Cloroidrato di alluminio:

Uno strumento per aiutare a soddisfare standard più severi e migliorare le operazioni

Come gli impianti di trattamento delle acque si sforzano di soddisfare standard più severi, molti si rivolgono al cloroidrato di alluminio (ACH) per migliorare la qualità dell’acqua finita, controllare i costi e migliorare l’efficienza. Questo coagulante specializzato può anche aiutare a ridurre i solidi chimici e l’uso di alcali, aiutando le operazioni dell’impianto.

Uno strumento per aiutare a soddisfare standard più severi e migliorare le operazioni

Gli obiettivi di torbidità nell’ambito della partnership EPA per l’acqua sicura sono un buon esempio dei cambiamenti fondamentali nella comunità dell’acqua durante gli anni 90. Questi obiettivi richiedono meno di 2 NTU di torbidità per l’acqua sedimentata e meno di 0,1 NTU da ogni filtro in ogni momento. Gli impianti inizialmente aumentavano il dosaggio di allume o ferrico nel tentativo di raggiungere questi livelli, ma questa strategia spesso non era all’altezza e portava a costi più alti, specialmente per lo smaltimento dei fanghi e la domanda di alcali. Molti impianti hanno poi scoperto che potevano ottenere i risultati di cui avevano bisogno a costi ragionevoli con coagulanti inorganici potenziati come l’ACH.

Colmare il divario

ACH combina molte delle migliori caratteristiche dei coagulanti inorganici e organici. In un senso molto reale, colma il divario di prestazioni tra i polimeri organici e i tradizionali coagulanti a base di metallo come l’allume e i sali di ferro.

Colmare il divario

ACH offre una serie di caratteristiche che lo distinguono dal cloruro di polialluminio (PACl) e dall’allume. È il coagulante a base di alluminio solubile più concentrato disponibile e ha la più alta basicità. La basicità descrive la quantità di idrossido (o gruppi OH-) associati agli aggregati di alluminio. È definita dall’equazione: basicità = /(3 x ). I prodotti ad alta basicità hanno una maggiore carica positiva e sono più efficienti nel coagulare i contaminanti con carica negativa.

Colmare il divario

ACH contiene dal 23% al 24% di Al2O3, o più del 12% di alluminio metallico, e ha una basicità dall’82% all’85%.

Colmare il divario

Al contrario, l’allume ha l’8,3% di Al2O3 su base liquida e nessuna basicità, mentre il PACl ha solitamente circa il 10% di Al2O3 e una basicità di circa il 50%. Poiché l’ACH contiene più metallo, il suo dosaggio è spesso la metà di quello necessario per il PACl e circa un terzo di quello dell’allume liquido.

Colmare il divario

Questa diminuzione del dosaggio con l’ACH è anche dovuta alle sue caratteristiche di carica. Parte dell’alluminio metallico nell’ACH è più cationico (più carico positivamente) di quello nell’allume o nel PACl. L’aumento della carica permette all’ACH di lavorare a dosaggi di metallo più bassi, abbassando ulteriormente la generazione di solidi chimici e i livelli di residui di alluminio nell’acqua finita.

Colmare il divario

ACH ha anche bisogno di meno alcalinità (ioni OH-) nell’acqua grezza rispetto al PACl o all’allume, a causa della sua elevata basicità, cioè ha un alto contenuto di OH poiché la sua formula teorica è Al2(OH)5Cl. Di conseguenza, l’ACH, come i polimeri organici, può essere usato sia in acque ad alta che a bassa alcalinità.

Colmare il divario

I seguenti punti illustrano alcune delle proprietà e degli usi dell’ACH.

Colmare il divario

• L’ACH forma un fiocco più forte e denso che si deposita più velocemente dei fiocchi più soffici dei tradizionali coagulanti inorganici. Questo è particolarmente importante in inverno, quando l’acqua è più fredda e più viscosa. Molti impianti incontrano problemi con l’allume in questi periodi, perché le reazioni di idrolisi rallentano e il fiocco meno denso arriva ai filtri. Un impianto che usa l’allume ha avuto gravi problemi di precipitazione post-filtro in acqua fredda. Anche se la torbidità era di 0,22 NTU subito dopo i filtri, la torbidità all’uscita dell’impianto, dopo che l’acqua era passata attraverso il pozzo trasparente, era di 0,46 NTU. Il problema è stato eliminato con l’ACH, che ha ridotto la torbidità dell’acqua filtrata e finita al di sotto di 0,1 NTU.

Bridging the gap

• ACH aiuta a trattare le acque sedimentate negli impianti convenzionali come aiuto al filtraggio, un’applicazione simile a quella degli impianti di filtrazione diretta. L’uso di ACH può anche avvantaggiare gli impianti che utilizzano coadiuvanti di filtrazione a base di polimeri organici. I problemi con i polimeri organici sorgono perché non penetrano in profondità nel letto del filtro e possono attaccarsi alla superficie superiore, portando al fouling del filtro, alla formazione di palline di fango e a lunghezze di corsa più brevi.

Colmare il divario

• Dove lo smaltimento chimico dei solidi è più costoso, gli impianti di trattamento possono usare ACH per ridurre i solidi. Un impianto che utilizzava 75 ppm di solfato ferrico liquido ha generato 144 lb. di solidi chimici/MG. Dopo essere passato all’ACH, ha ridotto i solidi chimici a 73 lbs./MG. Inoltre, i solidi generati dall’ACH si sono disidratati in modo più efficiente, diminuendo ulteriormente i costi di gestione e smaltimento.

Colmare il divario

• ACH rimuove le particelle in modo efficiente perché la sua densità di carica cationica è superiore a quella di altri coagulanti inorganici. Come coagulante potenziato, generalmente rimuove colloidi e particelle inferiori a 10m, una gamma di dimensioni che comprende batteri e parassiti, ed è la parte più problematica della frazione fine.

Bridging the gap

• ACH ha il minor effetto sui livelli di alcalinità dell’acqua trattata di qualsiasi coagulante inorganico, quindi diminuisce o elimina la depressione del pH e la corrispondente necessità di alcali. La maggiore alcalinità rende anche l’acqua finita significativamente meno corrosiva. Un impianto con una fonte di acqua a bassa alcalinità ha scoperto che l’ACH ha aumentato l’alcalinità dell’acqua sedimentata da 30 ppm a 34 ppm, mentre l’allume l’ha abbassata a 15 ppm. Un altro impianto che utilizzava 50 ppm di solfato ferrico per la chiarificazione, ha dovuto aggiungere 46 ppm di soda per stabilizzare l’acqua finita e renderla improbabile per promuovere la corrosione. Dopo essere passata all’ACH per la chiarificazione (a una dose di 11 ppm), ha ridotto la dose di soda a 6 ppm.

Colmare il divario

• ACH è particolarmente adatta a gestire acque variabili in cui torbidità, particelle, sostanze organiche e altri parametri cambiano rapidamente. Tali acque possono sfidare altri coagulanti a base di metallo. Un impianto che affronta una vasta gamma di condizioni dell’acqua ha valutato il solfato ferrico e l’ACH durante due grandi escursioni di torbidità dell’acqua grezza. Il dosaggio del solfato ferrico è aumentato da 80 ppm a 130 ppm, mentre l’ACH è passato da 37 ppm a 45 ppm. L’ACH ha dato una torbidità dell’acqua sedimentata leggermente inferiore e una torbidità dell’acqua filtrata inferiore di circa il 60% rispetto al solfato ferrico. L’ACH ha avuto un tempo di risposta più veloce, a causa della sua dose più piccola. La domanda di caustici era quasi il 90% in meno con l’ACH rispetto al solfato ferrico, migliorando le operazioni e riducendo i costi. L’ACH ha anche tagliato il fango chimico quasi a metà durante l’episodio di alta torbidità, quando la domanda chimica era alta.

Colmare il divario

• L’ACH offre vantaggi sostanziali per la rimozione del fosforo. Essendo la forma più concentrata di alluminio, ci vuole molto meno ACH su una base di volume per rimuovere il fosforo. Teoricamente, 0,87 Al metallico è necessario per rimuovere 1 parte di fosforo. Questo si traduce in 20 ppm di allume liquido o 7.25 ppm di ACH per ppm di fosforo. Dal momento che i coagulanti trattano acque che hanno sia fosforo che solidi sospesi, quello che rimuove entrambi più efficacemente beneficerà maggiormente l’operazione complessiva.

Colmare il divario

• ACH può essere efficace per la rimozione del carbonio organico totale (TOC) in molti impianti. Anche se non abbassa il pH come altri coagulanti a base di metallo, aggiunge alte quantità di un metallo altamente caricato che può abbassare i livelli di TOC.

Colmare il divario

• Come coagulante con allume o sali di ferro, ACH dà agli impianti la possibilità di usare un coagulante familiare insieme a uno progettato per migliorare molti fattori operativi. Per esempio, se si presenta un problema di torbidità o i costi della caustica sono alti, gli operatori possono ridurre significativamente il dosaggio del coagulante tradizionale aggiungendo ACH. Un impianto ha abbassato l’allume liquido da 40 ppm a 20 ppm aggiungendo meno di 5 ppm di ACH, che ha diminuito significativamente il tasso di alimentazione della caustica e i solidi chimici.

Linee guida per l’uso

L’allume e l’ACH reagiscono per formare un precipitato. Quando si passa da un coagulante all’altro, è fondamentale pulire i serbatoi, le linee e le pompe. Se l’ACH viene usato come coagulante con l’allume, l’ACH dovrebbe essere alimentato attraverso una linea diversa in modo che i due non si mescolino prima dell’aggiunta. Gli impianti dovrebbero anche assicurarsi che le pompe usate con l’allume possano gestire i volumi più bassi con l’ACH.

Linee guida per l’uso

Gli impianti di acqua potabile dovrebbero cercare produttori di ACH che garantiscano la purezza con buone procedure di controllo della qualità. La purezza è spesso influenzata dalle materie prime utilizzate. Per esempio, l’ACH prodotto da sottoprodotti industriali può contenere metalli pesanti o composti organici volatili che possono apparire nell’acqua finita o nei solidi chimici. Quasi altrettanto importante quanto la qualità del prodotto è l’esperienza che i fornitori possono mettere a disposizione per aiutare gli impianti idrici a cambiare il loro programma di coagulazione.

Conclusione

L’ACH offre un approccio altamente efficiente alla coagulazione che fornisce una forte efficienza operativa e di costo mentre produce un’alta qualità dell’acqua. Fornisce molti benefici, tra cui una minore riduzione del pH, generazione di fango e rimozione dell’alcalinità rispetto ad altri coagulanti a base di metallo.

Conclusione

Come il più versatile dei coagulanti a base di alluminio, funziona altrettanto bene nelle acque dei Grandi Laghi come in quelle del fiume Mississippi, nelle acque a bassa o alta alcalinità, nelle acque fredde e in quelle calde e in quelle che hanno un alto contenuto di particolato o che sono altamente variabili. Può anche essere usato come coagulante primario, cocoagulante o coadiuvante di filtraggio.

Conclusione

Per l’autore: La dottoressa Karen Ruehl è manager dei coagulanti potenziati alla General Chemical. Supervisiona tutte le attività di vendita e marketing per i prodotti a base di idrossicloruro di polialluminio, allume/polimero e acido/allume della società, e supervisiona il suo staff di ingegneri per lo sviluppo del mercato.