Alumiinikloorihydraatti:

Työkalu, joka auttaa täyttämään tiukemmat standardit ja parantamaan toimintaa

Kun vedenkäsittelylaitokset pyrkivät täyttämään tiukemmat standardit, monet kääntyvät alumiinikloorihydraatin (ACH) puoleen parantaakseen valmiin veden laatua, kontrolloidakseen kustannuksia ja lisätäkseen tehokkuutta. Tämä erikoistunut koagulantti voi myös auttaa vähentämään kemiallisten kiintoaineiden ja emästen käyttöä ja samalla auttaa laitoksen toimintaa.

Työkalu, joka auttaa täyttämään tiukemmat standardit ja parantamaan toimintaa

EPA:n Partnership for Safe Water -ohjelman mukaiset sameustavoitteet ovat hyvä esimerkki vesialan perusmuutoksista 90-luvulla. Näissä tavoitteissa edellytetään alle 2 NTU:n sameutta laskeutuneelle vedelle ja alle 0,1 NTU:n sameutta jokaiselta suodattimelta kaikkina aikoina. Laitokset lisäsivät alun perin alunan tai raudan annostusta pyrkiessään saavuttamaan nämä tasot, mutta tämä strategia jäi usein vajaaksi ja johti korkeampiin kustannuksiin, erityisesti lietteen hävittämisen ja alkalin tarpeen osalta. Monet laitokset huomasivat sitten, että ne pystyivät saavuttamaan tarvitsemansa tulokset kohtuullisin kustannuksin käyttämällä tehostettuja epäorgaanisia koagulantteja, kuten ACH:ta.

Bridging the gap

ACH yhdistää monia epäorgaanisten ja orgaanisten koagulanttien parhaita ominaisuuksia. Hyvin todellisessa mielessä se kuroo umpeen orgaanisten polymeerien ja perinteisten metallipohjaisten koagulanttien, kuten alunan ja rautasuolojen, välisen tehokuilun.

Kuilun umpeen kurominen

ACH tarjoaa useita ominaisuuksia, jotka erottavat sen polyalumiinikloridista (PACl) ja alunasta. Se on väkevin saatavilla oleva liukoinen alumiinipohjainen koagulantti ja sillä on korkein emäksisyys. Emäksisyys kuvaa alumiiniaggregaatteihin liittyvien hydroksidien (tai OH-ryhmien) määrää. Se määritellään yhtälöllä: Perusaste = /(3 x ). Korkean emäksisyyden tuotteilla on suurempi positiivinen varaus ja ne koaguloivat tehokkaammin negatiivisesti varautuneita epäpuhtauksia.

Bridging the gap

ACH sisältää 23-24 prosenttia Al2O3:a eli yli 12 prosenttia alumiinimetallia, ja sen emäksisyys on 82-85 prosenttia.

Bridging the gap

Alumiinissa sen sijaan on 8,3 prosenttia Al2O3:a nestemäisessä muodossa eikä siinä ole emäksisyyttä, kun taas PACl:ssa on yleensä noin 10 prosenttia Al2O3:a ja emäksisyys on noin 50 prosenttia. Koska ACH sisältää enemmän metallia, sen annostus on usein puolet pienempi kuin PACl:n ja noin kolmannes nestemäisen alunan annostuksesta.

Bridging the gap

Tämä ACH:n annostelun väheneminen johtuu myös sen varausominaisuuksista. Osa ACH:n sisältämästä alumiinimetallista on kationisempaa (positiivisemmin varautunutta) kuin alumiini tai PACl. Lisääntyneen varauksen ansiosta ACH toimii pienemmillä metalliannoksilla, mikä vähentää kemiallisen kiintoaineen muodostumista ja alumiinijäämien määrää valmiissa vedessä.

Bridging the gap

ACH tarvitsee myös vähemmän alkaliniteettia (OH-ioneja) raakavedessä kuin PACl tai alumiini, koska sillä on korkea emäksisyys, eli sillä on korkea OH-pitoisuus, koska sen teoreettinen kaava on Al2(OH)5Cl. Näin ollen ACH:ta, kuten orgaanisia polymeerejä, voidaan käyttää sekä korkean että matalan alkaliniteetin vesissä.

Bridging the gap

Seuraavat kohdat havainnollistavat joitakin ACH:n ominaisuuksia ja käyttötarkoituksia.

Bridging the gap

• ACH muodostaa vahvemman, tiheämmän flokin, joka laskeutuu nopeammin kuin perinteisten, epäorgaanisten koagulanttien pörröisemmät flokit. Tämä on erityisen tärkeää talvella, kun vesi on kylmempää ja viskoosimpaa. Monilla laitoksilla on tällöin ongelmia alunan kanssa, koska hydrolyysireaktiot hidastuvat ja vähemmän tiheä flokki kulkeutuu suodattimiin. Eräällä alunaa käyttävällä laitoksella oli vakavia suodattimen jälkeisiä saostusongelmia kylmässä vedessä. Vaikka sameus oli 0,22 NTU heti suodattimien jälkeen, sameus oli 0,46 NTU laitoksen ulostulossa sen jälkeen, kun vesi oli kulkenut selkeytyskaivon läpi. Ongelma poistui ACH:n avulla, joka laski suodatetun ja valmiin veden sameuden alle 0,1 NTU:n.

Bridging the gap

• ACH auttaa käsittelemään laskeutunutta vettä tavanomaisissa laitoksissa suodatuksen apuna, mikä on samanlainen sovellus kuin suorasuodatuslaitoksissa. ACH:n käytöstä voi olla hyötyä myös orgaanisia polymeerisuodatusaineita käyttäville laitoksille. Orgaanisten polymeerien ongelmat johtuvat siitä, että ne eivät tunkeudu syvälle suodatinpohjaan ja voivat tarttua suodattimen yläpintaan, mikä johtaa suodattimen likaantumiseen, mutapallojen muodostumiseen ja lyhyempiin juoksutuspituuksiin.

Bridging the gap

• Mikäli kemiallinen kiintoaineksen hävittäminen on kalliimpaa, puhdistamot voivat käyttää ACH:ta kiintoaineen vähentämiseen. Eräs laitos, joka käytti 75 ppm nestemäistä ferrisulfaattia, oli tuottanut 144 lb. kemiallista kiintoainetta/MG. Siirryttyään ACH:n käyttöön se vähensi kemiallisen kiintoaineen määrän 73 lbs/MG:hen. Lisäksi ACH:lla tuotettu kiintoaine vesittyi tehokkaammin, mikä vähensi edelleen käsittely- ja loppusijoituskustannuksia.

Bridging the gap

• ACH poistaa hiukkasia tehokkaasti, koska sen kationinen varaustiheys on suurempi kuin muiden epäorgaanisten koagulanttien. Tehostettuna koagulanttina se poistaa yleensä kolloidit ja alle 10 metrin pituiset hiukkaset, mikä on bakteerit ja loiset käsittävä kokoluokka, joka on hienojakoisen jakeen hankalin osa.

Bridging the gap

• ACH:lla on vähiten vaikutusta käsitellyn veden alkaliniteettipitoisuuksiin kaikista epäorgaanisista koagulantteista, joten se vähentää pH:n alenemista ja sitä vastaavaa alkalin tarvetta, tai jopa poistaa sen. Korkeampi alkaliniteetti tekee valmiista vedestä myös huomattavasti vähemmän syövyttävää. Eräässä laitoksessa, jonka vesilähde oli alhaisen alkaliniteetin omaava, havaittiin, että ACH nosti laskeutuneen veden alkaliniteetin 30 ppm:stä 34 ppm:ään, kun taas alumiini laski sen 15 ppm:ään. Eräässä toisessa laitoksessa, jossa käytettiin 50 ppm:n rautasulfaattipitoisuutta selkeytykseen, oli lisättävä 46 ppm:n edestä soodaa valmiin veden stabiloimiseksi, jotta se ei todennäköisesti edistäisi korroosiota. Siirryttyään käyttämään ACH:ta selkeytykseen (11 ppm:n annoksella) se pudotti soodan annoksen 6 ppm:ään.

Bridging the gap

• ACH on erityisen taitava käsittelemään vaihtelevia vesiä, joissa sameus, hiukkaset, orgaaniset aineet ja muut parametrit muuttuvat nopeasti. Tällaiset vedet voivat haastaa muut metallipohjaiset koagulantit. Eräässä laitoksessa, jonka vesiolosuhteet vaihtelevat suuresti, arvioitiin ferrisulfaattia ja ACH:ta kahden vertailukelpoisen suuren raakaveden sameuden vaihtelun aikana. Ferrisulfaatin annostus nousi 80 ppm:stä 130 ppm:ään, kun taas ACH nousi 37 ppm:stä 45 ppm:ään. ACH antoi jonkin verran alhaisemman laskeutuneen veden sameuden ja noin 60 prosenttia alhaisemman suodatetun veden sameuden kuin ferrisulfaatti. ACH:n vasteaika oli nopeampi, koska sen annos oli pienempi. Kaustisen aineen tarve oli lähes 90 prosenttia pienempi ACH:lla kuin ferrisulfaatilla, mikä parantaa toimintaa ja vähentää kustannuksia. ACH vähensi myös kemiallisen lietteen määrää lähes puoleen korkean sameuden jakson aikana, jolloin kemikaalitarve oli suuri.

Bridging the gap

• ACH tarjoaa huomattavia etuja fosforinpoistossa. Koska ACH on alumiinin konsentroitunein muoto, fosforin poistamiseen tarvitaan tilavuusperusteisesti paljon vähemmän ACH:ta. Teoriassa tarvitaan 0,87 Al-metallia yhden fosforiosan poistamiseen. Tämä tarkoittaa 20 ppm nestemäistä alumiinioksidia tai 7,25 ppm ACH:ta per ppm fosforia. Koska koagulantit käsittelevät vesiä, joissa on sekä fosforia että suspendoitunutta kiintoainetta, se, joka poistaa molemmat tehokkaimmin, hyödyttää kokonaistoimintaa eniten.

Bridging the gap

• ACH voi olla tehokas orgaanisen hiilen kokonaismäärän (TOC) poistossa monilla laitoksilla. Vaikka se ei alenna pH:ta kuten muut metallipohjaiset koagulantit, se lisää suuria määriä voimakkaasti varautunutta metallia, joka voi alentaa TOC-pitoisuuksia.

Bridging the gap

• Koagulanttina alunan tai rautasuolojen kanssa ACH antaa laitoksille mahdollisuuden käyttää tuttua koagulanttia sekä monien toimintatekijöiden parantamiseen suunniteltua ainetta. Jos esimerkiksi ilmenee sameusongelmia tai jos syövyttämiskustannukset ovat korkeat, operaattorit voivat vähentää perinteisen koagulantin annostusta merkittävästi lisäämällä ACH:ta. Eräässä laitoksessa nestemäinen alumiini laskettiin 40 ppm:stä 20 ppm:iin lisäämällä alle 5 ppm ACH:ta, mikä vähensi merkittävästi kaustin syöttönopeutta ja kemiallista kiintoainepitoisuutta.

Käyttöohjeet

Alumiini ja ACH reagoivat muodostaen saostuman. Kun näiden koagulanttien välillä vaihdetaan, on tärkeää puhdistaa säiliöt, linjat ja pumput. Jos ACH:ta käytetään rinnakkaiskoagulanttina alunan kanssa, ACH on syötettävä eri linjan kautta, jotta nämä kaksi eivät sekoitu ennen lisäystä. Laitosten on myös varmistettava, että alunan kanssa käytettävät pumput pystyvät käsittelemään ACH:n kanssa käytettäviä pienempiä tilavuuksia.

Käyttöohjeet

Juomavesilaitosten on etsittävä ACH:n valmistajia, jotka varmistavat puhtauden hyvillä laadunvalvontamenettelyillä. Puhtauteen vaikuttavat usein käytetyt raaka-aineet. Esimerkiksi teollisuuden sivutuotteista valmistettu ACH voi sisältää raskasmetalleja tai haihtuvia orgaanisia yhdisteitä, joita voi esiintyä valmiissa vedessä tai kemiallisessa kiintoaineessa. Lähes yhtä tärkeää kuin tuotteen laatu on asiantuntemus, jota toimittajat voivat tarjota vesilaitosten opastamiseen niiden muuttaessa koagulanttiohjelmaansa.

Johtopäätökset

ACH tarjoaa erittäin tehokkaan lähestymistavan koagulointiin, joka tarjoaa vahvaa kustannus- ja käyttötehokkuutta samalla kun se tuottaa korkeaa veden laatua. Se tarjoaa monia etuja, kuten vähemmän pH:n alenemista, lietteen muodostumista ja alkaliteetin poistoa kuin muut metallipohjaiset koagulantit.

Johtopäätökset

Alumiinipohjaisista koagulanteista monipuolisimpana se toimii yhtä hyvin Suurten järvien vedessä kuin Mississippi-joen vedessä, alhaisen tai korkean alkaliniteetin vesissä, kylmissä ja lämpimissä vesissä sekä vesissä, joissa on paljon hiukkasia tai jotka ovat hyvin vaihtelevia. Sitä voidaan käyttää myös ensisijaisena koagulanttina, rinnakkaiskoagulanttina tai suodattimen apuaineena.

Johtopäätökset

About the Author: Dr. Karen Ruehl on General Chemicalin tehostettujen koagulanttien johtaja. Hän valvoo kaikkia yhtiön polyalumiinihydroksikloridi-, alum/polymeeri- ja happo/alum-tuotteiden myynti- ja markkinointitoimintoja ja valvoo yhtiön markkinakehitysinsinöörien henkilöstöä.