Από: Κέιτ
Email:kate@aquasust.com
Ημερομηνία: 13 Νοεμβρίου 2024
Οι βιομηχανικές και οικιακές δραστηριότητες καταναλώνουν τεράστιες ποσότητες υδάτινων πόρων και παράγουν σημαντικά λύματα, οδηγώντας σε ζητήματα λειψυδρίας και μείωσης της ποιότητας του νερού σε πολλές χώρες. Ως εκ τούτου, η επίτευξη καθαρής επεξεργασίας και ανακύκλωσης των λυμάτων είναι ένα επείγον πρόβλημα που πρέπει να αντιμετωπιστεί. Η μέθοδος πήξης και καθίζησης είναι απλή στη λειτουργία και οικονομικά αποδοτική, εφαρμόζεται ευρέως στην επεξεργασία βιομηχανικών λυμάτων. Τα ευρέως χρησιμοποιούμενα πηκτικά μπορούν να ταξινομηθούν σε τρεις κύριες κατηγορίες: ανόργανα πηκτικά, οργανικά πολυμερή πηκτικά και μικροβιακά πηκτικά. Μεταξύ αυτών, τα χαμηλού κόστους ανόργανα πηκτικά είναι σήμερα τα πιο ευρέως χρησιμοποιούμενα, ενώ τα οργανικά πηκτικά παρουσιάζουν τα καλύτερα θεραπευτικά αποτελέσματα. Τα μικροβιακά πηκτικά βρίσκονται ακόμη στο στάδιο της εργαστηριακής έρευνας. Η ανάπτυξη αποτελεσματικών, ασφαλών και οικονομικών νέων σύνθετων πηκτικών είναι η κύρια τάση για το μέλλον της ανάπτυξης πηκτικών.
Ταξινόμηση πηκτικών
Ο πιο ευρέως αποδεκτός μηχανισμός πήξης περιλαμβάνει δύο διαδικασίες: την πήξη και την κροκίδωση. Η διαδικασία πήξης αναφέρεται στην αποσταθεροποίηση των κολλοειδών σωματιδίων και στο σχηματισμό μικρών συσσωματωμάτων. η διαδικασία κροκίδωσης περιλαμβάνει αυτά τα μικρά συσσωματώματα που συνδέονται μεταξύ τους υπό την επίδραση του θρομβωτικού παράγοντα για να σχηματίσουν μεγαλύτερες κροκίδες. Οι κύριοι μηχανισμοί των πηκτικών περιλαμβάνουν τη συμπίεση του διπλού ηλεκτρικού στρώματος, το φαινόμενο προσρόφησης-γεφύρωσης και τη σαρωτική κροκίδωση, που αποσταθεροποιούν τα κολλοειδή σωματίδια στο νερό, οδηγώντας στη συσσώρευση και καθίζησή τους, επιτυγχάνοντας έτσι το φαινόμενο κροκίδωσης. Τα κοινά πηκτικά μπορούν να ταξινομηθούν σε τρεις κύριες κατηγορίες: ανόργανα πηκτικά, οργανικά πολυμερή πηκτικά και μικροβιακά πηκτικά.
01 Ανόργανα Πηκτικά
Η αρχή δράσης των ανόργανων πηκτικών περιλαμβάνει συμπίεση διπλής ηλεκτρικής στιβάδας και εξουδετέρωση φορτίου. Τα πηκτικά σχηματίζουν αντίθετα ιόντα στα λύματα, τα οποία συμπιέζουν το διπλό ηλεκτρικό στρώμα, με αποτέλεσμα τη μείωση του δυναμικού ζήτα των κολλοειδών, προκαλώντας την εξαφάνιση του στρώματος ενυδάτωσης στην επιφάνεια, αποσταθεροποιώντας τα κολλοειδή. Στη συνέχεια, τα φορτισμένα κολλοειδή σωματίδια συσσωματώνονται μέσω διαμοριακών αλληλεπιδράσεων και ηλεκτροστατικών δυνάμεων για να σχηματίσουν μεγάλες, πυκνές κροκίδες.
Τα ανόργανα πηκτικά μπορούν να κατηγοριοποιηθούν με βάση διαφορετικά κριτήρια: με βάση την ανιονική σύνθεση, μπορούν να χωριστούν σε θειικά και χλωριούχα. κατά μοριακό βάρος, μπορούν να ταξινομηθούν σε υψηλού μοριακού και χαμηλού μοριακού βάρους. και ανάλογα με τον τύπο των μεταλλικών αλάτων, μπορούν να κατηγοριοποιηθούν σε άλατα σιδήρου (όπως χλωριούχος σίδηρος, θειικός σίδηρος και θειικός σίδηρος) και άλατα αλουμινίου (όπως θειικό αλουμίνιο, θειικό αργίλιο κάλιο και αργιλικό νάτριο).
Οι κροκίδες που σχηματίζονται από άλατα σιδήρου είναι μεγάλες και πυκνές, απαιτούν λιγότερη δόση και έχουν καλή απόδοση σε χαμηλές θερμοκρασίες με ευρύ κατάλληλο εύρος pH (μεταξύ 5.0 και 11). Ωστόσο, τα άλατα σιδήρου μπορεί να είναι διαβρωτικά για τον εξοπλισμό, απαιτώντας στενή παρακολούθηση της κατάστασης του εξοπλισμού και των σωληνώσεων κατά τη χρήση. Τα άλατα αλουμινίου έχουν μικρότερους χρόνους καθίζησης και χαμηλότερο χρώμα μετά την επεξεργασία, αλλά η αποτελεσματικότητά τους εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από το pH. Επιπλέον, τα υψηλά υπολειμματικά επίπεδα Al3+ στο νερό μπορεί να οδηγήσουν σε δευτερογενή ρύπανση, προκαλώντας δυνητικά νόσο Alzheimer και αναιμία κατά την είσοδο στο ανθρώπινο σώμα, επομένως πρέπει να λαμβάνεται ιδιαίτερη προσοχή για την αποφυγή δευτερογενούς ρύπανσης.
Αυτά τα πηκτικά χαμηλού μοριακού βάρους είναι φθηνά και ευρέως προερχόμενα, αλλά έχουν προβλήματα όπως υψηλές ποσότητες χρήσης, σημαντική παραγωγή λάσπης και κακή αποτελεσματικότητα. Ως εκ τούτου, υπάρχει μια σταδιακή μετατόπιση από χαμηλού μοριακούς σε υψηλού μοριακούς ανόργανα πηκτικά. Επί του παρόντος, τα υψηλά μοριακά ανόργανα πηκτικά που χρησιμοποιούνται συνήθως περιλαμβάνουν πολυμερή πηκτικά αλουμινίου, πολυμερικά πηκτικά σιδήρου, αντιδραστικά πηκτικά πυριτίας και σύνθετα πηκτικά. Η δράση τους βασίζεται κυρίως στο φαινόμενο γεφύρωσης, παρουσιάζοντας πλεονεκτήματα όπως μικρότερο pH και ευαισθησία στη θερμοκρασία, σταθερά αποτελέσματα προσρόφησης, χαμηλότερη δόση και λιγότερο υπολειμματικό χρώμα. Τα τελευταία χρόνια, η κλίμακα παραγωγής ανόργανων πηκτικών υψηλών μοριακών ουσιών έχει αυξηθεί σταδιακά, αντιπροσωπεύοντας το 80% της συνολικής παραγωγής πηκτικών, παρουσιάζοντας ιδιαίτερα σημαντικά αποτελέσματα στην επεξεργασία λυμάτων υψηλής θολότητας.
02 Οργανικά Πηκτικά Πολυμερών
Οι αρχές δράσης των οργανικών πηκτικών περιλαμβάνουν κυρίως:
(1)προσρόφηση κολλοειδών σωματιδίων μέσω δεσμών υδρογόνου, ηλεκτροστατικών αλληλεπιδράσεων και δυνάμεων van der Waals.
(2) τα τμήματα αλυσίδας πολυμερούς διευκολύνουν την καθίζηση σωματιδίων μέσω ενός μηχανισμού προσρόφησης γεφύρωσης. Σε σύγκριση με τα ανόργανα πηκτικά, τα οργανικά πολυμερή πηκτικά έχουν πλεονεκτήματα όπως καλύτερη αποτελεσματικότητα επεξεργασίας, μικρότερο χρόνο κροκίδωσης, καταλληλότητα για χαμηλές θερμοκρασίες, μεγάλο εύρος pH και λιγότερη παραγωγή λάσπης.
Τα οργανικά πολυμερή πηκτικά μπορούν να χωριστούν σε δύο κατηγορίες: φυσικά τροποποιημένα πολυμερή πηκτικά και συνθετικά πολυμερή πηκτικά. Τα συνθετικά πολυμερή πηκτικά έχουν ελεγχόμενα και σχετικά υψηλά μοριακά βάρη και μπορούν να εισάγουν μεγαλύτερο αριθμό λειτουργικών ομάδων στα τμήματα της αλυσίδας, παρέχοντας εξαιρετικά αποτελέσματα κροκίδωσης. Επί του παρόντος, το πιο αντιπροσωπευτικό συνθετικό πολυμερές πηκτικό στην κινεζική αγορά είναι το πολυακρυλαμίδιο (PAM) και τα παράγωγά του, που αντιπροσωπεύουν το 80% της συνολικής αγοράς.
Σε αντίθεση με τα συνθετικά πολυμερή, τα οποία έχουν υψηλό κόστος παραγωγής και περιβαλλοντική τοξικότητα, τα φυσικά τροποποιημένα πολυμερή πηκτικά έχουν πλεονεκτήματα όπως ευρεία διαθεσιμότητα, χαμηλότερο κόστος, ασφάλεια, μη τοξικότητα και προσαρμόσιμα μοριακά χαρακτηριστικά. Τα φυσικά τροποποιημένα πολυμερή πηκτικά περιλαμβάνουν κυρίως παράγωγα αμύλου, χιτοζάνη, κυτταρίνη, κόμμι γκουάρ και άλλα κόμμεα φυτικής προέλευσης, πρωτεΐνες και φύκια, τα οποία μπορούν να προέρχονται από φυτά και ζώα.
Για παράδειγμα, τα τροποποιημένα μόρια αμύλου μπορούν να επιτύχουν εξαιρετικά αποτελέσματα κροκίδωσης. Το κατιονικό αιθεροποιημένο άμυλο και τα παράγωγά του μπορούν να κροκιδώσουν αποτελεσματικά αρνητικά φορτισμένα σωματίδια, ενώ οι διακλαδισμένες δομές αμύλου έχουν ισχυρές επιδράσεις κροκίδωσης σε ιόντα βαρέων μετάλλων όπως ο χαλκός, ο υδράργυρος και ο μόλυβδος. Τα συμπολυμερή μοσχεύματος αμύλου που συμπολυμερίζονται με άλλα μονομερή μπορούν επίσης να αφαιρέσουν αποτελεσματικά ιόντα βαρέων μετάλλων. Η τροποποίηση της χιτοζάνης μπορεί να επιτευχθεί μέσω μεθόδων όπως εμβολιασμός, εστεροποίηση, διασύνδεση και αλκυλίωση. Διάφοροι τύποι φυσικών πολυμερών πηκτικών μπορούν να αποκτήσουν μια σειρά επιθυμητών ιδιοτήτων μέσω χημικής τροποποίησης και τροποποίησης για να καλύψουν τις ανάγκες της πρακτικής παραγωγής και της καθημερινής ζωής.
03 Μικροβιακά Κροκιδωτικά
Τα μικροβιακά κροκιδωτικά είναι προϊόντα υψηλού μοριακού βάρους και βιομάζα που παράγεται από την ανάπτυξη και το μεταβολισμό συγκεκριμένων καλλιεργημένων μικροοργανισμών σε ένα ορισμένο στάδιο. Μπορούν να προκαλέσουν τη συσσώρευση και την καθίζηση στερεών αιωρούμενων σωματιδίων στα λύματα, επιτυγχάνοντας έτσι τον σκοπό του καθαρισμού των υδάτινων σωμάτων. Τα μικροβιακά κροκιδωτικά έχουν ευρύ φάσμα πηγών και είναι οικονομικά αποδοτικά. Αποτελούνται γενικά από πολυσακχαρίτες, πρωτεΐνες, αλυσίδες DNA, γλυκοπρωτεΐνες και πολυαμινοξέα. Μπορούν να αποικοδομηθούν φυσικά χωρίς να προκαλούν δευτερογενή ρύπανση.
Υπάρχουν πολλοί μικροοργανισμοί ικανοί να παράγουν κροκιδωτικά, τα οποία μπορούν εύκολα να βιομηχανοποιηθούν μέσω του σχεδιασμού της διαδρομής. Ωστόσο, η έρευνα για τα μικροβιακά κροκιδωτικά στην Κίνα είναι ακόμα περιορισμένη και οι τρέχουσες μελέτες είναι κυρίως σε εργαστηριακό επίπεδο, πολύ μακριά από την επίτευξη βιομηχανικής παραγωγής.
Προοπτικές Ανάπτυξης Κροκιδωτών
Τα κροκιδωτικά έχουν ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών στην επεξεργασία λυμάτων, αφαιρώντας αποτελεσματικά διάφορες αιωρούμενες ή διαλυτές ακαθαρσίες, μεταλλικά ιόντα, βακτήρια, ιούς και άλλους ρύπους. Βοηθούν στην αποοξυγόνωση, τον αποχρωματισμό και την απομάκρυνση του φωσφόρου, με αποτέλεσμα τη μη ρυπογόνο και αποδοτική επεξεργασία των λυμάτων. Με τη συνεχή πρόοδο της έρευνας, οι τύποι κροκιδωτών που χρησιμοποιούνται στην επεξεργασία λυμάτων στην Κίνα έχουν μεταβεί από χαμηλού μοριακούς ανόργανα κροκιδωτές σε υψηλού μοριακούς οργανικούς κροκιδωτές και από απλούς σε σύνθετους τύπους, με στόχο την αποτελεσματικότητα, τη σχέση κόστους-αποτελεσματικότητας και τη φιλικότητα προς το περιβάλλον.
Σε σύγκριση με τα ανόργανα κροκιδωτικά και τα ευρέως χρησιμοποιούμενα συνθετικά κροκιδωτικά υψηλά μοριακά, τα φυσικά υψηλά μοριακά κροκιδωτικά έχουν διακριτά πλεονεκτήματα όπως ευρεία διαθεσιμότητα, χαμηλό κόστος, ασφάλεια, μη τοξικότητα και φιλικότητα προς το περιβάλλον. Τα βιομηχανικά λύματα είναι συχνά μεγάλου όγκου, πολύπλοκης σύστασης και αποτελούνται από σταθερές διασπορές. Έτσι, ένα μόνο κροκιδωτικό μπορεί να μην αφαιρεί αποτελεσματικά όλα τα συστατικά.
Πρόσφατα, υπήρξε μια τάση προς τη χρήση ανόργανων-οργανικών και ανόργανων-μικροβιακών σύνθετων κροκιδωτών, αξιοποιώντας τα συνεργιστικά αποτελέσματα των ανόργανων-οργανικών κροκιδωτών. Πρώτον, τα ανόργανα κροκιδωτικά εξουδετερώνουν τα φορτία και συσσωματώνουν ακαθαρσίες σε μεγάλες μοριακές συστάδες, ακολουθούμενα από οργανικά κροκιδωτικά υψηλής μορίας που συλλαμβάνουν αυτές τις συστάδες μέσω γεφυρωτικής δράσης για αποτελεσματική καθίζηση. Η χρήση ανόργανων κροκιδωτών μπορεί να μειώσει την απαιτούμενη ποσότητα οργανικών κροκιδωτών, επιτυγχάνοντας βέλτιστα αποτελέσματα με χαμηλότερο κόστος. Ωστόσο, συγκεκριμένα σκευάσματα και δόσεις πρέπει να ελέγχονται συνεχώς ανάλογα με τους τύπους των λυμάτων.
Επί του παρόντος, χρησιμοποιούνται συνήθως σύνθετα κροκιδωτικά χλωριούχου πολυαλουμινίου-πολυακρυλαμιδίου και παρουσιάζουν καλή αποτελεσματικότητα. Ωστόσο, ενέχουν ορισμένους περιβαλλοντικούς κινδύνους. Η μελλοντική έρευνα θα μπορούσε να επικεντρωθεί στον συνδυασμό ανόργανων κροκιδωτών πολυμερούς πυριτίου με φυσικά οργανικά κροκιδωτικά υψηλής μοριακής απόδοσης για την ενίσχυση της φιλικότητας προς το περιβάλλον. Εάν μπορεί να επιτευχθεί η βιομηχανική παραγωγή μικροβιακών κροκιδωτών, τα σύνθετα συστήματα ανόργανης-μικροβιακής κροκίδωσης θα πρέπει επίσης να αποδώσουν εξαιρετικά αποτελέσματα επεξεργασίας.
Η υποβάθμιση της ποιότητας των υδάτων λόγω των ανθρώπινων παραγωγικών δραστηριοτήτων έχει καταστήσει τη μη ρυπογόνο και αποδοτική ως προς τους πόρους επεξεργασία των λυμάτων επείγον ζήτημα. Η χρήση κατάλληλων μεθόδων κροκίδωσης και παραγόντων μπορεί να επιτύχει εξαιρετικά αποτελέσματα θεραπείας με χαμηλό κόστος. Επί του παρόντος, τα κροκιδωτικά έχουν μεταβεί από το χαμηλό μοριακό βάρος στο υψηλό μοριακό βάρος και από το απλό σε ένα σύνθετο, αφαιρώντας αποτελεσματικά τις αιωρούμενες και διαλυμένες ακαθαρσίες, τα βαρέα μέταλλα και τα χρώματα από τα λύματα.