
Kemerosotan kualiti air akibat aktiviti pengeluaran manusia telah menjadikan rawatan air sisa yang tidak mencemarkan dan cekap sumber sebagai isu yang mendesak. Penggunaan kaedah dan agen pemberbukuan yang sesuai boleh mencapai hasil rawatan yang sangat baik pada kos yang rendah. Pada masa ini, flokulan telah beralih daripada berat molekul rendah kepada berat molekul tinggi dan daripada jenis tunggal kepada jenis komposit, dengan berkesan menanggalkan bendasing terampai dan terlarut, logam berat dan warna daripada air sisa.