Rodzaje zanieczyszczeń usuwanych przez koagulanty glinowe

Rodzaje zanieczyszczeń usuwanych przez koagulanty glinowe:

Koagulanty glinowe, takie jak siarczan glinu (Al₂​(SO4₄)₃​⋅nH₂​O) i chlorek glinu (AlCl₃​⋅6H₂​O), są szeroko stosowane w procesach uzdatniania wody i oczyszczania ścieków do usuwania różnorodnych typów zanieczyszczeń. Ich skuteczność wynika z właściwości chemicznych jonów glinu (Al³⁺).
Oto szczegółowe przykłady z podziałem na kategorie:

Zanieczyszczenia rozpuszczone:

• Aniony nieorganiczne:

        Fosforany (PO₄ ^3-​) - skutecznie wytrącane w postaci fosforanów glinu.
        Arseniany (AsO₄^3-​) - podobny mechanizm usuwania jak w przypadku fosforanów.
        Krzemiany (SiO₃^2-​) - usuwane w pewnym zakresie poprzez koagulację i sorpcję.
        Fluorki (F^-) - mogą być usuwane poprzez tworzenie trudno rozpuszczalnych kompleksów z glinem.
        Dodano: Siarczany (SO₄^2-​) - mogą być częściowo usuwane poprzez tworzenie nierozpuszczalnych siarczanów glinu w określonych warunkach pH i stężenia, choć nie jest to ich główne zastosowanie.

• Metale ciężkie (kationy metali):

        Rtęć (Hg²⁺)
        Ołów (Pb²⁺)
        Kadm (Cd²⁺)
        Chrom (Cr³⁺,Cr⁶⁺)
        Miedź (Cu²⁺)
        Nikiel (Ni²⁺)
        Cynk (Zn²⁺) Metale ciężkie są usuwane poprzez wytrącanie w postaci wodorotlenków, fosforanów lub innych nierozpuszczalnych związków glinu, a także poprzez sorpcję na tworzących się flokach.

• Substancje organiczne:

        Niektóre rozpuszczone substancje organiczne, takie jak kwasy humusowe i fulwowe, mogą być częściowo usuwane poprzez koagulację i flokulację, zwłaszcza w połączeniu z innymi metodami.

Zanieczyszczenia koloidalne:

• Oleje i tłuszcze - emulgowane oleje i tłuszcze są destabilizowane i agregowane.
• Zawiesiny organiczne - drobne cząstki organiczne, takie jak resztki roślinne i zwierzęce.
• Mączka papiernicza - włókna celulozowe i inne składniki pochodzące z przemysłu papierniczego.
• Humus - koloidalne kwasy humusowe i fulwowe nadające wodzie barwę.
• Glinka i iły - drobne cząstki mineralne powodujące zmętnienie wody.
• Mikroorganizmy koloidalne - niektóre bakterie i algi w formie koloidalnej.

Inne zanieczyszczenia:

• Bakterie - usuwane poprzez enkapsulację w tworzących się flokach i sedymentację.
• Wirusy - podobny mechanizm usuwania jak w przypadku bakterii, choć skuteczność może zależeć od rodzaju wirusa i warunków procesu.
• Pierwotniaki i cysty - efektywnie usuwane poprzez koagulację i flokulację, a następnie filtrację.
• Substancje powodujące barwę i mętność - zarówno organiczne, jak i nieorganiczne cząstki koloidalne.

Mechanizm działania:

Koagulanty glinowe działają poprzez serię złożonych reakcji chemicznych i fizycznych, prowadzących do destabilizacji i agregacji cząsteczek zanieczyszczeń w ściekach lub wodzie. Cząsteczki koloidalne i zawieszone zazwyczaj posiadają na swojej powierzchni ładunek ujemny, który powoduje, że odpychają się od siebie, utrzymując się w roztworze. Dodane do wody koagulanty glinowe ulegają hydrolizie, tworząc różnorodne jony i polimery glinu o wysokim ładunku dodatnim.
Główne mechanizmy działania obejmują:

1. Neutralizacja ładunku: Kationy glinu (Al3+) oraz inne naładowane dodatnio produkty hydrolizy neutralizują ujemny ładunek powierzchniowy cząsteczek zanieczyszczeń. Zmniejszenie sił odpychania elektrostatycznego umożliwia zbliżanie się cząstek.
2. Kompresja warstwy podwójnej: Jony glinu zwiększają stężenie jonów w warstwie podwójnej otaczającej cząstki koloidalne, zmniejszając zasięg sił odpychania.
3. Tworzenie mostków międzycząsteczkowych (flokulacja chemiczna): Polimery glinu o wysokiej masie cząsteczkowej adsorbują się na powierzchni wielu cząstek zanieczyszczeń, tworząc mostki łączące je w większe agregaty, zwane flokami.
4. Entrapment (zmiatanie): Podczas tworzenia się wodorotlenku glinu w postaci strątu, drobne cząstki zanieczyszczeń mogą zostać uwięzione w jego strukturze.

W wyniku tych procesów cząsteczki zanieczyszczeń zaczynają się ze sobą łączyć, tworząc większe i cięższe floki. Floki te są następnie skutecznie usuwane ze ścieków lub wody poprzez procesy separacji grawitacyjnej (sedymentacja lub dekantacja) lub filtracji.

Zalety koagulantów glinowych:

• Skuteczne usuwanie szerokiego spektrum zanieczyszczeń, zarówno rozpuszczonych, koloidalnych, jak i biologicznych.
• Efektywna redukcja mętności i barwy wody.
• Relatywnie łatwość stosowania i dozowania.
• Ogólnie niska cena w porównaniu z niektórymi innymi koagulantami organicznymi.
• Skuteczność w szerokim zakresie pH (choć optymalne pH zależy od rodzaju koagulantu i zanieczyszczeń).
• Możliwość jednoczesnego usuwania fosforanów i zawiesin.

Wady koagulantów glinowych:

• Produkcja znacznej ilości osadu, który wymaga dalszego zagospodarowania.
• Możliwość obniżenia pH wody, co może wymagać korekty.
• Pozostałości glinu w uzdatnionej wodzie, które w wysokich stężeniach mogą być niepożądane (szczególnie w wodzie pitnej).
• Skuteczność może być ograniczona w przypadku niektórych rodzajów zanieczyszczeń organicznych.
• Dawkowanie musi być optymalizowane, ponieważ zarówno niedodawanie, jak i przedawkowanie koagulantu może prowadzić do pogorszenia jakości oczyszczania.

Ogólnie rzecz biorąc, koagulanty glinowe są skutecznym i ekonomicznym sposobem usuwania wielu rodzajów zanieczyszczeń ze ścieków i wody pitnej. Należy jednak pamiętać o doborze odpowiedniej dawki koagulantu w zależności od charakterystyki wody surowej i pożądanej jakości wody oczyszczonej, a także o właściwej utylizacji powstającego osadu. Monitorowanie procesu koagulacji i flokulacji jest kluczowe dla osiągnięcia optymalnych efektów.

Przykładowe zastosowania koagulantów glinowych:

1. Oczyszczanie ścieków komunalnych (usuwanie zawiesin, koloidów, fosforanów, częściowe usuwanie ChZT i BZT).
2. Oczyszczanie ścieków przemysłowych (np. z przemysłu papierniczego, spożywczego, chemicznego - usuwanie specyficznych zanieczyszczeń).
3. Uzdatnianie wody pitnej (usuwanie mętności, barwy, mikroorganizmów, prekursorów THM).
4. Klarowanie wody powierzchniowej (rzek, jezior, zbiorników).
5. Oczyszczanie wód basenowych.
6. Odwadnianie osadów ściekowych (jako wspomaganie procesu).