Aluminiumklorhydrat:

Ett verktyg för att uppfylla strängare standarder och förbättra verksamheten

När vattenreningsverken strävar efter att uppfylla strängare standarder vänder sig många till aluminiumklorhydrat (ACH) för att förbättra kvaliteten på det färdiga vattnet, kontrollera kostnaderna och öka effektiviteten. Detta specialiserade koaguleringsmedel kan också bidra till att minska användningen av kemiska fasta ämnen och alkali samtidigt som det underlättar anläggningsverksamheten.

Ett verktyg för att hjälpa till att uppfylla strängare standarder och förbättra verksamheten

Turbiditetsmålen inom ramen för EPA:s partnerskap för säkert vatten är ett bra exempel på grundläggande förändringar inom vattenbranschen under 90-talet. Dessa mål kräver mindre än 2 NTU turbiditet för sedimenterat vatten och mindre än 0,1 NTU från varje filter hela tiden. Anläggningarna ökade till att börja med doseringen av alun eller järn i sin strävan att uppnå dessa nivåer, men denna strategi var ofta otillräcklig och ledde till högre kostnader, särskilt för bortskaffande av slam och efterfrågan på alkali. Många anläggningar upptäckte då att de kunde uppnå de resultat de behövde till en rimlig kostnad med förbättrade oorganiska koaguleringsmedel som ACH.

Bridging the gap

ACH kombinerar många av de bästa egenskaperna hos oorganiska och organiska koaguleringsmedel. På ett mycket konkret sätt överbryggar den prestandaklyftan mellan organiska polymerer och traditionella metallbaserade koaguleringsmedel som alun och järnsalter.

Bridging the gap

ACH har ett antal egenskaper som skiljer det från polyaluminiumklorid (PACl) och alun. Det är det mest koncentrerade lösliga aluminiumbaserade koaguleringsmedlet som finns tillgängligt och har den högsta basiciteten. Basicitet beskriver mängden hydroxid (eller OH-grupper) som är associerade med aluminiumaggregaten. Den definieras genom ekvationen: Basicitet = /(3 x ). Produkter med hög basiskhet har en högre positiv laddning och är effektivare när det gäller att koagulera negativt laddade föroreningar.

Bridging the gap

ACH innehåller 23 procent till 24 procent Al2O3, eller mer än 12 procent aluminiummetall, och har en basiskhet på 82 procent till 85 procent.

Bridging the gap

Däremot har alun 8,3 procent Al2O3 på vätskebasis och ingen basiskhet, medan PACl vanligtvis har cirka 10 procent Al2O3 och en basiskhet på cirka 50 procent. Eftersom ACH innehåller mer metall är dess dosering ofta hälften av den som behövs för PACl och ungefär en tredjedel av den som behövs för flytande alun.

Bridging the gap

Denna dosminskning med ACH beror också på dess laddningsegenskaper. En del av aluminiummetallen i ACH är mer katjonisk (mer positivt laddad) än den i alun eller PACl. Den ökade laddningen gör att ACH kan arbeta med lägre metalldoser, vilket ytterligare sänker genereringen av kemiska fasta ämnen och aluminiumrester i det färdiga vattnet.

Bridging the gap

ACH behöver också mindre alkalinitet (OH-joner) i råvattnet än PACl eller alun, på grund av sin höga basicitet, dvs. den har ett högt OH-innehåll eftersom dess teoretiska formel är Al2(OH)5Cl. Därför kan ACH, liksom organiska polymerer, användas i vatten med både hög och låg alkalinitet.

Bridging the gap

De följande punkterna illustrerar några av ACH:s egenskaper och användningsområden.

Brytning av klyftan

• ACH bildar en starkare, tätare flock som sätter sig snabbare än de fluffigare flockarna från traditionella, oorganiska koaguleringsmedel. Detta är särskilt viktigt på vintern när vattnet är kallare och mer visköst. Många anläggningar får problem med alun vid sådana tillfällen då hydrolysreaktionerna går långsamt och mindre täta flockar förs över till filtren. En anläggning som använde alun hade allvarliga problem med utfällning efter filtret i kallt vatten. Även om turbiditeten var 0,22 NTU strax efter filtren, var turbiditeten vid anläggningens utlopp, efter att vattnet passerat genom klarbrunnsbrunnen, 0,46 NTU. Problemet eliminerades med ACH, som minskade turbiditeten i filtrerat och färdigt vatten till under 0,1 NTU.

Bridging the gap

• ACH hjälper till att behandla sedimenterat vatten i konventionella anläggningar som ett filterhjälpmedel, en tillämpning som liknar den i anläggningar för direktfiltrering. Användning av ACH kan också gynna anläggningar som använder filterhjälpmedel av organiska polymerer. Problem med organiska polymerer uppstår eftersom de inte tränger djupt in i filterbädden och kan fastna på den övre ytan, vilket leder till filterföroreningar, slamklumpar och kortare körlängder.

Brytning av klyftan

• Om det är dyrare med kemisk bortskaffande av fasta partiklar kan reningsverk använda ACH för att minska fasta partiklar. En anläggning som använde 75 ppm flytande järnsulfat hade genererat 144 lb kemiska fasta ämnen/MG. Efter att ha bytt till ACH minskade de kemiska fasta ämnena till 73 lbs./MG. Dessutom avvattnades de fasta ämnen som genererades av ACH effektivare, vilket ytterligare minskade kostnaderna för hantering och bortskaffande.

Brytning av klyftan

• ACH avlägsnar partiklar effektivt eftersom dess kationiska laddningstäthet är högre än för andra oorganiska koaguleringsmedel. Som ett förstärkt koaguleringsmedel avlägsnar det i allmänhet kolloider och partiklar som är mindre än 10 m, ett storleksintervall som omfattar bakterier och parasiter och som är den mest besvärliga delen av finfraktionen.

Bridging the gap

• ACH har minst påverkan på alkalinitetsnivåerna i det behandlade vattnet av alla oorganiska koaguleringsmedel, vilket innebär att det minskar eller eliminerar pH-sänkning och motsvarande behov av alkali. Den högre alkaliniteten gör också det färdiga vattnet betydligt mindre korrosivt. En anläggning med en vattenkälla med låg alkalinitet fann att ACH ökade alkaliniteten i det sedimenterade vattnet från 30 ppm till 34 ppm, medan alun sänkte den till 15 ppm. En annan anläggning som använde 50 ppm järnsulfat för rening var tvungen att tillsätta 46 ppm natriumkarbonat för att stabilisera det färdiga vattnet och göra det osannolikt att det skulle främja korrosion. Efter att man övergick till ACH för klarning (med en dos på 11 ppm) minskade man sodadosen till 6 ppm.

Brytning av klyftan

• ACH är särskilt skicklig på att hantera varierande vatten där turbiditet, partiklar, organiska ämnen och andra parametrar förändras snabbt. Sådana vatten kan utmana andra metallbaserade koaguleringsmedel. En anläggning som står inför ett brett spektrum av vattenförhållanden utvärderade järnsulfat och ACH under två jämförbara stora turbiditetsutbrott i råvattnet. Järnsulfatdosen ökade från 80 ppm till 130 ppm, medan ACH ökade från 37 ppm till 45 ppm. ACH gav något lägre turbiditet i sedimenterat vatten och cirka 60 procent lägre turbiditet i filtrerat vatten än järnsulfat. ACH hade en snabbare responstid på grund av den lägre dosen. Behovet av kaustik var nästan 90 procent lägre med ACH än med järnsulfat, vilket förbättrade driften och minskade kostnaderna. ACH minskade också kemikalieslammet nästan till hälften under episoden med hög turbiditet när kemikaliebehovet var stort.

Bridging the gap

• ACH erbjuder betydande fördelar för fosforavskiljning. Som den mest koncentrerade formen av aluminium krävs det mycket mindre ACH på volymbasis för att avlägsna fosfor. Teoretiskt sett behövs 0,87 Al-metall för att avlägsna 1 del fosfor. Detta motsvarar 20 ppm flytande alun eller 7,25 ppm ACH per ppm fosfor. Eftersom koaguleringsmedel behandlar vatten som innehåller både fosfor och suspenderade ämnen, kommer det medel som avlägsnar båda dessa ämnen mest effektivt att gynna den totala verksamheten mest.

Bridging the gap

• ACH kan vara effektivt för avskiljning av totalt organiskt kol (TOC) vid många anläggningar. Även om det inte sänker pH som andra metallbaserade koaguleringsmedel, tillför det stora mängder av en högt laddad metall som kan sänka TOC-nivåerna.

Brytning av klyftan

• Som samkoaguleringsmedel tillsammans med alun- eller järnsalter ger ACH anläggningarna möjlighet att använda ett välkänt koaguleringsmedel tillsammans med ett som är utformat för att förbättra många driftfaktorer. Om det till exempel uppstår problem med turbiditet eller om kostnaderna för kaustik är höga kan operatörerna minska den traditionella koaguleringsmedelsdosen avsevärt genom att tillsätta ACH. En anläggning sänkte flytande alun från 40 ppm till 20 ppm genom att tillsätta mindre än 5 ppm ACH, vilket avsevärt minskade kaustikatillförseln och de kemiska fasta ämnena.

Riktlinjer för användning

Alum och ACH reagerar för att bilda en utfällning. När man byter mellan dessa koaguleringsmedel är det viktigt att rengöra tankar, ledningar och pumpar. Om ACH används som koaguleringsmedel tillsammans med alun ska ACH matas genom en annan ledning så att de två inte blandas innan tillsats. Anläggningarna bör också se till att de pumpar som används med alun kan hantera de lägre volymer som är inblandade med ACH.

Riktlinjer för användning

Tillverkningsanläggningar för dricksvatten bör leta efter ACH-tillverkare som säkerställer renhet med goda rutiner för kvalitetskontroll. Renheten påverkas ofta av de råvaror som används. Till exempel kan ACH som tillverkas av industriella biprodukter innehålla tungmetaller eller flyktiga organiska föreningar som kan förekomma i det färdiga vattnet eller i kemiska fasta ämnen. Nästan lika viktigt som produktkvaliteten är den expertis som leverantörerna kan ställa till förfogande för att vägleda vattenverken när de ändrar sitt koaguleringsprogram.

Slutsats

ACH erbjuder en mycket effektiv metod för koagulering som ger starka kostnads- och driftseffektivitetsvinster samtidigt som den ger hög vattenkvalitet. Det ger många fördelar, bland annat mindre pH-sänkning, slamgenerering och avlägsnande av alkalinitet än andra metallbaserade koaguleringsmedel.

Slutsats

Som det mest mångsidiga av de aluminiumbaserade koaguleringsmedlen fungerar det lika bra i vatten från Stora sjöarna som i vatten från Mississippifloden, i vatten med låg eller hög alkalinitet, i kallt och varmt vatten och i vatten med hög partikelhalt eller i vatten med stor variation. Det kan också användas som primärt koaguleringsmedel, samkoaguleringsmedel eller filterhjälpmedel.

Slutsats

Om författaren: Karen Ruehl är chef för förbättrade koaguleringsmedel på General Chemical. Hon övervakar all försäljnings- och marknadsföringsverksamhet för företagets produkter av polyaluminiumhydroxiklorid, alun/polymerer och syra/alum samt övervakar personalen av marknadsutvecklingsingenjörer.