Von: Kate
Email:kate@aquasust.com
Datum: 13. November 2024
Industrielle und häusliche Aktivitäten verbrauchen große Mengen an Wasserressourcen und erzeugen erhebliche Mengen an Abwasser, was in vielen Ländern zu Wasserknappheit und einer Verschlechterung der Wasserqualität führt. Daher ist die Erreichung einer schadstofffreien Behandlung und Wiederverwertung von Abwasser ein dringendes Problem, das angegangen werden muss. Die Koagulations- und Sedimentationsmethode ist einfach zu handhaben und kostengünstig und wird häufig in der industriellen Abwasserbehandlung eingesetzt. Häufig verwendete Koagulanzien können in drei Hauptkategorien eingeteilt werden: anorganische Koagulanzien, organische Polymerkoagulanzien und mikrobielle Koagulanzien. Unter diesen werden derzeit die kostengünstigen anorganischen Koagulanzien am häufigsten verwendet, während organische Koagulanzien die besten Behandlungseffekte zeigen. Mikrobielle Gerinnungsmittel befinden sich noch in der Laborforschungsphase. Die Entwicklung effizienter, sicherer und wirtschaftlicher neuer Verbundgerinnungsmittel ist der Haupttrend für die Zukunft der Gerinnungsmittelentwicklung.
Klassifizierung von Gerinnungsmitteln
Der am weitesten verbreitete Gerinnungsmechanismus umfasst zwei Prozesse: Koagulation und Flockung. Der Koagulationsprozess bezieht sich auf die Destabilisierung kolloidaler Partikel und die Bildung kleiner Aggregate; Beim Flockungsprozess verbinden sich diese kleinen Aggregate unter dem Einfluss des Koagulationsmittels zu größeren Flocken. Zu den Hauptmechanismen von Koagulationsmitteln gehören die Kompression der doppelten elektrischen Schicht, der adsorptionsüberbrückende Effekt und die weitreichende Flockung, die die kolloidalen Partikel im Wasser destabilisieren, was zu ihrer Aggregation und Sedimentation führt und so den Flockungseffekt erzielt. Gängige Koagulanzien können in drei Hauptkategorien eingeteilt werden: anorganische Koagulanzien, organische Polymerkoagulanzien und mikrobielle Koagulanzien.
01 Anorganische Gerinnungsmittel
Das Wirkprinzip anorganischer Koagulationsmittel umfasst die Kompression der doppelten elektrischen Schicht und die Ladungsneutralisierung. Die Koagulationsmittel bilden im Abwasser Gegenionen, die die doppelte elektrische Schicht komprimieren, was zu einer Verringerung des Zetapotentials der Kolloide führt, wodurch die Hydratationsschicht auf der Oberfläche verschwindet und die Kolloide destabilisiert werden. Anschließend aggregieren geladene kolloidale Partikel durch intermolekulare Wechselwirkungen und elektrostatische Kräfte zu großen, dichten Flocken.
Anorganische Koagulationsmittel können nach verschiedenen Kriterien kategorisiert werden: Nach der anionischen Zusammensetzung können sie in Sulfat-basierte und Chlorid-basierte unterteilt werden; nach Molekulargewicht können sie in hochmolekulare und niedermolekulare eingeteilt werden; und nach der Art der Metallsalze können sie in Eisensalze (wie Eisenchlorid, Eisensulfat und Eisensulfat) und Aluminiumsalze (wie Aluminiumsulfat, Kaliumaluminiumsulfat und Natriumaluminat) eingeteilt werden.
Aus Eisensalzen gebildete Flocken sind groß und dicht, erfordern weniger Dosierung und funktionieren gut bei niedrigen Temperaturen und einem breiten geeigneten pH-Bereich (zwischen 5.0 und 11). Allerdings können Eisensalze korrosiv auf die Ausrüstung wirken und erfordern daher eine genaue Überwachung des Zustands der Ausrüstung und Rohrleitungen während des Gebrauchs. Aluminiumsalze haben nach der Behandlung kürzere Absetzzeiten und eine geringere Farbe, ihre Wirksamkeit ist jedoch stark pH-abhängig. Darüber hinaus kann ein hoher Restgehalt an Al³⁺ im Wasser zu einer Sekundärverschmutzung führen, die bei Eintritt in den menschlichen Körper möglicherweise die Alzheimer-Krankheit und Anämie verursachen kann. Daher muss besonders darauf geachtet werden, eine Sekundärverschmutzung zu vermeiden.
Diese Gerinnungsmittel mit niedrigem Molekulargewicht sind kostengünstig und weit verbreitet, haben jedoch Probleme wie hohe Einsatzmengen, erhebliche Schlammbildung und schlechte Wirksamkeit. Daher gibt es einen allmählichen Übergang von niedermolekularen zu hochmolekularen anorganischen Koagulationsmitteln. Zu den derzeit häufig verwendeten hochmolekularen anorganischen Koagulanzien gehören polymere Aluminium-Koagulanzien, polymere Eisen-Koagulanzien, reaktive Siliciumdioxid-Koagulanzien und zusammengesetzte Koagulanzien. Ihre Wirkung beruht in erster Linie auf der Brückenwirkung und weist Vorteile wie eine geringere pH- und Temperaturempfindlichkeit, stabile Adsorptionseffekte, eine geringere Dosierung und eine geringere Restfarbe auf. In den letzten Jahren hat sich der Produktionsumfang hochmolekularer anorganischer Gerinnungsmittel schrittweise erhöht und macht 80 % der gesamten Gerinnungsmittelproduktion aus, was insbesondere bei der Behandlung von Abwasser mit hoher Trübung erhebliche Auswirkungen zeigt.
02 Organische Polymerkoagulanzien
Zu den Wirkprinzipien organischer Gerinnungsmittel zählen vor allem:
(1)Adsorption kolloidaler Partikel durch Wasserstoffbrückenbindung, elektrostatische Wechselwirkungen und Van-der-Waals-Kräfte;
(2) Die Polymerkettensegmente erleichtern die Ansiedlung von Partikeln durch einen überbrückenden Adsorptionsmechanismus. Im Vergleich zu anorganischen Koagulanzien haben organische Polymerkoagulanzien Vorteile wie eine bessere Behandlungswirksamkeit, kürzere Flockungszeit, Eignung für niedrige Temperaturen, einen weiten pH-Bereich und eine geringere Schlammbildung.
Organische Polymer-Koagulanzien können in zwei Kategorien unterteilt werden: natürliche modifizierte Polymer-Koagulanzien und synthetische Polymer-Koagulanzien. Koagulationsmittel aus synthetischen Polymeren haben kontrollierbare und relativ hohe Molekulargewichte und können eine größere Anzahl funktioneller Gruppen in die Kettensegmente einführen, was zu hervorragenden Flockungseffekten führt. Das derzeit repräsentativste synthetische Polymerkoagulans auf dem chinesischen Markt ist Polyacrylamid (PAM) und seine Derivate, die 80 % des Gesamtmarktes ausmachen.
Im Gegensatz zu synthetischen Polymeren, die hohe Produktionskosten und Umwelttoxizität aufweisen, bieten natürliche modifizierte Polymerkoagulanzien Vorteile wie breite Verfügbarkeit, geringere Kosten, Sicherheit, Ungiftigkeit und anpassbare molekulare Eigenschaften. Zu den natürlichen modifizierten Polymergerinnungsmitteln gehören hauptsächlich Stärkederivate, Chitosan, Cellulose, Guarkernmehl und andere pflanzliche Gummis, Proteine und Algen, die alle aus Pflanzen und Tieren stammen können.
Beispielsweise können mit modifizierten Stärkemolekülen hervorragende Flockungseffekte erzielt werden; kationische veretherte Stärke und ihre Derivate können negativ geladene Partikel effektiv ausflocken, während verzweigte Stärkestrukturen starke Flockungseffekte auf Schwermetallionen wie Kupfer, Quecksilber und Blei haben. Auch mit anderen Monomeren copolymerisierte Stärkepfropfcopolymere können Schwermetallionen wirksam entfernen. Die Modifizierung von Chitosan kann durch Methoden wie Pfropfen, Veresterung, Vernetzung und Alkylierung erreicht werden. Verschiedene Arten natürlicher Polymerkoagulanzien können durch chemische Modifikation und Modifizierung eine Reihe gewünschter Eigenschaften erhalten, um den Anforderungen der praktischen Produktion und des täglichen Lebens gerecht zu werden.
03 Mikrobielle Flockungsmittel
Mikrobielle Flockungsmittel sind hochmolekulare Produkte und Biomasse, die durch das Wachstum und den Stoffwechsel spezifischer kultivierter Mikroorganismen in einem bestimmten Stadium entstehen. Sie können zur Aggregation und Sedimentation fester Schwebstoffe im Abwasser führen und so den Zweck der Gewässerreinigung erfüllen. Mikrobielle Flockungsmittel haben ein breites Quellenspektrum und sind kostengünstig; Sie bestehen im Allgemeinen aus Polysacchariden, Proteinen, DNA-Ketten, Glykoproteinen und Polyaminosäuren. Sie können auf natürliche Weise abgebaut werden, ohne dass es zu Sekundärverschmutzung kommt.
Es gibt viele Mikroorganismen, die Flockungsmittel produzieren können, die durch Routendesign leicht industrialisiert werden können. Allerdings ist die Forschung zu mikrobiellen Flockungsmitteln in China noch begrenzt, und aktuelle Studien finden größtenteils auf Laborebene statt und sind weit davon entfernt, eine industrielle Produktion zu erreichen.
Entwicklungsperspektiven von Flockungsmitteln
Flockungsmittel finden in der Abwasseraufbereitung ein breites Anwendungsspektrum und entfernen wirksam verschiedene suspendierte oder lösliche Verunreinigungen, Metallionen, Bakterien, Viren und andere Schadstoffe. Sie tragen zur Desoxidation, Entfärbung und Phosphorentfernung bei, was zu einer umweltfreundlichen und ressourceneffizienten Abwasserbehandlung führt. Mit fortschreitenden Forschungsfortschritten haben sich die Arten von Flockungsmitteln, die in der Abwasserbehandlung in China verwendet werden, von niedermolekularen anorganischen Flockungsmitteln zu hochmolekularen organischen Flockungsmitteln und von einzelnen zu zusammengesetzten Flockungsmitteln entwickelt, mit dem Ziel, Effizienz, Kosteneffizienz und Umweltfreundlichkeit zu erreichen.
Im Vergleich zu anorganischen Flockungsmitteln und weit verbreiteten synthetischen hochmolekularen Flockungsmitteln bieten natürliche hochmolekulare Flockungsmittel deutliche Vorteile wie breite Verfügbarkeit, niedrige Kosten, Sicherheit, Ungiftigkeit und Umweltfreundlichkeit. Industrieabwässer sind oft großvolumig, komplex in der Zusammensetzung und bestehen aus stabilen Dispersionen; Daher entfernt ein einzelnes Flockungsmittel möglicherweise nicht alle Komponenten wirksam.
In letzter Zeit gibt es einen Trend zur Verwendung anorganisch-organischer und anorganisch-mikrobieller Verbundflockungsmittel, wodurch die synergistischen Effekte anorganisch-organischer Flockungsmittel genutzt werden. Zunächst neutralisieren anorganische Flockungsmittel Ladungen und aggregieren Verunreinigungen zu großen Molekülclustern, gefolgt von organischen hochmolekularen Flockungsmitteln, die diese Cluster durch Brückenwirkung einfangen und für eine effektive Sedimentation sorgen. Durch den Einsatz anorganischer Flockungsmittel kann die Menge der benötigten organischen Flockungsmittel reduziert werden, wodurch optimale Ergebnisse bei geringeren Kosten erzielt werden. Spezifische Formulierungen und Dosierungen müssen jedoch je nach Abwasserart kontinuierlich getestet werden.
Derzeit werden häufig zusammengesetzte Flockungsmittel aus Polyaluminiumchlorid und Polyacrylamid verwendet, die eine gute Wirksamkeit zeigen. Sie bergen jedoch bestimmte Risiken für die Umwelt. Zukünftige Forschung könnte sich auf die Kombination von anorganischen Flockungsmitteln aus polymerem Siliciumdioxid mit natürlichen organischen hochmolekularen Flockungsmitteln konzentrieren, um die Umweltfreundlichkeit zu verbessern. Wenn die industrielle Produktion von mikrobiellen Flockungsmitteln gelingen kann, sollten auch anorganisch-mikrobielle Flockungsmittel-Verbundsysteme hervorragende Behandlungsergebnisse liefern.
Die Verschlechterung der Wasserqualität aufgrund menschlicher Produktionsaktivitäten hat die umweltfreundliche und ressourcenschonende Behandlung von Abwasser zu einem dringenden Problem gemacht. Durch den Einsatz geeigneter Flockungsmethoden und -mittel können hervorragende Behandlungsergebnisse bei geringen Kosten erzielt werden. Derzeit sind Flockungsmittel von einem niedrigen Molekulargewicht zu einem hohen Molekulargewicht und von einem Einzeltyp zu einem Verbundtyp übergegangen, wodurch suspendierte und gelöste Verunreinigungen, Schwermetalle und Farbstoffe effektiv aus dem Abwasser entfernt werden.