Aluminiumchlorohydrat:

Ein Hilfsmittel zur Erfüllung strengerer Normen und zur Verbesserung der Betriebsabläufe

Da Wasseraufbereitungsanlagen sich bemühen, strengere Normen zu erfüllen, wenden sich viele an Aluminiumchlorhydrat (ACH), um die Qualität des fertigen Wassers zu verbessern, die Kosten zu kontrollieren und die Effizienz zu steigern. Dieses spezialisierte Koagulierungsmittel kann auch dazu beitragen, den Einsatz von chemischen Feststoffen und Alkali zu reduzieren und gleichzeitig den Anlagenbetrieb zu unterstützen.

Ein Hilfsmittel zur Einhaltung strengerer Normen und zur Verbesserung des Betriebs

Die Trübungsziele der EPA-Partnerschaft für sicheres Wasser sind ein gutes Beispiel für die grundlegenden Veränderungen in der Wasserwirtschaft in den 90er Jahren. Diese Ziele verlangen einen Trübungswert von weniger als 2 NTU für abgesetztes Wasser und von weniger als 0,1 NTU für jeden Filter zu jeder Zeit. In dem Bestreben, diese Werte zu erreichen, erhöhten die Anlagen zunächst die Alaun- oder Eisendosierung, aber diese Strategie schlug oft fehl und führte zu höheren Kosten, insbesondere für die Schlammentsorgung und den Alkalibedarf. Viele Anlagen stellten dann fest, dass sie die gewünschten Ergebnisse zu vertretbaren Kosten mit verbesserten anorganischen Koagulierungsmitteln wie ACH erzielen konnten.

Bridging the gap

ACH kombiniert viele der besten Eigenschaften von anorganischen und organischen Koagulantien. Im wahrsten Sinne des Wortes überbrückt es die Leistungslücke zwischen organischen Polymeren und traditionellen Koagulationsmitteln auf Metallbasis wie Alaun und Eisensalzen.

Bridging the gap

ACH bietet eine Reihe von Eigenschaften, die es von Polyaluminiumchlorid (PACl) und Alaun unterscheiden. Es ist das am stärksten konzentrierte lösliche Koagulierungsmittel auf Aluminiumbasis und hat die höchste Basizität. Die Basizität beschreibt die Menge an Hydroxid (oder OH-Gruppen), die mit den Aluminiumaggregaten verbunden ist. Sie wird durch die folgende Gleichung definiert: Basizität = /(3 x ). Produkte mit hoher Basizität haben eine höhere positive Ladung und sind effizienter bei der Koagulation negativ geladener Verunreinigungen.

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ACH enthält 23 % bis 24 % Al2O3 oder mehr als 12 % Aluminiummetall und hat eine Basizität von 82 % bis 85 %.

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Im Gegensatz dazu hat Alaun 8,3 Prozent Al2O3 auf flüssiger Basis und keine Basizität, während PACl normalerweise etwa 10 Prozent Al2O3 und eine Basizität von etwa 50 Prozent aufweist. Da ACH mehr Metall enthält, ist seine Dosierung oft halb so hoch wie bei PACl und etwa ein Drittel so hoch wie bei flüssigem Alaun.

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Diese geringere Dosierung von ACH ist auch auf seine Ladungseigenschaften zurückzuführen. Ein Teil des Aluminiummetalls in ACH ist kationischer (positiver geladen) als das in Alaun oder PACl. Durch die erhöhte Ladung kann ACH mit niedrigeren Metalldosierungen arbeiten, wodurch die Bildung von chemischen Feststoffen und Aluminiumrückständen im fertigen Wasser weiter gesenkt wird.

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ACH benötigt auch weniger Alkalität (OH-Ionen) im Rohwasser als PACl oder Alaun, da es eine hohe Basizität aufweist, d.h. einen hohen OH-Gehalt, da seine theoretische Formel Al2(OH)5Cl lautet. Daher kann ACH, wie organische Polymere, sowohl in Wässern mit hohem als auch mit niedrigem Salzgehalt verwendet werden.

Bridging the gap

Die folgenden Punkte veranschaulichen einige der Eigenschaften und Anwendungen von ACH.

Bridging the gap

• ACH bildet eine stärkere, dichtere Flocke, die sich schneller absetzt als die flauschigeren Flocken herkömmlicher, anorganischer Koagulantien. Dies ist besonders im Winter wichtig, wenn das Wasser kälter und zähflüssiger ist. Viele Kläranlagen stoßen in dieser Zeit auf Probleme mit Alaun, da die Hydrolysereaktionen sich verlangsamen und die weniger dichte Flocke auf die Filter übergeht. Eine Anlage, die Alaun verwendete, hatte bei kaltem Wasser schwere Probleme mit der Ausfällung nach dem Filter. Obwohl die Trübung unmittelbar nach den Filtern 0,22 NTU betrug, lag die Trübung am Auslass der Anlage, nachdem das Wasser durch den Clearwell gelaufen war, bei 0,46 NTU. Das Problem wurde mit ACH beseitigt, das die Trübung des gefilterten und des fertigen Wassers auf unter 0,1 NTU reduzierte.

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• ACH hilft bei der Behandlung von abgesetztem Wasser in konventionellen Anlagen als Filterhilfsmittel, eine Anwendung, die der in Direktfiltrationsanlagen ähnlich ist. Der Einsatz von ACH kann auch für Anlagen von Vorteil sein, die organische Polymer-Filterhilfsmittel verwenden. Probleme mit organischen Polymeren entstehen, weil sie nicht tief in das Filterbett eindringen und an der oberen Oberfläche haften bleiben können, was zu Filterverschmutzung, Schlammballenbildung und kürzeren Lauflängen führt.

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• Wenn die Entsorgung chemischer Feststoffe teurer ist, können Kläranlagen ACH zur Reduzierung der Feststoffe einsetzen. Eine Kläranlage, die 75 ppm flüssiges Eisen(III)-Sulfat verwendete, hatte 144 lb. chemischer Feststoffe/MG erzeugt. Nach der Umstellung auf ACH konnten die chemischen Feststoffe auf 73 lbs./MG reduziert werden. Darüber hinaus entwässerten die von ACH erzeugten Feststoffe effizienter, was die Handhabungs- und Entsorgungskosten weiter senkte.

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• ACH entfernt Partikel effizient, da seine kationische Ladungsdichte höher ist als die anderer anorganischer Koagulierungsmittel. Als verbessertes Koagulationsmittel entfernt es im Allgemeinen Kolloide und Partikel unter 10 m, ein Größenbereich, der Bakterien und Parasiten umfasst und den problematischsten Teil der Feinfraktion darstellt.

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• ACH hat von allen anorganischen Koagulationsmitteln die geringste Auswirkung auf die Alkalinität des behandelten Wassers, so dass es die pH-Absenkung und den entsprechenden Bedarf an Alkali verringert oder beseitigt. Durch die höhere Alkalinität ist das fertige Wasser auch deutlich weniger korrosiv. Eine Anlage mit einer Wasserquelle mit niedrigem Alkaligehalt stellte fest, dass ACH den Alkaligehalt des abgesetzten Wassers von 30 ppm auf 34 ppm erhöhte, während Alaun ihn auf 15 ppm senkte. Eine andere Anlage, die 50 ppm Eisen(III)-Sulfat zur Klärung verwendete, musste 46 ppm Soda hinzufügen, um das fertige Wasser zu stabilisieren und zu verhindern, dass es die Korrosion fördert. Nach der Umstellung auf ACH zur Klärung (mit einer Dosis von 11 ppm) wurde die Soda-Dosis auf 6 ppm gesenkt.

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• ACH eignet sich besonders gut für den Umgang mit schwankenden Wässern, in denen sich Trübung, Partikel, organische Stoffe und andere Parameter schnell ändern. Solche Wässer können eine Herausforderung für andere Koagulierungsmittel auf Metallbasis darstellen. Eine Anlage, die mit einem breiten Spektrum von Wasserbedingungen konfrontiert war, untersuchte Eisensulfat und ACH während zweier vergleichbarer großer Trübungsschwankungen im Rohwasser. Die Eisensulfat-Dosierung stieg von 80 ppm auf 130 ppm, während ACH von 37 ppm auf 45 ppm anstieg. ACH führte zu einer etwas geringeren Trübung des abgesetzten Wassers und zu einer etwa 60 % geringeren Trübung des gefilterten Wassers als Eisensulfat. Die Reaktionszeit von ACH war aufgrund der geringeren Dosis schneller. Der Bedarf an Lauge war mit ACH um fast 90 Prozent geringer als mit Eisensulfat, was den Betrieb verbesserte und die Kosten senkte. ACH reduzierte auch den chemischen Schlamm fast um die Hälfte, wenn die Trübung hoch war und der chemische Bedarf hoch war.

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• ACH bietet erhebliche Vorteile bei der Phosphorentfernung. Als die am stärksten konzentrierte Form von Aluminium wird für die Entfernung von Phosphor volumenmäßig viel weniger ACH benötigt. Theoretisch werden 0,87 Al-Metall benötigt, um 1 Teil Phosphor zu entfernen. Dies entspricht 20 ppm flüssigem Alaun oder 7,25 ppm ACH pro ppm Phosphor. Da Koagulierungsmittel Wässer behandeln, die sowohl Phosphor als auch Schwebstoffe enthalten, ist dasjenige, das beides am wirksamsten entfernt, für den Gesamtbetrieb am vorteilhaftesten.

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• ACH kann in vielen Anlagen zur Entfernung des gesamten organischen Kohlenstoffs (TOC) wirksam sein. Obwohl es den pH-Wert nicht wie andere metallbasierte Koagulationsmittel senkt, fügt es hohe Mengen eines hochgeladenen Metalls hinzu, das den TOC-Gehalt senken kann.

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• Als Koagulationsmittel mit Alaun oder Eisensalzen bietet ACH den Anlagen die Möglichkeit, ein vertrautes Koagulationsmittel zusammen mit einem Mittel zu verwenden, das viele Betriebsfaktoren verbessert. Wenn beispielsweise ein Trübungsproblem auftritt oder die Kosten für Lauge hoch sind, können die Betreiber die herkömmliche Koagulationsmitteldosierung durch Zugabe von ACH erheblich reduzieren. In einer Anlage wurde der Gehalt an flüssigem Alaun von 40 ppm auf 20 ppm gesenkt, indem weniger als 5 ppm ACH zugesetzt wurden, wodurch die Laugenzufuhr und die chemischen Feststoffe erheblich reduziert werden konnten.

Gebrauchsanweisungen

Alaun und ACH reagieren und bilden einen Niederschlag. Beim Wechsel zwischen diesen Koagulierungsmitteln ist es wichtig, Tanks, Leitungen und Pumpen zu reinigen. Wird ACH als Koagulationsmittel zusammen mit Alaun verwendet, sollte ACH über eine andere Leitung zugeführt werden, damit sich die beiden Stoffe vor der Zugabe nicht vermischen. Die Anlagen sollten auch sicherstellen, dass die mit Alaun verwendeten Pumpen die geringeren Volumina von ACH bewältigen können.

Verwendungsrichtlinien

Trinkwasseranlagen sollten nach ACH-Herstellern Ausschau halten, die die Reinheit mit guten Qualitätskontrollverfahren sicherstellen. Die Reinheit wird oft von den verwendeten Rohstoffen beeinflusst. So kann ACH, das aus industriellen Nebenprodukten hergestellt wird, Schwermetalle oder flüchtige organische Verbindungen enthalten, die im fertigen Wasser oder in den chemischen Feststoffen auftreten können. Fast ebenso wichtig wie die Produktqualität ist das Fachwissen, das die Lieferanten zur Verfügung stellen können, um die Wasserwerke bei der Umstellung ihres Gerinnungsmittels zu unterstützen.

Schlussfolgerung

ACH bietet einen hocheffizienten Ansatz für die Gerinnung, der eine starke Kosten- und Betriebseffizienz bietet und gleichzeitig eine hohe Wasserqualität erzeugt. Es bietet viele Vorteile, einschließlich einer geringeren pH-Senkung, Schlammbildung und Alkalinitätsentfernung als andere metallbasierte Koagulierungsmittel.

Schlussfolgerung

Als das vielseitigste Koagulationsmittel auf Aluminiumbasis funktioniert es genauso gut im Wasser der Großen Seen wie im Wasser des Mississippi, in Gewässern mit niedrigem oder hohem Alkaligehalt, in kalten und warmen Gewässern sowie in Gewässern mit hohem Partikelanteil oder mit starken Schwankungen. Es kann auch als primäres Koagulationsmittel, Koagulationsmittel oder Filterhilfsmittel verwendet werden.

Abschluss

Über den Autor: Dr. Karen Ruehl ist Managerin für verbesserte Koagulationsmittel bei General Chemical. Sie beaufsichtigt alle Verkaufs- und Marketingaktivitäten für die Polyaluminiumhydroxychlorid-, Alaun/Polymer- und Säure/Alaun-Produkte des Unternehmens und beaufsichtigt das Personal der Marktentwicklungsingenieure.