Pagrindinis mechanizmas, kuriuo polialiuminio chloridas (PAC) veikia krešėdamas, yra krūvio neutralizavimas. Nors konceptualiai nesudėtinga, praktikoje ji dažnai nesuprantama, todėl atsiranda dozavimo klaidų, kurios mažina gydymo efektyvumą ir padidina veiklos sąnaudas.
Šiame straipsnyje pateikiamas praktinis PAC krūvio neutralizavimo mechanizmo paaiškinimas, įskaitant jo principus, pranašumus prieš kitus mechanizmus ir dozavimo bei maišymo strategijų pasekmes.
Kodėl dalelės lieka suspenduotos: paviršiaus krūvio vaidmuo
Dauguma vandenyje suspenduotų dalelių,{0}}pvz., molis, silicio dioksidas, organiniai koloidai ir bakterijos,{1}}turi grynąjį neigiamą paviršiaus krūvį. Šis krūvis atsiranda dėl anijonų adsorbcijos, paviršiaus funkcinių grupių jonizacijos arba mineralų gardelės defektų.
Kiekviena dalelė yra apsupta elektriniu dvigubu sluoksniu, kuris iš dalies apsaugo neigiamą krūvį. Tačiau kai dalelės artėja viena prie kitos, elektrostatinis atstūmimas užkerta kelią agregacijai. Šis atstūmimas kiekybiškai įvertinamas zeta potencialu, paprastai nuo –20 mV iki –40 mV natūraliame drumstame vandenyje. Koaguliacija turi įveikti šį stabilumą.
Kaip PAC pasiekia įkrovos neutralizavimą
PAC yra iš anksto{0}}polimerizuotas aliuminio koaguliantas, kurio bendra formulė [Al₂(OH)nCl6₋ₙ]ₘ. Ištirpęs jis išskiria daugybę teigiamo krūvio aliuminio rūšių:
Monomeras: Al³⁺, Al(OH)²⁺, Al(OH)₂⁺
Polimeras: Al2(OH)₂⁴⁺, Al3(OH)4⁵⁺
Dideli polimerai: Al3O4(OH)24⁷⁺ (Al13 polikatijonas)
Šios katijoninės rūšys greitai adsorbuojasi ant neigiamai įkrautų dalelių paviršių, neutralizuodami krūvį ir sumažindamos zeta potencialą nuo –20 iki –40 mV iki beveik nulio. Šiuo metu elektrostatinis atstūmimas mažėja, dalelės susiduria ir prilimpa, sudarydamos flokulius, kurie nusėda.
Kodėl PAC yra efektyvesnis nei alum
Skirtingai nuo alūno (aliuminio sulfato), kuris išskiria Al³⁺, kuris turi hidrolizuotis in situ-procesas, jautrus pH ir temperatūrai-PAC jau yra iš anksto-suformuotų aktyvių rūšių (ypač Al1₃ polikatijonų). Dėl to PAC siūlo:
Greitesnė reakcija po dozavimo
Efektyvumas esant žemesnei temperatūrai
Norint užtikrinti lygiavertį veikimą, reikia mažesnės dozės
Platesnis efektyvus pH diapazonas (5,0–9,0, palyginti su . 6.5–7,5 alūnui)
Norėdami atlikti išsamų našumo palyginimą:PAC ir alum-Kuris koaguliantas geresnis?
Įkrovos neutralizavimas prieš flokuliaciją
| Aspektas | Krovinio neutralizavimas | Šlavimo flokuliacija |
|---|---|---|
| PAC dozė | Žemesnis | Aukštesnis |
| Mechanizmas | Mokesčio sumažinimas | Fizinis įstrigimas Al(OH)3 flokuose |
| Efektyvus dalelių dydis | >0.1 µm | Visi dydžiai |
| Jautrumas perdozavimui | Didelis (įkrovimo atstatymas) | Žemesnis |
| Floko charakteristikos | Tankus, kompaktiškas | Tūrinis, lengvas |
| Nusistovėjimo greitis | Greitai | Vidutinis |
| Geriausiai tinka | Didelio drumstumo vanduo | Mažas drumstumas arba itin smulkios dalelės |
Praktikoje abu mechanizmai veikia vienu metu. Optimali PAC dozė, nustatyta tiriant stiklainį, užtikrina geriausią abiejų derinį.
Kas atsitinka perdozavus PAC
Krovinio neutralizavimas priklauso nuo dozės{0}}. Esant optimaliai dozei, dalelių krūviai neutralizuojami. Tačiau perdozavus PAC:
Dalelių paviršiai prisotinami aliuminio rūšimis
Grynasis paviršiaus krūvis keičiasi iš neigiamo į teigiamą
Teigiamai įkrautos dalelės atstumia viena kitą
Drumstumas didėja, o ne mažėja
Šis reiškinys, žinomas kaip restabilizacija, yra dažna prasto krešėjimo našumo priežastis. Jame pabrėžiama, kaip svarbu atlikti stiklainio testus, siekiant nustatyti dozės{1}}atsako kreivę.
Praktinės PAC dozavimo pasekmės
Greitas maišymas yra labai svarbus: Krovinio neutralizavimas įvyksta per milisekundes. Blykstės maišymo zonos G-vertė turi būti 200–400 s⁻¹ 30–60 sekundžių, kad būtų užtikrinta vienoda sklaida.
pH turi įtakos aliuminio specifikacijai: Esant pH 6–8, dominuoja didelės polimerinės rūšys ir Al13 polikatijonai, idealiai tinkantys krūviui neutralizuoti. Žemiau pH 6, dominuoja Al³⁺; virš 9 pH, susidaro neigiamo krūvio Al(OH)₄⁻, mažinantis krešėjimo efektyvumą.
Zeta potencialo dozavimo vadovas: Tikslinis zeta potencialas po PAC dozavimo yra nuo 0 iki –5 mV. Teigiamos vertės rodo perdozavimą; mažesnės nei –10 mV vertės rodo per mažą dozę.
Dažnai užduodami klausimai
K: Koks yra idealus zeta potencialas po PAC dozavimo?
A: nuo 0 iki –5 mV. Teigiamos reikšmės rodo restabilizaciją; žemiau –10 mV rodo, kad dozavimas yra nepakankamas.
K: Ar įkrovos neutralizavimas vienodai veikia visų tipų daleles?
A: Ne. Molis reaguoja nuspėjamai, o organiniams koloidams ir biologinėms dalelėms gali prireikti didesnių dozių.
Kl.: Ar srautinio srovės detektorių galima naudoti automatiniam PAC valdymui?
A: Taip. Srautinės srovės detektorius (SCD) matuoja elektrokinetinį krūvį ir gali automatizuoti PAC dozavimą, kad išlaikytų optimalų krūvio neutralizavimą.
Išvada
Krūvio neutralizavimas yra pagrindinis mechanizmas, kuriuo PAC destabilizuoja koloidines daleles, kad būtų veiksmingai pašalintas drumstumas ir TSS. Norint pasiekti nuoseklų gydymo efektyvumą, svarbu suprasti šį mechanizmą,{1}}kaip jis veikia, kuo jis skiriasi nuo flokuliacijos ir perdozavimo pasekmes. Dėl iš anksto-polimerizuotos PAC struktūros jis yra vienas veiksmingiausių neorganinių koaguliantų, neutralizuojančių krūvį įvairiose vandens chemijos srityse. Jo taikymo optimizavimas prasideda nuo to, kad reikia suprasti chemiją.
