Flokulanty: Niezbędne ogniwo w procesie oczyszczania ścieków

Dla profesjonalistów zajmujących się uzdatnianiem wody, flokulanty są zarówno codziennym narzędziem, jak i technicznym punktem zwrotnym. Przejście od „znajomości nazwy” do „zrozumienia mechanizmu działania i dopasowania logiki” oznacza ewolucję inżyniera z operatora w eksperta. Rodzaje dostępnych flokulantów oraz sposób ich rozróżniania i prawidłowego stosowania to temat, który wielu uważa za mylący. Dziś krótko przedstawimy wiedzę związaną z flokulantami.

 Flokulanty są obecnie najczęściej stosowanymi chemikaliami w oczyszczaniu ścieków. Są to substancje, które mogą zmniejszyć lub wyeliminować stabilność wytrącania i stabilność polimeryzacji rozproszonych cząstek w wodzie, a także spowodować, że te rozproszone cząstki koagulują i flokulują w agregaty.

 Jak działają flokulanty

1. Cząstki koloidalne w wodzie charakteryzują się małym rozmiarem, hydratacją powierzchni i ładunkiem elektrycznym, co zapewnia im wysoką stabilność. Po dodaniu flokulantów do wody hydrolizują one do naładowanych koloidów i tworzą strukturę podwójnej warstwy elektrycznej z otaczającymi jonami.
2.  Metoda szybkiego mieszania po dozowaniu jest stosowana w celu zwiększenia szansy i częstotliwości kolizji między cząstkami zanieczyszczeń koloidalnych w wodzie a micelami wytworzonymi w wyniku hydrolizy flokulantu. Cząstki zanieczyszczeń w wodzie najpierw tracą stabilność pod wpływem flokulantu, następnie zlepiają się w większe cząstki i ostatecznie osadzają się lub unoszą.
3.  Proces, w którym cząstki zanieczyszczeń w wodzie wchodzą w interakcje z flokulantem, tracąc stabilność poprzez mechanizmy takie jak kompresja podwójnej warstwy i neutralizacja ładunku, i tworząc mikro-płatki, nazywany jest koagulacją. Proces, w którym mikro-płatki agregują pod wpływem materiałów mostkujących i mieszania przepływu wody, tworząc płatki, które rosną w duże płatki poprzez mechanizmy takie jak adsorpcja, mostkowanie i koagulacja zamiatania, nazywany jest flokulacją.
4.  Połączenie mieszania, koagulacji i flokulacji określa się mianem koagulacji-flokulacji. Proces mieszania jest zwykle realizowany w zbiorniku mieszającym, podczas gdy koagulacja i flokulacja zachodzą w zbiorniku reakcyjnym.

 Rodzaje flokulantów - (Kationowe, Niejonowe, Anionowe)

Flokulanty są szeroko podzielone na kategorie w oparciu o rodzaj ładunku elektrycznego, jaki przenoszą. Istnieją trzy główne typy:

•  Flokulanty kationowe: Przenoszą one ładunek dodatni i są skuteczne w wiązaniu się z cząstkami naładowanymi ujemnie. Są one często stosowane, gdy zawieszone cząstki w wodzie są naładowane ujemnie lub gdy potrzebny jest ładunek dodatni do neutralizacji ładunku niektórych zanieczyszczeń.
• Flokulanty niejonowe: Nie przenoszą one ładunku elektrycznego i są zwykle stosowane w wodach zawierających niewiele lub wcale naładowanych cząstek. Flokulanty niejonowe są preferowane ze względu na ich stabilność w szerokim zakresie pH i zasolenia.
• Flokulanty anionowe: Flokulanty anionowe, takie jak APAM, przenoszą ładunek ujemny i są ogólnie skuteczne w oczyszczaniu wody zawierającej cząstki naładowane dodatnio lub neutralnie zawieszone. Są one szczególnie odpowiednie do usuwania materii organicznej, takiej jak oleje i smary, oraz w sytuacjach, gdy pH jest lekko kwaśne do neutralnego.

 Użytkownicy mogą dokonywać rozsądnych wyborów w oparciu o charakterystykę ścieków. Połączenie stosowania flokulantów i urządzeń do oczyszczania ścieków może poprawić efektywność oczyszczania i skutecznie rozwiązywać problemy związane z oczyszczaniem ścieków.

 Jak naukowo dobierać flokulanty

Wybór odpowiedniego flokulantu jest systematycznym procesem podejmowania decyzji naukowych, a nie prostym procesem prób i błędów. Opiera się on przede wszystkim na następujących punktach:

•  Analiza jakości wody: Należy najpierw przeanalizować pH ścieków, zasadowość, stężenie zawieszonych ciał stałych i ich charakter oraz potencjał zeta. Na przykład wysokie pH może wpływać na skuteczność flokulantów na bazie glinu; flokulanty kationowe są preferowane do oczyszczania osadów organicznych, które są zwykle naładowane ujemnie.
• Testy w słoikach: Jest to najbardziej podstawowy i istotny krok. Testy przeprowadza się w laboratorium przy użyciu mieszadła wielopadłowego, aby porównać efekty różnych typów i dawek flokulantów równolegle na parametrach takich jak wielkość płatków, prędkość osiadania i klarowność supernatantu, tym samym określając optymalne rozwiązanie.
• Zgodność z procesem oczyszczania: Różne procesy separacji mają różne wymagania dotyczące płatków. Na przykład procesy flotacji wymagają lekkich i puszystych płatków, co sprawia, że odpowiednie są flokulanty o wysokiej gęstości ładunku, podczas gdy procesy sedymentacji wymagają ciężkich i zwartych płatków, co sprawia, że preferowane są flokulanty o wysokiej masie cząsteczkowej.
• Ogólne rozważania dotyczące kosztów: Ważne jest, aby wziąć pod uwagę nie tylko cenę jednostkową chemikaliów, ale także koszt na tonę oczyszczonej wody. Czasami droższy, ale wysoce wydajny flokulant, ze względu na mniejsze dawkowanie i lepsze wyniki oczyszczania, może mieć niższy całkowity koszt.

 Flokulanty ewoluowały z pomocniczego środka chemicznego w podstawowy środek technologiczny w nowoczesnych systemach oczyszczania ścieków w celu uzyskania wysokiej jakości ścieków, oszczędności energii, zmniejszenia zużycia i wykorzystania zasobów. Od miejskich oczyszczalni ścieków po różne przemysłowe stacje oczyszczania ścieków, ich precyzyjne zastosowanie bezpośrednio odnosi się zarówno do korzyści środowiskowych, jak i ekonomicznych. W przyszłości, wraz ze wzrostem wymagań dotyczących jakości wody, rozwój i zastosowanie zielonych i przyjaznych dla środowiska flokulantów (takich jak zmodyfikowane polimery naturalne) oraz inteligentnych systemów dozowania staną się ważnymi kierunkami dalszego rozwoju w tej dziedzinie.