1. Was sind Flockungsmittel, Koagulationsmittel und Konditionierungsmittel?
Diese Mittel können je nach ihren verschiedenen Einsatzgebieten bei der Schlammpressfiltration in folgende Kategorien eingeteilt werden:
Flockungsmittel: Manchmal auch Koagulationsmittel genannt, dient es zur Verstärkung der Fest-Flüssig-Trennung und wird in Primär-, Sekundär- und Flotationsbecken sowie in der Tertiärbehandlung oder in weitergehenden Aufbereitungsverfahren eingesetzt.
Gerinnungshilfsmittel: Zusätzliche Flockungsmittel tragen zur Verbesserung der Gerinnungswirkung bei.
Konditionierungsmittel: Auch als Entwässerungsmittel bekannt, wird es zur Konditionierung des verbleibenden Schlamms vor der Entwässerung verwendet. Zu seinen Varianten gehören einige der oben genannten Flockungsmittel und Koagulationsmittel.
Flockungsmittel sind eine Stoffklasse, die die Ausfällungsstabilität und Polymerisationsstabilität dispergierter Partikel in Wasser verringern oder beseitigen kann und dazu führt, dass dispergierte Partikel agglomerieren und zu Aggregaten ausflocken, die dann entfernt werden können.
Nach ihrer chemischen Zusammensetzung lassen sich Flockungsmittel in anorganische und organische Flockungsmittel unterteilen.
Anorganische Flockungsmittel
Die traditionellen anorganischen Flockungsmittel sind niedermolekulare Aluminium- und Eisensalze. Zu den Aluminiumsalzen zählen hauptsächlich Aluminiumsulfat (Al₂(SO₄)₃∙18H₂O), Alaun (Al₂(SO₄)₃∙K₂SO₄∙24H₂O) und Natriumaluminat (NaAlO₃). Zu den Eisensalzen gehören hauptsächlich Eisen(III)-chlorid (FeCl₃∙6H₂O), Eisen(II)-sulfat (FeSO₄∙6H₂O) und Eisen(III)-sulfat (Fe₂(SO₄)₃∙2H₂O).
Im Allgemeinen zeichnen sich anorganische Flockungsmittel durch die leichte Verfügbarkeit der Rohstoffe, die einfache Zubereitung, den niedrigen Preis und die moderate Behandlungswirkung aus, weshalb sie in der Wasseraufbereitung weit verbreitet eingesetzt werden.
Anorganisches Polymerflockungsmittel
Die Hydroxyl- und Sauerstoff-basierten Polymere von Al(III) und Fe(III) verbinden sich weiter zu Aggregaten, die unter bestimmten Bedingungen in wässriger Lösung stabil bleiben und deren Partikelgröße im Nanometerbereich liegt. Ergebnis einer hohen Dosierung.
Vergleicht man ihre Reaktions- und Polymerisationsgeschwindigkeiten, so ist die Reaktion des Aluminiumpolymers milder und die Form stabiler, während das hydrolysierte Polymer des Eisens schnell reagiert und leicht an Stabilität verliert und ausfällt.
Die Vorteile anorganischer Polymerflockungsmittel liegen in ihrer höheren Effizienz im Vergleich zu traditionellen Flockungsmitteln wie Aluminiumsulfat und Eisen(III)-chlorid sowie in ihren geringeren Kosten gegenüber organischen Polymerflockungsmitteln. Polyaluminiumchlorid wird mittlerweile erfolgreich in verschiedenen Aufbereitungsverfahren für Trinkwasser, Industrieabwasser und kommunales Abwasser eingesetzt, darunter Vorbehandlung, Zwischenbehandlung und weitergehende Behandlung, und hat sich zunehmend zu einem Standardflockungsmittel entwickelt. Hinsichtlich Morphologie, Polymerisationsgrad und der entsprechenden Koagulations- und Flockungswirkung nehmen anorganische Polymerflockungsmittel jedoch weiterhin eine Zwischenstellung zwischen traditionellen Metallsalzflockungsmitteln und organischen Polymerflockungsmitteln ein.
Polyaluminiumchlorid (PAC), Sicherheitsdatenblatt (MSDS), CAS-Nr. 1327 41 9, Polyaluminiumchlorid, PAC-Chemikalie zur Wasseraufbereitung, hat die chemische Formel Aln(OH)mCl3n-m. PAC ist ein mehrwertiger Elektrolyt, der die kolloidale Ladung tonartiger Verunreinigungen (mehrfach negativ geladen) im Wasser deutlich reduzieren kann. Aufgrund der großen relativen Molekülmasse und der starken Adsorptionskapazität bilden sich größere Flocken, und die Flockungs- und Sedimentationsleistung ist besser als bei anderen Flockungsmitteln.
Polyaluminiumchlorid (PAC) weist einen hohen Polymerisationsgrad auf, und schnelles Rühren nach der Zugabe verkürzt die Flockungszeit erheblich. PAC ist weniger temperaturempfindlich und erzielt auch bei niedrigen Wassertemperaturen gute Ergebnisse. Es senkt den pH-Wert des Wassers nur geringfügig und ist in einem breiten pH-Bereich (5–9) einsetzbar, sodass die Zugabe von Alkalien nicht erforderlich ist. PAC ist in der Dosierung gering, erzeugt wenig Schlamm und ist einfach in der Anwendung und Handhabung. Zudem ist es weniger korrosiv gegenüber Anlagen und Rohrleitungen. Daher hat PAC das Potenzial, Aluminiumsulfat in der Wasseraufbereitung zunehmend zu ersetzen. Sein Nachteil ist der höhere Preis im Vergleich zu herkömmlichen Flockungsmitteln.
Darüber hinaus, aus Sicht der Lösungschemie,PAC PolyaluminiumchloridEs handelt sich um ein kinetisches Zwischenprodukt der Hydrolyse-Polymerisations-Fällungsreaktion von Aluminiumsalzen, das thermodynamisch instabil ist. Flüssige PAC-Produkte sollten im Allgemeinen innerhalb kurzer Zeit verbraucht werden (feste Produkte weisen eine stabilere Leistung auf). Die Zugabe anorganischer Salze (wie CaCl₂, MnCl₂ usw.) oder Makromoleküle (wie Polyvinylalkohol, Polyacrylamid usw.) kann die Stabilität von PAC verbessern und die Kohäsionsfähigkeit erhöhen.
Im Hinblick auf den Produktionsprozess werden bei der Herstellung von PAC ein oder mehrere verschiedene Anionen (wie SO42-, PO43- usw.) eingeführt. Durch Polymerisation lassen sich die Polymerstruktur und die morphologische Verteilung bis zu einem gewissen Grad verändern, wodurch die Stabilität und Wirksamkeit von PAC verbessert werden. Werden dem Herstellungsprozess von PAC weitere kationische Komponenten wie Fe3+ zugesetzt, um eine gestaffelte hydrolytische Polymerisation von Al3+ und Fe3+ zu erreichen, kann ein Kompositflockungsmittel aus Polyaluminium und Eisen gewonnen werden.
Organisches Polymerflockungsmittel
Synthetische organische Polymerflockungsmittel bestehen hauptsächlich aus Polypropylen- und Polyethylen-Substanzen wie Polyacrylamid und Polyethylenimin. Diese Flockungsmittel sind allesamt wasserlösliche, lineare Makromoleküle, die jeweils aus vielen sich wiederholenden Einheiten mit geladenen Gruppen bestehen. Daher werden sie auch als Polyelektrolyte bezeichnet. Polyelektrolyte mit positiv geladenen Gruppen sind kationische Polyelektrolyte, solche mit negativ geladenen Gruppen anionische Polyelektrolyte. Polyelektrolyte ohne positive oder negative Ladungen werden als nichtionische Polyelektrolyte bezeichnet.
Derzeit sind anionische Polymerflockungsmittel am weitesten verbreitet und unterstützen lediglich die Koagulation negativ geladener kolloidaler Verunreinigungen im Wasser. Oftmals sind sie nicht allein anwendbar, sondern werden in Kombination mit Aluminium- und Eisensalzen eingesetzt. Kationische Flockungsmittel hingegen wirken gleichzeitig koagulierend und flockig und können allein verwendet werden, weshalb sie sich rasant weiterentwickelt haben.
Derzeit werden in meinem Land vermehrt nichtionische Polyacrylamid-Polymere eingesetzt, oft in Kombination mit Eisen- und Aluminiumsalzen. Die elektrostatische Neutralisationswirkung der Eisen- und Aluminiumsalze auf die Kolloidpartikel und die hervorragende Flockungswirkung der Polymerflockungsmittel werden genutzt, um zufriedenstellende Behandlungsergebnisse zu erzielen. Polyacrylamid zeichnet sich durch geringe Dosierung, schnelle Koagulation und die Bildung großer, fester Flocken aus. 80 % der in meinem Land produzierten synthetischen organischen Polymerflockungsmittel sind Polyacrylamid.
Polyacrylamid (PAM), ein Polyelektrolyt, wird häufig als kationisches Pulver, kationisches Polymer oder Flockungsmittel eingesetzt und dient auch als Koagulationsmittel. Als Ausgangsmaterial für die Polyacrylamid-Herstellung dient Polyacrylnitril (CH₂=CHCN). Unter bestimmten Bedingungen wird Acrylnitril zu Acrylamid hydrolysiert, welches anschließend einer Suspensionspolymerisation unterzogen wird. Polyacrylamid ist ein wasserlösliches Harz, dessen Produkte als körniges Feststoffgranulat oder als viskose wässrige Lösung bei bestimmten Konzentrationen vorliegen.
Polyacrylamid liegt in Wasser in der Regel als ungeordnetes Knäuel vor. Aufgrund der bestimmten Partikelgröße und der Amidgruppen an seiner Oberfläche besitzt dieses Knäuel eine entsprechende Brücken- und Adsorptionsfähigkeit, d. h. es weist eine bestimmte Flockungskapazität auf.
Da die lange Polyacrylamidkette jedoch spiralförmig aufgerollt ist, ist ihre Brückenwirkung gering. Nach der Verknüpfung zweier Amidgruppen heben sich die Wechselwirkungen gegenseitig auf, wodurch zwei Adsorptionsstellen verloren gehen. Zudem sind einige Amidgruppen in der Spiralstruktur eingeschlossen und können daher keine Verunreinigungen im Wasser adsorbieren, sodass die Adsorptionskapazität nicht voll ausgeschöpft werden kann.
Um die verknüpften Amidgruppen wieder zu trennen und die verborgenen Amidgruppen nach außen freizulegen, versucht man, die ungeordnete Struktur gezielt zu verlängern und sogar Gruppen mit Kationen oder Anionen an die lange Molekülkette anzufügen. Dadurch werden die Adsorptions- und Brückenbildungsfähigkeit sowie die Wirkung der elektrischen Neutralisation und Kompression der elektrischen Doppelschicht verbessert. Auf diese Weise werden auf Basis von PAM verschiedene Polyacrylamid-Flockungsmittel bzw. -Koagulationsmittel mit unterschiedlichen Eigenschaften entwickelt.
Bei der Koagulationsbehandlung von Abwasser reicht ein einzelnes Flockungsmittel manchmal nicht aus, um eine gute Koagulationswirkung zu erzielen. Daher ist es oft notwendig, Hilfsstoffe zur Verbesserung der Koagulation zuzusetzen. Diese Hilfsstoffe werden als Koagulationshilfsmittel bezeichnet. Häufig verwendete Koagulationsmittel sind Chlor, Kalk, aktivierte Kieselsäure, Knochenleim und Natriumalginat, Aktivkohle und verschiedene Tone.
Manche Koagulationsmittel selbst spielen keine Rolle bei der Koagulation, sondern unterstützen die Flockungsmittel bei deren Wirkung, indem sie die Koagulationsbedingungen anpassen und verbessern. Andere Koagulationsmittel tragen zur Flockenbildung bei, verbessern die Flockenstruktur und können die durch anorganische Flockungsmittel erzeugten feinen und lockeren Flocken in grobe und dichte Flocken umwandeln.
4. Spülung
Konditionierungsmittel, auch Entwässerungsmittel genannt, lassen sich in zwei Kategorien unterteilen: anorganische und organische Konditionierungsmittel. Anorganische Konditionierungsmittel eignen sich im Allgemeinen für die Vakuumfiltration und die Platten- und Rahmenfiltration von Klärschlamm, während organische Konditionierungsmittel für die Zentrifugal- und Bandfilterentwässerung von Klärschlamm geeignet sind.
5. die Beziehung zwischenFlockungsmittel, Koagulationsmittel und Konditionierungsmittel
Das Entwässerungsmittel ist das Mittel, das vor der Entwässerung des Klärschlamms zugegeben wird und somit als Konditionierungsmittel dient. Daher bezeichnen die Begriffe Entwässerungsmittel und Konditionierungsmittel dasselbe. Die Dosierung des Entwässerungsmittels bzw. Konditionierungsmittels wird üblicherweise als Prozentsatz des Trockensubstanzgewichts des Klärschlamms berechnet.
Flockungsmittel werden zur Entfernung von Schwebstoffen im Abwasser eingesetzt und sind wichtige Wirkstoffe in der Wasseraufbereitung. Die Dosierung des Flockungsmittels wird üblicherweise als die Menge angegeben, die pro Volumeneinheit des zu behandelnden Wassers zugegeben wird.
Die Dosierung von Entwässerungsmittel (Konditionierungsmittel), Flockungsmittel und Koagulationshilfsmittel wird als Gesamtmenge bezeichnet. Dasselbe Mittel kann als Flockungsmittel in der Abwasserbehandlung und als Konditionierungs- oder Entwässerungsmittel in der Überschussschlammbehandlung eingesetzt werden.
Koagulationsmittel werden als Koagulationsmittel bezeichnet, wenn sie in der Wasseraufbereitung als Flockungsmittel eingesetzt werden. Dieselben Koagulationsmittel werden bei der Behandlung von Überschussschlamm im Allgemeinen nicht als Koagulationsmittel bezeichnet, sondern zusammenfassend als Konditionierungsmittel oder Dehydratisierungsmittel bezeichnet.
Bei der Verwendung einesFlockungsmittelDa die Menge an Schwebstoffen im Wasser begrenzt ist, müssen Misch- und Reaktionsanlagen ausreichend Zeit für einen vollständigen Kontakt zwischen Flockungsmittel und Schwebstoffen bereitstellen. Beispielsweise dauert das Mischen einige Sekunden bis mehrere Minuten, die Reaktion selbst 15 bis 30 Minuten. Bei der Schlammentwässerung vergehen in der Regel nur wenige Sekunden vom Zeitpunkt der Zugabe des Konditionierungsmittels zum Schlamm beim Eintritt in die Entwässerungsanlage. Hierbei entspricht der Mischvorgang dem Flockungsmittel, eine Reaktionszeit ist nicht vorhanden. Erfahrungsgemäß nimmt die Konditionierungswirkung mit der Verweildauer ab.
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Auszug von Bjx.com
Veröffentlichungsdatum: 09.07.2022