Подробно обяснение на принципите на PAC коагулация и флокулация Ключово техническо ръководство за подобряване на ефективността на пречистване на водата

Подробно обяснение на принципите на PAC коагулация и флокулация: Цялостно подобряване на ефективността на пречистване на водата

При различни процеси на пречистване на промишлени отпадъчни води, пречистване на питейна вода, пречистване на общински отпадъчни води и процеси на пречистване на минни отпадъчни води,полиалуминиев хлорид (PAC)е един от най-широко използваните неорганични полимерни коагуланти. Въпреки това, много инженерен персонал в действителните операции все още са склонни да гледат на коагулацията и флокулацията като на един и същ процес, което води до неразумно проектиране на оборудването, дозиране на химикали и настройки на параметрите на смесване, което от своя страна се отразява на цялостния ефект на третиране.

Всъщност, въпреки че тези два етапа са взаимосвързани, те имат напълно различни механизми на действие, оперативни цели и изисквания за смесване. Само чрез правилно разбиране на разликата между PAC коагулация и PAC флокулация, ефективността на обработката на полиалуминиев хлорид може да бъде напълно използвана за постигане на по-високи нива на отстраняване на мътност, по-ниско общо съдържание на суспендирани твърди вещества (TSS) и по-стабилно качество на отпадъчните води.

Тази статия ще опише подробно принципите на работа, оптималните работни условия и основните елементи на инженерния дизайн на PAC и в двата етапа и ще ви помогне да оптимизирате целия процес на пречистване на вода с PAC.

Какво е коагулация?

Коагулацията е химическата начална точка на цялата реакция на пречистване на водата

Коагулацията е първият реакционен етап, след като PAC навлезе във водното тяло, и също така е най-бързата химическа реакция в целия процес на пречистване на водата. Когато полиалуминиев хлорид (PAC) се дозира в сурова вода, неговите активни алуминиеви компоненти се диспергират бързо и веднага взаимодействат с отрицателно заредени колоидни частици.

Тъй като утайката, колоидите, органичната материя и суспендираните частици в естествените водни обекти обикновено носят отрицателни заряди, те могат да останат стабилно суспендирани във вода за дълго време и не се утаяват лесно естествено. Полинуклеарните хидроксиалуминиеви йони, освободени от PAC, могат бързо да неутрализират зарядите на повърхността на тези частици, причинявайки им загуба на електростатична стабилност и създавайки условия за последващо агрегиране на частиците.

Този процес е Коагулация, чиято същност еНеутрализиране на зарядаи дестабилизиране на частиците, а не образуването на големи флокули.

Следователно, в процеса на прилагане на PAC химикали за пречистване на вода, коагулацията определя дали последващата флокулация може да протече гладко и също така е важна основа, влияеща върху ефективността на цялата система за пречистване.

Защо коагулацията изисква бързо смесване?

Тъй като коагулацията е мигновена химическа реакция, PAC трябва да бъде равномерно разпръснат във водното тяло за много кратко време.

Обикновено отнема само няколко милисекунди до няколко секунди от момента, в който PAC влезе в контакт с водното тяло до завършване на неутрализацията на заряда.

Ако скоростта на смесване е недостатъчна, PAC не може да дифундира достатъчно; някои частици може вече да са реагирали, докато други частици остават в стабилно състояние, което в крайна сметка води до:

Намалена ефективност на оползотворяване на химикали

Намалена степен на отстраняване на мътността

Повишена консумация на химикали

Намалена ефективност на последващата флокулация

По-лоша стабилност на качеството на отпадъчните води

Поради това в системите за промишлена обработка на вода коагулацията обикновено се конфигурира с независимо оборудване за бързо смесване, като флаш миксер или високо{0}}скоростна механична бъркалка, за да се гарантира, че PAC може бързо да влезе в пълен контакт с всички частици.

За инженерни проекти, които искат да се подобрятPAC коагулационна ефективност, бързото и равномерно смесване е много по-важно от простото увеличаване на дозата на PAC.

Защо PAC работи по-ефективно в етапа на коагулация?

В сравнение с традиционния алуминиев сулфат (Alum),полиалуминиев хлорид (PAC)има очевидни технически предимства, тъй като PAC е предварително-полимеризиран неорганичен полимерен коагулант.

Голям брой силно активни полимерни алуминиеви структури вече са формирани в PAC, особено стабилно съществуващите $\\text{Al}_{13}$ поликатиони, които могат директно да участват в реакцията на коагулация, без да преминават през сложен -процес на хидролиза на място.

Следователно, когато PAC влезе в сурова вода, той може бързо да завърши:

Неутрализиране на заряда

Колоидна дестабилизация

Образуване на микро{0}}флокули

Създаване на реакционни условия за флокулация

Обратно, традиционната стипца трябва стъпка{0}}по-завършва реакцията си на хидролиза във вода, преди да може да образува активни алуминиеви йони, така че цялата скорост на реакцията е значително по-бавна.

В допълнение, процесът на хидролиза на стипца лесно се влияе от промените в температурата и pH. При ниски -температурни сезони или когато pH на суровата вода се отклонява от оптималния диапазон, реакцията на хидролиза често не може да протече напълно, което води до спад в ефективността на пречистването.

Тъй като активните компоненти на PAC се образуват предварително, той има по-добра адаптивност към промените в температурата и pH и все още може да поддържа висока ефективност на коагулация при ниска температура, висока мътност и сложни условия на качеството на водата. Това също е важна причина, поради която все повече промишлени предприятия, общински водни централи и минни проекти приематВисокоефективни PAC коагуланти.

Препоръчителни работни условия на коагулация за PAC

За да се упражнява напълно ефективността на PAC в етапа на коагулация, се препоръчва системата за бързо смесване да отговаря на следните работни параметри:

Горните параметри могат да помогнат на PAC да постигне равномерна дифузия за най-кратко време, да подобри оползотворяването на химикалите и да образува стабилни микро-флокули за следващия етап на флокулация.

Струва си да се отбележи, че ако стойността на G е твърде ниска, контактът между PAC и частиците ще бъде недостатъчен; ако времето за бързо смесване е твърде дълго, това ще доведе до загуба на енергия и ще има ограничен ефект върху подобряването на резултатите от коагулацията. Следователно, вPAC процес за пречистване на промишлени отпадъчни води, работните параметри трябва да бъдат допълнително оптимизирани чрез Jar Test въз основа на характеристиките на суровата вода.

Коагулацията и флокулацията не са един и същ процес

Много специалисти по пречистване на вода са свикнали да наричат ​​коагулацията и флокулацията „коагулация“, но от гледна точка на процеса двете всъщност изпълняват различни задачи.

Коагулацията е бързо протичаща химическа реакция, чиято основна цел е да елиминира електростатичното отблъскване между частиците и да дестабилизира колоидите; докато флокулацията е последващ процес на физическо агрегиране, който насърчава тези вече дестабилизирани микро-флокули да се сблъскват непрекъснато и да растат при бавно разбъркване, като в крайна сметка образуват флокули с големи частици, които могат да се утаят бързо.

Следователно, двете не само се различават по своя механизъм на действие, но също така имат напълно противоположни изисквания към дизайна на оборудването и условията на смесване.

Точно защото двете изискват напълно различни работни среди, съвременните системи за пречистване на вода обикновено използват независими зони за бързо смесване и зони за бавна флокулация, за да гарантират, че PAC може да упражнява най-доброто си представяне и в двата етапа съответно.

Разбирането на съществената разлика между коагулация и флокулация не само помага за оптимизиране на ефекта на дозиране на PAC, но също така ефективно намалява потреблението на химикали, подобрява ефективността на утаяване и подобрява оперативната стабилност на цялостната система за пречистване на водата.

Защо флокулацията определя окончателния ефект на утаяване?

След завършванеКоагулация, въпреки че колоидните частици в суровата вода са загубили своята електростатична стабилност, образуваните по това време флокули са просто микро-флокули с изключително малък размер и леко тегло. Въпреки че тези микро-флокули могат да контактуват помежду си, те все още не са достатъчни, за да се утаят бързо от собственото си тегло.

Следователно, ключовата стъпка, която наистина определя ефекта на избистряне, скоростта на утаяване и степента на отстраняване на общите суспендирани твърди вещества (TSS), е флокулацията.

За разлика от коагулацията, флокулацията е физически процес на агрегация. На този етап вече дестабилизираните микро-флокули непрекъснато се сблъскват, адсорбират и се комбинират при бавно разбъркване, като постепенно прерастват в макро-флокули, видими с просто око, които в крайна сметка могат да се утаят бързо или да бъдат ефективно прихванати от системата за филтриране.

Заполиалуминиев хлорид (PAC), флокулацията е не само естествено продължение след коагулацията, но и важна връзка за целия процес на пречистване на вода с PACза постигане на високо{0}}ефективно отстраняване на мътността.

Как PAC насърчава растежа на флокулите по време на етапа на флокулация?

Много хора смятат, че PAC играе роля само в етапа на коагулация, но това всъщност не е така.

След навлизане в етапа на флокулация, пре-полимеризираната структура вътреполиалуминиев хлорид (PAC)продължава да играе роля. В допълнение към завършената неутрализация на заряда, полимерните вериги в PAC могат допълнително да свързват различни микро-флокули, образувайки стабилни „мостове“ между частиците и насърчавайки множество микро-флокули непрекъснато да се комбинират и растат.

Този ефект обикновено се нарича полимерно свързване.

Именно поради наличието на свързващо действие, флокулите с големи частици, образувани от PAC, обикновено притежават следните предимства:

По-голям размер на флока

По-компактна структура

По-бърза скорост на утаяване

По-силна устойчивост на срязване

По-добро последващо обезводняване на утайката

В сравнение с традиционната стипца (Alum), PAC може не само да завърши коагулацията по-бързо, но и непрекъснато да насърчава растежа на флокулация по време на етапа на флокулация, така че общата ефективност на лечението обикновено е по-висока.

Особено в следните приложения предимствата на PAC са по-изразени:

Пречистване на промишлени отпадъчни води

Пречистване на минни отпадъчни води

Отпадъчни води от промиване на въглища в мина

Пречистване на отпадъчни води от завода за хартия

Пречистване на отпадъчни води от боядисване на текстил

Пречистване на битови отпадъчни води

За тези качества на водата с високо съдържание на суспендирани твърди частици и висока мътност, PAC може значително да съкрати времето за образуване на флокули и да подобри ефективността на утаяване, като по този начин намалява работното натоварване на последващите утаителни резервоари и системи за филтриране.

Защо флокулацията трябва да използва смесване с-ниска скорост?

Целта на флокулацията не е бърза реакция, а осигуряване на достатъчно възможности за сблъсък на микро-флокулите.

Ако на този етап все още се използва високо{0}}разбъркване като това при коагулацията, голям брой вече образувани флокули с големи частици ще бъдат непрекъснато подложени на сили на срязване и ще се разграждат обратно на фини частици.

Това не само намалява скоростта на утаяване, но също така увеличава мътността на отпадъчните води.

Следователно, по време на процеса на PAC флокулация, енергията на смесване трябва да бъде значително намалена, поддържайки достатъчно циркулация на течността.

Препоръчва се бавно и непрекъснато механично разбъркване, така че частиците да могат:

Сблъсквайте се естествено

Адсорбират се взаимно

Растете непрекъснато

Избягвайте счупване

Практиката е доказала, че стабилната флокулация с ниска-скорост обикновено е по-добра за подобряване на ефектите от лечението, отколкото просто увеличаване на дозата на PAC.

Препоръчителни работни параметри на флокулация за PAC

За да се получат стабилни флокулации с големи частици, се препоръчва системата за флокулация да приеме следните работни условия:

Сред тях най-препоръчителен е заостреният енергиен дизайн на смесване.

а именно:

Първата клетка поддържа малко по-висока енергия на смесване;

Втората клетка постепенно намалява;

Третата клетка продължава да намалява;

Поддържайте най-ниската сила на срязване, преди окончателно да влезете в резервоара за утаяване.

Този дизайн позволява на флокулите да растат непрекъснато, без да бъдат разбити поради прекомерно разбъркване в по-късните етапи, и следователно се използва широко в широко-мащабни проекти за пречистване на вода PAC.

Защо комбинацията от PAC и PAM дава по-добри резултати?

Въпреки че PAC може едновременно да завърши коагулацията и част от флокулацията, за някои сложни качества на водата разчитането само на PAC все още не успява да постигне най-добрия ефект на утаяване.

по това време,полиакриламид (PAM)обикновено се добавя като спомагателен флокулант.

Двата химикала изпълняват напълно различни функции:

PAM притежава изключително дълги полимерни вериги, които могат допълнително да свързват множество микро-флокули, образувани от PAC, което ги кара да растат бързо в по-компактни флокули с големи частици.

Следователно, при следните работни условия, PAC + PAM обикновено може да постигне по-добри лечебни ефекти, отколкото използването на PAC самостоятелно:

Бързо утаяване в-утаителни резервоари с висока производителност

Отстраняване на ултрафини частици

Отстраняване на глина и въглищен шлам

Отстраняване на минерални суспендирани частици

Пречистване на отпадъчни води от промиване на въглища

Обезводняване на утайки

Ниско{0}}температурно третиране на сурова вода

За предприятия, които трябва да подобрят ефективността на утаяване и да намалят съдържанието на влага в утайката, използвайкиPAC и PAM за пречистване на промишлени отпадъчни водисе превърна в относително зряла и икономична схема на процес.

Правилна последователност на дозиране за PAC и PAM

Химическата последователност на дозиране влияе директно върху целия резултат от флокулацията.

Препоръчителният работен процес на дозиране е както следва:

Стъпка 1: Бързо дозиране на PAC

PAC трябва първо да се дозира в зоната за бързо смесване. Бързото време на смесване се поддържа за 30-60 секунди, за да позволи на PAC да завърши напълно реакцията на коагулация.

Стъпка 2: PAM влиза в зоната на бавно смесване

След като частиците са завършили дестабилизацията, към входа за флокулация се добавя PAM. След това бавното смесване се поддържа в продължение на 15-25 минути, за да се позволи на PAM да упражни напълно своята свързваща роля и да насърчи образуването на флокули с големи частици.

Стъпка 3: Влизане в системата за утаяване

След като зрелите флокули с големи частици навлязат в резервоара за утаяване, може да се постигне бързо утаяване, подобрявайки бистротата на отпадъчните води и намалявайки работното налягане на следващите системи за филтриране.

Защо PAM не може да се добави първо?

Това е често срещана грешка, допускана от много полеви оператори.

Ако частиците все още са в електростатично стабилно състояние, въпреки че PAM може да навлезе във водното тяло, той не може да свърже ефективно частиците и повечето от дългите молекулни вериги ще загубят своя ефект, което не само увеличава оперативните разходи, но може също да доведе до химически отпадъци.

Следователно, във всеки процес на флокулация на PAC, човек винаги трябва да се придържа към:PAC първо завършва коагулацията, а PAM след това засилва флокулацията.

Само при следване на този принцип съответните предимства на двата химикала могат да бъдат напълно използвани за постигане на по-висока ефективност на пречистване, по-бърза скорост на утаяване и по-стабилно качество на отпадъчните води.

Често срещани проблеми и схеми за оптимизация за PAC системи за смесване

Дори ако бъде избран високо{0}}качествен полиалуминиев хлорид (PAC), ако работните параметри на двата етапа на коагулация и флокулация са неразумно зададени, това все още може да доведе до спад в скоростта на отстраняване на мътността, увеличаване на потреблението на химикали и колебания в качеството на отпадъчните води. Следователно, вPAC процес на пречистване на вода, оптимизирането на процеса често е по-важно от простото увеличаване на дозировката на химикала.

По-долу са изброени няколко от най-често срещаните типове проблеми в действителното инженерство и съответните им препоръки за оптимизация.

1. Коагулационният ефект е добър, но скоростта на утаяване е бавна

Възможни причини

Ако суровата вода може бързо да образува микро-флокули след бързо смесване, но скоростта на утаяване вътре в резервоара за утаяване е бавна, това обикновено означава, че коагулацията е завършена, докато етапът на флокулация не е достигнал оптималното си състояние. Основните причини за това явление включват:

Недостатъчно време на задържане на флокулацията;

Прекомерна енергия за бавно смесване;

Големи флокули от частици влизат в утаителния резервоар, преди да бъдат напълно оформени.

Препоръки за оптимизация

Препоръчват се следните мерки:

Намалете по подходящ начин интензитета на смесване (намалете стойността G) в етапа на флокулация;

Удължете времето за задържане при бавно смесване;

За качество на водата с много фини частици може да се добави PAM, за да подпомогне свързването и да увеличи скоростта на растеж на флокулите.

Чрез оптимизиране на процеса на флокулация, ефективността на утаяване обикновено може да бъде значително подобрена, като едновременно с това се понижава мътността на отпадъчните води и съдържанието на суспендирани твърди вещества.

2. Образуването на флок е бавно след дозиране на PAC

Възможни причини

Ако очевидните флокули все още не могат да се образуват дълго време след добавянето на PAC, това обикновено не е проблем със самия продукт на PAC, а по-скоро причинено от следните фактори:

Недостатъчна доза PAC;

Не-равномерна дисперсия по време на бързо смесване;

Стойността на pH на суровата вода се отклонява от оптималния работен диапазон на PAC;

Настъпват сезонни промени в качеството на суровата вода.

Препоръки за оптимизация

Препоръчително е първо да извършите Jar Test, за да потвърдите отново оптималната дозировка на PAC. В същото време проверете:

Дали оборудването за бързо смесване може да достигне препоръчителната G стойност от $200\\text{--}400\\text{ s}^{-1}$;

Дали PAC може да бъде равномерно разпръснат в рамките на $30\\text{--}60\\text{ секунди}$;

Дали pH на суровата вода е подходящо за PAC, за да упражни най-добрия си коагулационен ефект.

За различни сезони и различни водоизточници, схемата за дозиране на PAC трябва да бъде динамично коригирана според промените в качеството на водата, вместо да се приема фиксирана доза за дълго време.

3. Големите флокули от частици се разпадат след влизане в утаителния резервоар

Възможни причини

Ако големи флокули вече са се образували по време на етапа на флокулация, но отново стават по-малки или дори изплуват след влизане в резервоара за утаяване, това показва, че флокулите са подложени на големи сили на срязване. Често срещаните причини включват:

Прекомерна скорост на потока на входа на резервоара за утаяване;

Неразумно проектиране на водоразпределителната конструкция;

Силна турбулентност на водния поток;

Прекомерно нарушаване на утайката.

Препоръки за оптимизация

Препоръчително е да се съсредоточите върху проверката:

Намаляване на скоростта на потока на входа на утаителния резервоар;

Оптимизиране на структурата на водача на потока;

Добавяне на прегради или отклоняващи плочи, когато е необходимо;

Намаляване на турбуленцията на входа.

В много случаи не производителността на PAC е недостатъчна, а по-скоро хидравличният дизайн на резервоара за утаяване ограничава постиженията на флокулацията.

4. Ефектът от лечението намалява през зимата

Защо ниската температура влияе върху обработката на водата?

След като температурата на водата спадне през зимата, вискозитетът на флуида се увеличава и скоростта на движение на частиците намалява, така че вероятността от сблъсък между частиците е значително намалена. Това означава:

Скоростта на флокулация се забавя;

Времето за растеж на флок става по-дълго;

Ефективността на утаяване намалява.

В сравнение с традиционната стипца (Alum),полиалуминиев хлорид (PAC)има по-добра адаптивност към ни-температурни среди поради предварително-полимеризираната си структура, така че обикновено може да поддържа висока ефективност на коагулация.

Препоръки за оптимизация

При ниски{0}}температурни условия могат да се предприемат следните мерки:

Удължете по подходящ начин времето за флокулация;

Намалете интензивността на смесване, за да сведете до минимум начупването на флокулите;

Добавете PAM като спомагателен флокулант;

Повторно-оптимизиране на дозировката на PAC въз основа на Jar Test.

За северните региони, общинско водоснабдяване и зимни експлоатационни проекти, тези мерки обикновено могат значително да подобрят резултатите от пречистването.

Таблица за бързо сравнение на коагулация и флокулация

Тази сравнителна таблица може да помогне на инженерния персонал бързо да прецени работния статус на системата и да вземе съответните мерки за оптимизация за различни етапи.

Често задавани въпроси (FAQ)

1. Винаги ли трябва да се използва PAC в комбинация с PAM?

Не е задължително. За качество на водата с умерена мътност и достатъчно време за флокулация, използването само на PAC може да образува флокули с добро утаяване. Въпреки това, за следните работни условия се препоръчва комбиниран PAC и PAM процес:

Голямо количество ултрафини частици;

Минни отпадъчни води с висока{0}}мътност;

Отпадъчни води от промиване на въглища;

Ниска{0}}температурна работа през зимата;

Високи изисквания за обезводняване на утайките;

Системи за-пречистване с голям поток, изискващи бързо утаяване.

2. Могат ли коагулацията и флокулацията да бъдат завършени в един и същи резервоар?

Теоретично да, но обикновено не се препоръчва. Причината е, че енергията на смесване, изисквана от двете, е напълно различна:

Коагулацията изисква високо{0}}смесване;

Флокулацията изисква бавно разбъркване. Ако се приеме същата скорост на смесване, е трудно да се балансират и двете реакции. Поради това повечето модерни системи за пречистване на вода ще създадат независими зони за бързо смесване и зони за бавна флокулация, за да получат по-стабилни ефекти от обработката.

3. Как да преценя дали флокулацията е достигнала най-доброто си състояние?

Предварителна преценка може да се направи чрез наблюдение на характеристиките на флокулите: Високо{0}}качествените флокули обикновено притежават следните характеристики:

Ясно се вижда с просто око;

Размерът е приблизително от главичката на карфица до размера на грахово зърно;

Компактна структура, не се чупи лесно;

Способен да се утаи бързо след спиране на разбъркването. Ако водното тяло все още изглежда равномерно мътна, това показва, че условията на флокулация все още се нуждаят от допълнителна оптимизация.

4.Защо е важен Jar Test (Jar Test)?

Качеството на водата варира значително в различните региони, различните сезони и различните промишлени отпадъчни води и нито една фиксирана доза не е приложима за всички проекти. Тестът на Jar може да помогне на потребителите бързо да определят:

Оптимална дозировка на PAC;

Дали трябва да се добави PAM;

Оптимален диапазон на pH;

Оптимално време за коагулация и флокулация;

Препоръчителна интензивност на смесване. Следователно, когато официално се пуска в производство или когато качеството на водата се промени, се препоръчва да се даде приоритет на извършването на тест с чаша, за да се получат най-добрите работни параметри.

Заключение

Коагулация и флокулация, въпреки че принадлежат към един и същ процес на пречистване на вода, поемат напълно различни задачи.

Коагулацията е отговорна за бързото завършване на неутрализацията на заряда, за да накара колоидните частици да загубят стабилност; Флокулацията чрез бавно смесване позволява на микро-флокулите непрекъснато да се сблъскват, да образуват мостове и да растат в големи флокули от частици, които лесно се утаяват.

Като ефективен неорганичен полимерен коагулант,полиалуминиев хлорид (PAC)може не само бързо да завърши коагулацията, но и непрекъснато да насърчава растежа на флокулация по време на етапа на флокулация. Чрез разумен дизайн на бързо смесване, бавна флокулация и комбинирани схеми на дозиране на PAC и PAM, скоростите на отстраняване на мътността, скоростите на отстраняване на суспендираните твърди частици и общата оперативна стабилност могат да бъдат значително подобрени.

За индустрии като пречистване на питейна вода, пречистване на битови отпадъчни води, пречистване на промишлени отпадъчни води, пречистване на минни отпадъчни води, както и производство на хартия и боядисване на текстил, дълбокото разбиране на работните механизми на коагулацията и флокулацията е важна основа за оптимизиране на ефектите от приложението на PAC, намаляване на оперативните разходи и повишаване на ефективността на пречистване.

Вземете професионални PAC решения за пречистване на вода

ECOLINK TECHNOLOGY се фокусира върху полиалуминиев хлорид (PAC), полиакриламид (PAM) и цялостни решения за пречистване на промишлена вода. Ние можем да предоставим професионална техническа поддръжка въз основа на вашето качество на суровата вода, цели за пречистване и изисквания за процес, включително:

Препоръки за схемата на Free Jar Test;

PAC/PAM ръководство за избор на продукт;

Схеми за оптимизиране на дозирането на химикали;

Оптимизиране на процеса на коагулация и флокулация;

Решения за пречистване на промишлени отпадъчни води, питейна вода и общински канализационни води;

Техническа консултация-на-един и поддръжка след-продажба.

Добре дошли да се свържете с нас, за да получите схемата за приложение на PAC, подходяща за вашия проект, и ние ще ви предоставим професионален отговор в рамките на 24 часа.