Від «Спочатку фільтр» до «Спочатку коагуляція»: вирішальний крок для визначення ефективності видалення забруднюючих речовин

Під час очищення питної води, очищення промислових стічних вод і очищення муніципальних стічних вод часто ігнорують питання: чому багато-високоефективних систем очищення води вибирають спочатку коагуляцію та флокуляцію, а потім переходять на стадію седиментації чи фільтрації?

Відповідь полягає не просто в «кращій продуктивності фільтра», а тому, що багато забруднюючих речовин у сирій воді природно важко фільтрувати безпосередньо.

Забруднювачі в природних водоймах і промислових стічних водах зазвичай існують у різних формах, таких як зважені тверді речовини, колоїди, органічні речовини, мікроорганізми та розчинені забруднюючі речовини. Серед них велика кількість крихітних частинок несуть негативний заряд і виявляють електростатичне відштовхування між собою, таким чином зберігаючи дисперсний стан протягом тривалого часу. Покладаючись виключно на гравітаційне осадження або звичайну фільтрацію, важко ефективно видалити ці стабільні колоїдні частинки.

Ось чому належним чином розроблений процес коагуляції та флокуляції зазвичай може значно покращити робочі ефекти наступного осадження, фільтрації та навіть мембранної обробки.

Згідно з первинними даними, коагуляційна попередня обробка може зменшити вміст зважених частинок, що надходять на етап фільтрації, на 60%-90%, причому конкретні результати залежать від якості сирої води.

Таким чином, у повному процесі очищення стічних вод коагуляція є не просто додатковим етапом процесу, а процесом, який перетворює забруднювачі у форми, які «легше видалити наступним обладнанням».

I. Чому дрібні забруднювачі не осідають самі по собі?

Колоїдна стабільність – це перша проблема, яку необхідно вирішити під час очищення води

Сира вода — це не просто «вода, що містить грязь».

Глина, колоїдний кремнезем, органічні речовини, дрібні осади та деякі мікробні клітини, що містяться всередині, часто мають надзвичайно малі розміри частинок, а їхні поверхні зазвичай несуть негативні заряди.

Через електростатичне відштовхування між цими частинками, навіть коли вони наближаються одна до одної, вони не легко об’єднуються природним шляхом, утворюючи більші осади.

В оригінальному тексті вказується, що діаметр таких частинок зазвичай становить приблизно від 0,001 до 1 мікрона. Серед них частинкам діаметром 0,1 мікрона може знадобитися кілька років, щоб осісти на один метр у статичному водному середовищі.

Це означає, що якщо така вода подається безпосередньо у фільтр, система фільтрації фактично повинна виконувати велику кількість завдань, які спочатку були непридатними для самостійного виконання етапу фільтрації.

Таким чином, одна з основних цінностей сучасних хімікатів для очищення води полягає в зміні фізико-хімічного стану забруднюючих речовин, дозволяючи крихітним забруднювачам, які спочатку було важко відокремити, утворювати пластівці, які легше осідати та фільтрувати.

II. Яку роль відіграє PAC на стадії коагуляції?

Як PAC досягає нейтралізації заряду?

У фактичних процесах очищення води,PAC (поліалюміній хлорид)є поширеним неорганічним коагулянтом.

Після надходження у водойму через такі процеси, як гідроліз, полімеризація та утворення гідроксильних полімерів алюмінію, PAC нейтралізує заряд і адсорбує колоїди та зважені частинки у воді.

Колоїдні частинки в багатьох природних водоймах і промислових стічних водах несуть негативні заряди, тоді як катіонні види алюмінію, що утворюються в результаті гідролізу PAC, можуть зменшити електростатичне відштовхування між частинками, спричиняючи втрату стабільності первісно стабільно диспергованих частинок.

Простіше кажучи:

Початковий стан:

Негативно заряджені частинки -- Взаємне відштовхування --Довготривале розсіювання --Важко осідати

Після додавання PAC:

Гідроліз PAC --Нейтралізація/адсорбція заряду --Колоїдна дестабілізація --Частинки починають агрегувати

Це основна роль PAC-коагулянту в обробці води.

В оригінальному тексті також вказується, що звичайні неорганічні коагулянти включають сульфат алюмінію, хлорид заліза та сульфат заліза, які дозволяють частинкам стикатися одна з одною та утворювати агрегати, зменшуючи відштовхування заряду на поверхні частинок.

У реальних проектах PAC не є випадком «чим більше додано, тим краще». Дозування PAC необхідно визначати на основі каламутності сирої води, завислих речовин, рН, лужності, вмісту органічної речовини та результатів випробування ємності на місці.

Таким чином, для різних джерел води розумний PAC для плану очищення промислових стічних вод має ґрунтуватися на аналізі якості води та тестах на банок, а не просто приймати фіксовану дозу.

III. Чому ЄPAM (поліакриламід)Все ще потрібен після PAC?

PAC відповідає за «дестабілізацію», PAM відповідає за «зростання»

PAC і PAM не є двома хімікатами, які замінюють одна одну.

У типовому процесі коагуляції-флокуляції вони виконують різні основні функції.

Основна роль PAC більше схиляється до коагуляції:

Зниження колоїдної стабільності;

Нейтралізація поверхневих зарядів частинок;

Сприяння колоїдної дестабілізації;

Утворення початкових мікро-флокул.

Основна роль PAM більше схиляється до флокуляції:

Сприяння зв’язкам між мікро-флокулами;

Збільшення розміру частинок флок;

Поліпшення структури пластівців;

Покращення продуктивності седиментації пластівців;

Посилення здатності до утримання на етапі фільтрації.

Тому весь процес можна розуміти так:

PAC:Робить частинки «бажаючими збиратися разом».

PAM:Змушує ці частинки «збиратися більшими та сильнішими».

Ось чому PAC і PAM для очищення води часто використовуються в комбінації.

IV. Сполучний ефект PAM: як зробити флокули більшими та міцнішими?

Як поліакриламід покращує ефект флокуляції?

PAM (поліакриламід) — клас полімерних флокулянтів.

На відміну від неорганічних коагулянтів, які в основному покладаються на ефекти заряду, одним із важливих механізмів дії PAM є з’єднання полімерних ланцюгів.

Молекули PAM мають довгі полімерні ланцюги. Коли частина частинок або мікро-флокул уже сформувалася, молекулярні ланцюги PAM можуть одночасно адсорбувати або з’єднувати кілька частинок, дозволяючи диспергованим мікро-флокулам утворювати більші агрегати.

Цей процес можна коротко описати так:

Дрібні частинки $\\rightarrow$ PAC коагуляція дестабілізація $\\rightarrow$ Початкові мікро-флокули $\\rightarrow$ PAM перемикання $\\rightarrow$ Великі флокули $\\rightarrow$ Седиментація/фільтрація

В оригінальному тексті вказується, що PAM може з’єднувати частково сформовані флокули в більші, щільніші та міцніші агрегати, завдяки чому швидкість їхнього осідання стає швидшою та легшою для уловлювання фільтрами; у відповідних дослідженнях, коли PAM використовується в поєднанні з неорганічними коагулянтами, швидкість видалення каламутності може досягати приблизно в три рази більшої, ніж при використанні лише неорганічних коагулянтів.

Таким чином, у практичних застосуваннях PAM для очищення стічних вод цінність PAM полягає не лише у «збільшенні пластівців», а й у покращенні міцності пластівців, ефективності седиментації та ефективності відділення твердої-рідини.

V. PAM – це не лише один тип: як вибрати правильний PAM?

Відмінності застосування аніонного PAM, катіонного PAM та не-іонного PAM

Частинки в різних стічних водах мають різні властивості, тому не можна припускати, що один тип PAM підходить для всіх проектів очищення води.

1. Аніонний поліакриламід

Аніонний PAM (APAM) зазвичай підходить для сценаріїв очищення води з високим вмістом неорганічних завислих речовин, таких як:

Гірничі стічні води;

Піскопромивні стічні води;

Металургійні стічні води;

загальнопромислові стічні води;

Освітлення води та видалення зважених частинок.

Його аніонні групи можуть взаємодіяти з певними неорганічними частинками та пластівцями гідроксиду металу, тим самим сприяючи подальшому зростанню пластівців.

Таким чином, у флокулянті PAM для застосування типу очищення води APAM є одним із поширених варіантів.

2. Катіонний поліакриламід

Катіонний PAM (CPAM) частіше використовується в додатках із високим вмістом органіки, біологічним мулом і зневодненням мулу.

Органічні частинки та біологічні тверді речовини в мулі зазвичай несуть негативні заряди. Катіонний PAM може сприяти агрегації частинок осаду за допомогою дії заряду та полімерних містків, полегшуючи виділення зв’язаної води, тим самим покращуючи ефективність зневоднення осаду.

Тому PAM для зневоднення осаду є важливим напрямком застосування катіонного PAM.

3. Не-іонний поліакриламід

Не-іонний PAM (NPAM) має відносно м’які характеристики заряду, і його можна вибрати на основі умов якості води в певних спеціальних промислових стічних водах і системах переробки мінералів.

Фактичний вибір моделі не може покладатися лише на «аніонну, катіонну чи не{0}}іонну», але також має поєднувати:

Молекулярна маса;

Щільність заряду / Ступінь іонізації;

Солідний вміст;

Якість води pH;

Властивості завислих речовин;

властивості шламу;

Швидкість утворення пластівців;

Швидкість осідання;

-Умови обладнання на місці.

Тому професійний постачальник хімікатів для очищення стічних вод повинен спочатку проаналізувати якість води та процес, перш ніж визначити тип продукту.

VI. Чому «Спочатку коагуляція, потім флокуляція, потім фільтрація» працює краще?

Сама послідовність процесу є частиною ефективності видалення забруднюючих речовин

Типовий традиційний потік очищення води зазвичай включає:

Коагуляція $\\rightarrow$ Флокуляція $\\rightarrow$ Седиментація $\\rightarrow$ Фільтрація

Традиційна логіка процесу фільтрації, наведена в оригінальному тексті, також організована в порядку коагуляції, флокуляції, седиментації та фільтрації.

Ця послідовність надзвичайно важлива.

Якщо використовується пряме фільтрування, фільтр стикається з великою кількістю надзвичайно дрібних колоїдних і зважених частинок.

Однак після PAC-коагуляції та PAM-флокуляції велика кількість дрібних забруднюючих речовин вже перетворилася на більші пластівці.

В результаті:

Фільтр стикається не з великою кількістю дрібних колоїдів, а з невеликою кількістю забруднюючих речовин, що залишилися після попередньої обробки.

Це дає два прямі результати:

По-перше, зменшення навантаження частинок на фільтр

Коли велика кількість зважених твердих речовин видаляється перед входом у фільтр, швидкість засмічення фільтруючого середовища зменшується, і цикл зворотного промивання може бути подовжений.

В оригінальному тексті вказується, що коагуляційна попередня обробка може значно зменшити вміст зважених частинок, що надходять на етап фільтрації, і покращити робочий стан фільтра.

По-друге, підвищення ефективності утримування забруднюючих речовин на етапі фільтрації

Частинки, утворені в результаті коагуляції, легше прикріпити до поверхні фільтруючого середовища, ніж вихідні колоїди.

Таким чином, фільтру не потрібно самостійно братися за завдання «руйнування колоїдної стабільності», а зосереджується на утриманні залишкових частинок.

Саме тому процес коагуляції та флокуляції надзвичайно важливий у сучасних системах очищення води.

VII. Чому коагуляція може не тільки видалити каламутність, але й допомогти видалити важкі метали?

Перехід від «розчиненого стану» до «роздільного твердого тіла»

Роль коагуляції не обмежується завислими речовинами.

За певних умов рН певні важкі метали можуть утворювати нерозчинні гідроксиди або інші осади в результаті хімічних реакцій і спів{0}}випадати в осад із пластівцями гідроксиду металу, що утворюються під час процесу коагуляції.

Наприклад, сформовані за відповідних умов:

$\\text{Al(OH)}_3$

або

$\\text{Fe(OH)}_3$

може утворювати флокові структури з більшими об’ємами.

В оригінальному тексті вказується, що іони важких металів можуть спів-випадати в осад із пластівцями гідроксиду металу під час процесу коагуляції, перетворюючи їх із розчиненого стану, який важко видалити звичайною фільтрацією, у тверду форму, яку легше осідати та відокремлювати.

Тому при обробці промислових стічних вод із застосуванням важких металів коагулянти, такі як PAC, зазвичай потрібно використовувати разом із регулюванням pH, седиментацією, флокуляцією PAM та подальшими процесами фільтрації.

Слід зазначити, що конкретний ефект видалення важких металів сильно залежить від типів забруднюючих речовин, концентрації, рН, лужності, типу коагулянту та дозування, тому фіксовані показники видалення не можуть бути прямо обіцяні без даних про якість води.

VIII. Як коагуляція може допомогти зменшити кількість природних органічних речовин і побічних продуктів дезінфекції?

Видалення NOM не тільки пов’язане з якістю води, але також впливає на подальшу дезінфекцію

Природна органічна речовина (NOM) в основному походить від розкладання органічної речовини в рослинах, водоростях і ґрунті.

Деякі з цих органічних сполук добре розчиняються у воді і не можуть бути ефективно видалені шляхом простого осадження або звичайної фільтрації.

Однак частина NOM несе негативні заряди і може бути адсорбована на поверхні позитивно заряджених пластів гідроксиду металу.

Таким чином, коли коагуляція знаходиться перед дезінфекцією, частина NOM може бути видалена заздалегідь разом із осіданням пластівців.

В оригінальному тексті конкретно вказується, що NOM є важливим попередником побічних продуктів дезінфекції, таких як тригалометани (THM) і галогеноцтові кислоти (HAA). Попереднє зменшення NOM може зменшити можливість утворення побічних продуктів дезінфекції під час наступної дезінфекції хлором.

Це означає, що розумна схема хімікатів для очищення води повинна зосереджуватися не лише на тому, «чи вода після фільтрації прозора», але також враховувати вплив коагуляції на подальшу дезінфекцію, мембранну обробку та загальну роботу системи.

IX. Як PAC + PAM утворюють повну систему коагуляції-флокуляції?

Два хімічних речовини, що працюють синергетично, а не просте укладання

У практичній інженерії PAC і PAM зазвичай виконують функції на різних етапах.

Крок 1: PAC коагуляція

PAC спочатку потрапляє в необроблену воду, знижуючи колоїдну стабільність через гідроліз і вплив заряду для дестабілізації частинок.

Крок 2: Швидке змішування

Завдяки швидкому перемішуванню PAC швидко та рівномірно диспергується, дозволяючи більшій кількості частинок увійти в повний контакт з коагулянтом.

Крок 3: Флокуляція PAM

Відповідна кількість PAM додається після того, як мікро-флокули утворюються шляхом коагуляції, сприяючи подальшому зростанню мікро-флокулів за допомогою полімерного ланцюга.

Крок 4: Повільна флокуляція

Зменшіть інтенсивність перемішування, щоб дозволити м’які зіткнення між частинками, запобігаючи руйнуванню вже сформованих пластівців надмірною силою зсуву.

Крок 5: Осадження

Утворені великі флокули мають більш високу осідаючу здатність і під дією сили тяжіння швидко потрапляють у зону осадження.

Крок 6: Фільтрування

Після-коагуляції, флокуляції та седиментації на передньому кінці навантаження часток, що надходять у фільтр, значно зменшується, а фільтр додатково видаляє залишкові завислі тверді речовини.

Таким чином, зріле рішення для очищення води PAC і PAM має зосереджуватися не лише на самих хімічних речовинах, а й на відповідності між хімічними речовинами та обладнанням для змішування, флокуляції, седиментації та фільтрації.

X. Як PAM і PAC допомагають захистити нижчі мембранні системи?

Коагуляційна попередня обробка є важливим захисним бар’єром для мембранної фільтрації

В даний час все більше систем очищення води використовують мембранні технології, такі як UF (ультрафільтрація), MF (мікрофільтрація) і RO (зворотний осмос).

Хоча мембранне обладнання має високу точність поділу, забруднення мембрани залишається однією з критичних проблем, що впливають на стабільну роботу системи.

Якщо велика кількість колоїдів, зважених твердих речовин і природних органічних речовин потрапляє безпосередньо в мембранну систему без відповідної попередньої обробки, на поверхні мембрани може утворитися шар забруднення, що призведе до збільшення трансмембранного тиску, падіння потоку та збільшення частоти очищення.

Належна коагуляція PAC і попередня обробка флокуляцією PAM можуть максимально зменшити навантаження часток і колоїдів перед мембранною системою.

В оригінальному тексті вказується, що для систем, які використовують ультрафільтраційні або мікрофільтраційні мембрани, коагуляційна попередня обробка може сформувати флокулований шар, який є більш пористим і легшим для очищення, ніж некоагульована природна органічна речовина та шар колоїдного забруднення, таким чином відіграючи мембрано-захисну роль.

Таким чином, PAM для очищення стічних вод служить не тільки для відстійників, але також може стати важливим компонентом усієї системи попереднього очищення.

XI. Практична експлуатаційна цінність перш за все коагуляції

1. Зменшення фільтраційного навантаження вниз по течії

Через-коагуляцію та флокуляцію на передньому кінці велика кількість завислих речовин і колоїдів уже видаляється до того, як потрапить у фільтр. Це означає, що навантаження частинок на фільтр зменшується, а швидкість засмічення фільтруючого середовища сповільнюється.

2. Розширення циклів зворотного промивання

Коли забруднюючі речовини, що утримуються фільтром, зменшуються, час роботи між двома зворотними промиваннями можна подовжити, таким чином зменшуючи споживання води для зворотного промивання, енергію та витрати на технічне обслуговування. В оригінальному тексті чітко зазначено, що попередня{1}}коагуляція допомагає подовжити цикл зворотного промивання фільтра та зменшити втрати води, споживання енергії та витрати на обслуговування.

3. Зниження попиту на дезінфікуючі засоби

Коли зважені тверді речовини та природні органічні речовини, що надходять на стадію дезінфекції, зменшуються, потреба в дезінфекції, необхідна для досягнення цільової ефективності дезінфекції, також може бути знижена, допомагаючи при цьому контролювати утворення побічних продуктів дезінфекції.

4. Покращення відокремлення твердої-рідинної осаду

Для систем очищення промислових стічних вод і осаду правильний вибір PAM може покращити структуру пластівців, полегшуючи відділення твердих частинок від води.

5. Підвищення стабільності всієї системи водопідготовки

По-справжньому ефективна очистка води полягає не в тому, щоб дозволити одній частині обладнання виконувати всі завдання, а в тому, щоб дозволити кожній одиниці обробляти забруднюючі речовини, для обробки яких вона найкраще підходить. Це також основна філософія інтегрованого рішення для очищення води.

XII. Як ECOLINK TECHNOLOGY забезпечує універсальну-підтримку для PAM, PAC та обладнання для очищення води

Для справжніх промислових споживачів придбання одного мішка PAM або однієї партії PAC не обов’язково вирішує проблеми очищення води.

Тому що кінцевий ефект лікування залежить від:

Якість сирої води + Вибір хімічних речовин + Дозування + Умови змішування + Умови флокуляції + Обладнання для осадження + Обладнання для фільтрації + Подальші процеси очищення

Тому ECOLINK TECHNOLOGY зосереджується не лише на хімікатах для очищення води, але й на відповідності між хімікатами та всією системою.

ECOLINK TECHNOLOGY може забезпечити відповідно до різних сценаріїв застосування:

Аніонний ПАМ;

Катіонний ПАМ;

Не{0}}іонний PAM;

Емульсія PAM;

PAC промислового-класу;

Питна вода-класу PAC;

Схеми коагуляції та флокуляції;

Схеми зневоднення осаду;

обладнання для очищення промислових стічних вод;

комунальне очисне обладнання;

RO/UF/EDI обладнання для очищення води;

обладнання MBR;

Повторне використання води та комплексні рішення для очищення води.

Для клієнтів, які потребують PAM і PAC для очищення стічних вод, хімічний скринінг можна виконати на основі якості сирої води, типів забруднюючих речовин і цільової ефективності очищення, з подальшим визначенням відповідних продуктів і умов дозування за допомогою тестів у бані або-на місці.

Для клієнтів, яким потрібне обладнання, хімічна попередня обробка може додатково систематично поєднуватися з такими блоками, як седиментація, фільтрація та мембранна обробка.

XIII. Як визначити, чи дійсно схема PAM/PAC відповідає вашій якості води?

Не просто порівнюйте ціну за тонну хімікату

Закупівельна ціна хімікатів для очищення води є лише частиною вартості.

Більш важливим є фактична вартість очищення одиниці об’єму води та кінцевий ефект очищення.

Наприклад, два продукти PAM можуть мати різні закупівельні ціни за одиницю, але якщо один із них може утворювати більші та стабільніші пластівці при меншому дозуванні, одночасно зменшуючи вміст вологи в мулі та подовжуючи робочі цикли фільтра, кінцева експлуатаційна вартість може бути фактично нижчою.

Подібним чином для PAC слід не просто порівнювати вміст $\\text{Al}_2\\text{O}_3$ або ціну за тонну, а й об’єднати:

Каламутність сирої води;

концентрація СС;

pH;

лужність;

вміст органічних речовин;

іони металів;

Цільові норми стоків;

Конструкція відстійника;

Метод фільтрації.

Таким чином, для таких застосувань, як PAC для очищення промислових стічних вод або PAM для зневоднення осаду, рекомендується визначити найбільш підходящий продукт шляхом фактичного тестування зразка води.

XIV. Чому «Спочатку коагуляція» є важливою логікою для високо-ефективних систем очищення води?

З точки зору форм забруднювачів, очищення води фактично є безперервним завершенням процесу:

Стійкі дрібні частинки $\\rightarrow$ Дестабілізація $\\rightarrow$ Агрегація $\\rightarrow$ Утворення пластівців $\\rightarrow$ Осадження $\\rightarrow$ Фільтрування $\\rightarrow$ Отримання чистіших стоків

PAC головним чином допомагає завершити-процес коагуляції та дестабілізації переднього кінця, PAM додатково сприяє зростанню пластівців і посилює розділення твердої-рідини, тоді як обладнання для осадження та фільтрації відповідає за видалення забруднюючих речовин, які були перетворені в форми, які можна розділити, із води.

Тому «спочатку коагуляція, а потім фільтрація» — це не просто традиційна звичка процесу, а логіка обробки, встановлена ​​на основі фізико-хімічних властивостей забруднюючих речовин.

Оригінальний текст вказує на те, що будь-яка система очищення води в муніципальних або промислових системах, основна логіка залишається незмінною: коагуляція повинна проводитися якомога вище за течією, тому що її функція полягає в тому, щоб перетворювати забруднювачі у воді у форми, з якими легше працювати очисним установкам, розташованим нижче.

Висновок: Правильна хімія та правильна послідовність процесу однаково важливі

Ключ до високо-ефективного водоочищення ніколи не полягає в тому, щоб просто збільшити дозування хімікатів або покладатися лише на більш точне обладнання для фільтрації.

Дійсно ефективний підхід полягає у встановленні розумної послідовності очищення на основі характеристик забруднювачів.

PAC відповідає за коагуляцію та дестабілізацію, PAM сприяє флокуляції та зростанню частинок, седиментація забезпечує відділення твердої -рідини, фільтрація додатково видаляє залишкові частинки, а мембранні системи проводять глибоку обробку за потреби.

Якщо ці одиниці об’єднати належним чином, колоїди та крихітні частинки, які спочатку важко осідали, можна перетворити на пластівці, які легше осідати, фільтрувати та відокремлювати.

Ось чому в багатьох системах очищення води:

Коагуляція Перший $\\rightarrow$ Флокуляція Другий $\\rightarrow$ Осадження Третій $\\rightarrow$ Фільтр Останній

часто дає кращу загальну ефективність видалення забруднюючих речовин, ніж покладатися виключно на фільтрацію.

ECOLINK TECHNOLOGY зосереджується на хімікатах для очищення води та обладнанні для очищення води, надаючи комплексні послуги, починаючи від вибору продуктів PAM і PAC до процесу очищення води та підбору обладнання, зосередженого на вимогах до різних промислових стічних вод, муніципальних стічних вод, зневоднення осаду та повторного використання води.

Якщо ви шукаєте флокулянт PAM, коагулянт PAC або інтегроване рішення для очищення води, яке підходить для вашої конкретної якості води, рекомендується спочатку надати параметри якості сирої води або результати тестування зразків води перед проведенням хімічного скринінгу та проектування процесу.