Molte persone non hanno le idee chiare su questo punto e anche i professionisti più esperti spesso hanno una comprensione confusa. PAC, PAM, PFS, ipoclorito di sodio, inibitori delle incrostazioni, agenti defluoranti, fonti di carbonio... i nomi sono difficili da ricordare, le funzioni si confondono e le sostanze chimiche vengono spesso dosate in modo casuale-aggiunte quando non dovrebbero esserlo o omesse quando necessario. Non è che gli operatori non siano intelligenti; è semplicemente che nessuno ha mai risolto tutto chiaramente per loro.
La sfida con i prodotti chimici per il trattamento dell’acqua risiede nella loro assoluta varietà: ne esistono molti tipi, alcuni servono a molteplici scopi e le convenzioni di denominazione variano. Quando se ne utilizzano diversi insieme, il problema non è semplicemente dimenticarli-ma mescolarli. Oggi analizziamoli sistematicamente.
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Coagulanti e flocculanti: il binomio dinamico del trattamento fisico-chimico
Uno destabilizza, gli altri ponti-non si confondono.
Questi due tipi di prodotti chimici vengono quasi sempre utilizzati insieme, ma le loro funzioni sono completamente diverse; non confonderli.
I coagulanti gestiscono la destabilizzazione: neutralizzano la carica superficiale delle particelle colloidali nell'acqua, facendo sì che le particelle fini-che altrimenti rimarrebbero sospese-si raggruppino insieme in minuscoli "micro-fiocchi". I flocculanti gestiscono il bridging: legano insieme questi minuscoli micro-fiocchi in fiocchi grandi e pesanti che possono depositarsi o essere disidratati in modo efficace.
Uno neutralizza la carica sulle superfici delle particelle in modo che non si respingano più a vicenda; l'altro utilizza polimeri a catena-lunga per collegare insieme le particelle destabilizzate. Anche l’ordine delle aggiunte è importante: la destabilizzazione deve venire prima della creazione di ponti; invertire l'ordine non produce praticamente alcun risultato.
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Scelta tra tre tipi di coagulanti
Scegli il PAC per la rimozione ordinaria della torbidità; scegli agenti a base di ferro-per la rimozione del fosforo.
Ci sono tre coagulanti comunemente usati.
PAC (cloruro di polialluminio): economico, efficace nella rimozione della torbidità e adattabile a un ampio intervallo di pH. Adatto sia per le acque reflue municipali che industriali, è la-scelta ideale per le operazioni di routine. PFS (solfato poliferrico): offre capacità di rimozione del fosforo più potenti rispetto al PAC e produce fiocchi densi e a sedimentazione rapida. È la scelta preferita per le acque reflue-ad alto contenuto di fosforo, come quelle provenienti da macelli, cartiere e impianti chimici a base di fosforo. Cloruro ferrico: altamente efficace nella coagulazione e nella rimozione del fosforo, ma altamente corrosivo. Richiede misure anti-corrosione per le apparecchiature e generalmente non è la prima scelta, sebbene venga utilizzata in scenari specifici. Per la rimozione ordinaria della torbidità, scegliere PAC; per la rimozione specializzata del fosforo, scegli-coagulanti a base di ferro-questa regola pratica raramente fallisce. Alcune piante faticano ad abbassare i livelli di fosforo mentre utilizzano ancora il PAC; il passaggio a un prodotto a base di ferro- produce risultati immediati. Non è che il PAC sia inefficace; semplicemente non è lo strumento giusto per quel lavoro specifico.
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Il nucleo flocculante: PAM
Utilizzare anionico per l'aiuto alla sedimentazione; Utilizzare cationico per la disidratazione
Il flocculante principale è il PAM (poliacrilammide). È disponibile in tre tipi basati sulla carica ionica, ciascuno con applicazioni distinte.
Il PAM anionico è particolarmente efficace per le acque reflue con livelli elevati di limo e materia inorganica-ideale per l'acqua di lavaggio del carbone, le acque reflue ceramiche e per favorire la sedimentazione nei serbatoi di sedimentazione primari. Il PAM cationico trasporta una carica positiva ed è specializzato per la disidratazione dei fanghi; aggiungerlo prima di una filtropressa migliora il rilascio dell'acqua, riducendo potenzialmente il contenuto di umidità dei fanghi dal 97% a meno dell'80%. Il PAM non-ionico ha un campo di applicazione ristretto e viene utilizzato raramente.
Ricorda solo: usa l'anionico per favorire la sedimentazione e il cationico per la disidratazione. Tuttavia, c’è una trappola con PAM: scegliere il peso molecolare o il grado ionico sbagliato porta a risultati molto diversi. Anche tra i prodotti PAM cationici, le differenze nel peso molecolare (ad esempio, 8 milioni contro. 12 milioni) o nel grado ionico (ad esempio, 20 contro. 40) possono causare variazioni significative nel contenuto di umidità del pannello di fango risultante. Le diverse qualità dell'acqua richiedono test su-scala per una corretta selezione; non aspettarti che un singolo tipo di PAM funzioni per ogni situazione.
Ho visto molti impianti in cui le prestazioni del PAM hanno oscillato dopo aver cambiato marca, solo per scoprire che il grado ionico era diverso rispetto al lotto precedente. Pertanto, quando cambi fornitore, non concentrarti esclusivamente sul prezzo-assicurati che i parametri di peso molecolare e grado ionico corrispondano alle tue esigenze.
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Fonti di carbonio: combustibile per sistemi di denitrificazione
Quattro tipi di fonti di carbonio: pro e contro
Nella denitrificazione, se la fonte di carbonio è insufficiente, i batteri soffrono la fame e i livelli di azoto totale non diminuiscono. Questo è un problema comune. Gli impianti con un adeguato rapporto carbonio-a-azoto (C/N) in ingresso non hanno bisogno di aggiungerne altro, ma gli impianti per acque reflue industriali con rapporti C/N bassi richiedono quasi sempre un'integrazione.
Ognuna delle quattro fonti di carbonio presenta vantaggi e svantaggi. In precedenza ho scritto una recensione comparativa-"Fonti di metanolo, acetato di sodio, glucosio o carbonio composito: quale scegliere per la denitrificazione?"-ma ecco un breve riassunto. Il metanolo offre la massima equivalenza di carbonio e il costo più basso, ma essendo una sostanza chimica pericolosa di Classe A, il suo stoccaggio e trasporto richiedono l'approvazione della sicurezza antincendio-una barriera che i piccoli impianti spesso non possono permettersi di eliminare. L'acetato di sodio vanta tassi di utilizzo elevati e non richiede periodi di adattamento durante il passaggio, rendendolo una scelta eccellente per il controllo di precisione; in inverno, però, cristallizza e intasa le tubature, provocando mal di testa alle piante delle regioni settentrionali. Il glucosio è sicuro ma-ad azione lenta; non va scelto se il tempo di ritenzione idraulica nel serbatoio è insufficiente. Le fonti composite di carbonio, formulate da più componenti, offrono un'elevata efficienza di utilizzo tra diverse popolazioni microbiche; eccellono in condizioni di bassa-temperatura, sono sicuri e non-cristallizzanti e sono adatti per un dosaggio stabile e a lungo-termine.
Quando si seleziona una fonte di carbonio, considerare tre fattori: possesso di qualifiche chimiche pericolose, fluttuazioni della temperatura dell'acqua invernale e volume di trattamento. Se qualificato, il metanolo è la scelta più economica; senza riserve, l'acetato di sodio è sufficiente se la temperatura dell'acqua rimane superiore a 15 gradi tutto l'anno-. Tuttavia, se le temperature invernali scendono sotto i 12 gradi, le fonti di carbonio composito-che offrono un utilizzo elevato a bassa-temperatura e non cristallizzano-possono effettivamente comportare costi complessivi inferiori rispetto all'acetato di sodio.
C’è molto da discutere riguardo alle fonti di carbonio, ma poiché questo argomento è stato trattato approfonditamente negli articoli precedenti, non lo ripeterò qui.
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Specialisti nel trattamento avanzato
Utilizzato solo per parametri specifici che superano i limiti
Le prime due categorie sono utilizzate da quasi tutti gli impianti di trattamento delle acque reflue. Questa categoria è diversa-viene implementata solo per affrontare parametri specifici che superano i limiti di scarico.
Agenti per la rimozione del fluoro: vengono utilizzati principalmente per le acque reflue contenenti fluoro-provenienti da settori quali fotovoltaico, elettronico, semiconduttori, minerario e metallurgico e prodotti chimici a base di fosforo. La maggior parte degli impianti che trattano le acque reflue cariche di fluoro-utilizzano un processo di rimozione in due-fasi: una fase iniziale di precipitazione del sale di calcio riduce i livelli di fluoro a 20–30 mg/l, seguita da una fase di lucidatura che utilizza agenti specializzati per la rimozione del fluoro per portare i livelli al di sotto di 2 mg/l. La fase del sale di calcio presenta sfide relative all'elevato volume di fanghi e al difficile controllo del pH, mentre la fase dell'agente specializzato dipende dalla selezione del dosaggio corretto e dalla regolazione del pH nell'intervallo appropriato. Quando le due fasi sono ben-integrate, il costo complessivo è inferiore rispetto al metodo con sale di calcio puro e il volume dei fanghi può essere ridotto della metà. Ho analizzato questo in dettaglio negli articoli precedenti, quindi per ora lo lascerò così.
Agenti chelanti di metalli pesanti: colpiscono i metalli pesanti come mercurio, piombo, rame, nichel e cromo presenti nelle acque reflue derivanti dalla galvanica, dalla produzione di circuiti stampati e dalle operazioni minerarie. Il meccanismo prevede che gruppi chelanti all'interno dell'agente formino precipitati stabili con ioni di metalli pesanti, catturando efficacemente i metalli pesanti dall'acqua. Rispetto al tradizionale metodo di precipitazione con idrossido, gli agenti chelanti dei metalli pesanti offrono numerosi vantaggi: un ampio intervallo di pH efficace (non sono sensibili al pH-come la precipitazione degli alcali), efficacia contro i metalli pesanti complessati (mentre la precipitazione con idrossido è in gran parte inefficace contro rame o nichel complessati) e la produzione di fanghi stabili in quantità minori che non si risolvono facilmente.
Tuttavia, tieni presente che questi agenti non sono una panacea-per tutto; diversi metalli pesanti richiedono diversi tipi di agenti chelanti. Poiché le condizioni di chelazione per rame, nichel e cromo sono diverse, sono necessari test su-scala da banco per verificare la scelta. Anche il dosaggio deve essere preciso: il sotto-dosaggio porta a far sì che gli effluenti superino i limiti di scarico, mentre il sovra-dosaggio fa sprecare denaro in prodotti chimici.
Gli agenti decoloranti sono ampiamente utilizzati nella stampa tessile, nella tintura e nel trattamento delle acque reflue della fabbricazione della carta; sono tipicamente polimeri di ammonio quaternario che depositano rapidamente il colore. Poiché questo non è il nostro obiettivo principale, lo citeremo solo brevemente.
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Prodotti chimici di supporto-del sistema
Non trattano direttamente gli inquinanti ma sono indispensabili.
Questi tipi di prodotti chimici non trattano direttamente gli inquinanti ma sono essenziali per il normale funzionamento del sistema.
Gli inibitori delle incrostazioni sono indispensabili per le membrane RO e i sistemi di circolazione dell'acqua. Gli ioni di calcio e magnesio possono formare incrostazioni che ostruiscono i pori della membrana; gli inibitori delle incrostazioni impediscono a questi sali di cristallizzare e precipitare. Gli organofosfonati (come HEDP e ATMP) sono efficaci contro le incrostazioni di carbonato di calcio, mentre i polimeri (come PAA) funzionano bene contro le incrostazioni di silice e ferro. Seguire le raccomandazioni del produttore della membrana quando si seleziona un inibitore; non fare scelte arbitrarie.
I biocidi prevengono la proliferazione di batteri e alghe sulle superfici delle membrane e all'interno delle tubazioni. I biocidi ossidanti (ad es. ipoclorito di sodio, biossido di cloro) sono ad azione rapida-e poco costosi, ma si esauriscono rapidamente e richiedono un dosaggio continuo. I biocidi non-ossidanti (ad es. isotiazolinoni, sali di ammonio quaternario) offrono effetti più-duraturi e sono meno influenzati dal pH. L'esperienza pratica suggerisce di alternare tipi ossidanti e non-ossidanti; fare affidamento su un solo tipo può portare alla resistenza microbica, rendendo inefficaci anche dosaggi elevati.
Aggiustatori di pH: l’idrossido di sodio è l’opzione più pulita per aumentare il pH, mentre la calce è economica ma produce fanghi significativi; l'acido cloridrico o solforico viene utilizzato per abbassare il pH ed è impiegato anche nella pulizia delle membrane. Questi possono essere utilizzati durante l'intero processo, ma evita aggiustamenti casuali-prima di modificare il pH, considera chiaramente il motivo, il livello target e se l'aggiustamento avrà un impatto sui processi a valle.
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Una sostanza chimica, molteplici usi; una sostanza, molteplici nomi
Un cambiamento nella fase del processo significa un cambiamento nella funzione
La sala di dosaggio delle sostanze chimiche ospita diversi "multitasking"-la stessa sostanza chimica svolge funzioni completamente diverse a seconda della fase del processo. Questo è anche il luogo in cui più spesso nasce la confusione sul-sito.
La calce è un classico esempio. Viene utilizzato per la regolazione del pH, la rimozione del fluoro, l'addolcimento dell'acqua e come ausilio nella rimozione chimica del fosforo. Appare sia nella fase del trattamento fisico-chimico che nella fase del trattamento avanzato, ma i livelli di dosaggio differiscono per ordine di grandezza, quindi non è possibile semplicemente copiare-incollare le impostazioni del dosaggio. Il solfato ferroso è simile; pur essendo principalmente un coagulante, rimuove anche il fosforo e il colore. In condizioni acide, riduce il cromo esavalente in cromo trivalente-un passaggio cruciale nel trattamento delle acque reflue galvaniche cariche di cromo-. L'ipoclorito di sodio viene utilizzato non solo per la sterilizzazione e la disinfezione, ma anche per la decolorazione, la distruzione del cianuro (in condizioni alcaline) e la pulizia di membrane e tubazioni.
Le discrepanze nelle convenzioni di denominazione causano ancora più confusione. Persone diverse usano nomi diversi per la stessa sostanza: PAC sta per cloruro di polialluminio, anche se alcuni lo chiamano cloruro di alluminio basico; gli alcali liquidi, la soda caustica e l'idrossido di sodio si riferiscono tutti alla stessa cosa; il carbonato di sodio è carbonato di sodio; PAM sta per poliacrilammide, che è ulteriormente classificata in tipi anionici, cationici e non-ionici. Le "fonti composite di carbonio" sono l'esempio più tipico; fornitori diversi utilizzano nomi commerciali e formulazioni diversi, quindi il nome da solo rivela poco.
Pertanto, non memorizzare le sostanze chimiche per nome; memorizzarli in base alla funzione che svolgono all'interno del sistema. Se la stessa sostanza chimica viene utilizzata in una fase diversa del processo, il dosaggio e i parametri di controllo cambieranno completamente; al contrario, due prodotti con lo stesso nome potrebbero non necessariamente condividere la stessa composizione. Quando c'è una discrepanza tra gli ordini di acquisto e la realtà-in loco, chiarire esattamente qual è la sostanza e cosa intende fare prima di discutere del prezzo.
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Concludiamo con una tabella riassuntiva
Riferimento rapido per otto categorie di sostanze chimiche
Coagulanti: i prodotti rappresentativi includono PAC, PFS e cloruro ferrico. Le loro funzioni primarie sono destabilizzare le particelle per formare fiocchi, nonché rimuovere torbidità e fosforo. Gli scenari applicativi tipici includono vasche di sedimentazione primaria e rimozione avanzata del fosforo.
Flocculanti: prodotti rappresentativi includono PAM (anionico/cationico). Le loro funzioni primarie sono quella di riunire le particelle in grandi fiocchi e favorire la sedimentazione e la disidratazione. Gli scenari applicativi tipici includono vasche di sedimentazione e filtropresse. Fonti di carbonio: i prodotti rappresentativi includono metanolo, acetato di sodio e fonti di carbonio composito. La loro funzione primaria è quella di integrare il carbonio per promuovere la denitrificazione (rimozione dell'azoto), tipicamente utilizzata nei serbatoi anossici.
Agenti defluoruranti: i prodotti rappresentativi includono sali di calcio e agenti defluoruranti specializzati. La loro funzione principale è la rimozione profonda del fluoro nelle fasi di trattamento secondario, tipicamente utilizzate per le acque reflue della produzione fotovoltaica ed elettronica.
Precipitanti di metalli pesanti: i prodotti rappresentativi includono precipitanti chelanti. La loro funzione principale è quella di catturare i metalli pesanti e formare precipitati stabili, tipicamente utilizzati per la galvanica e le acque reflue della produzione di circuiti stampati.
Antincrostanti: i prodotti rappresentativi includono HEDP e PAA. La loro funzione principale è quella di prevenire incrostazioni sulle membrane e nelle tubazioni, tipicamente utilizzate nei sistemi RO e nei sistemi di circolazione dell'acqua.
Biocidi: i prodotti rappresentativi includono ipoclorito di sodio e isotiazolinoni. La loro funzione primaria è la sterilizzazione e l'inibizione delle alghe, tipicamente utilizzate nei sistemi a membrana e nei sistemi di circolazione dell'acqua.
Aggiustatori di pH: i prodotti rappresentativi includono soda caustica liquida (NaOH), acido cloridrico e calce. La loro funzione principale è la regolazione dei livelli di pH, applicabili in tutte le fasi del processo.
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Tre principi per la selezione chimica
Esegui prima dei test-su scala · Calcola i costi totali · Considera il processo
Innanzitutto, esegui test-su scala prima di procedere all'espansione. La qualità dell'acqua influisce in modo significativo sul rendimento dei prodotti chimici; Il dosaggio del PAC, ad esempio, potrebbe variare da 50 a 300 mg/l-come puoi saperlo senza eseguire test? Non limitarti ad ascoltare il "dosaggio tipico" di un fornitore; il tuo "tipico" non è uguale al loro.
In secondo luogo, calcolare i costi totali, non solo i prezzi unitari. I prodotti chimici costosi possono richiedere dosaggi inferiori e offrire prestazioni stabili, con conseguente potenziale riduzione del costo per tonnellata di acqua trattata. Al contrario, i prodotti chimici economici potrebbero richiedere dosaggi elevati o produrre scarsi risultati,-con conseguente rielaborazione e costi complessivi più elevati.
In terzo luogo, garantire che le sostanze chimiche siano adatte al processo. La flottazione ad aria disciolta (DAF) richiede fiocchi leggeri, mentre la sedimentazione richiede fiocchi pesanti, il che significa che la selezione di PAC e PAM è completamente diversa. I sistemi biochimici sono sensibili alla tossicità chimica; non aggiungere mai forti ossidanti ai serbatoi biochimici. Per i sistemi a membrana, consultare l'elenco di compatibilità del produttore quando si selezionano antincrostanti e biocidi; l'utilizzo di prodotti chimici incompatibili può rovinare le membrane.
Questi tre principi sembrano semplici, ma meno della metà di tutte le piante li seguono effettivamente-la maggior parte pensa di eseguire i test solo dopo che si verifica un problema, spesso scoprendo troppo tardi di aver sempre utilizzato le sostanze chimiche sbagliate. Tre principi per la selezione dei prodotti chimici
Conduci test su piccola-scala prima di aumentare il dosaggio (i dosaggi di PAC possono variare da 50 a 300 mg/l; senza test non saprai qual è la quantità giusta). Calcolare i costi totali anziché i prezzi unitari (i prodotti chimici costosi possono richiedere dosaggi inferiori e offrire prestazioni stabili, con conseguente costo inferiore per tonnellata di acqua trattata). Assicurarsi che le sostanze chimiche corrispondano al processo (la flottazione con aria disciolta richiede fiocchi leggeri, la sedimentazione richiede fiocchi pesanti e i sistemi a membrana richiedono il controllo degli elenchi di compatibilità).
Considerazioni finali
Le sostanze chimiche possono sembrare complesse, ma diventano chiare se classificate in base alla funzione: la fase fisico-chimica si basa sulla coagulazione e sulla flocculazione; la fase biochimica si basa su fonti di carbonio; la fase di trattamento avanzato si basa su prodotti chimici speciali; e questi sono integrati da inibitori delle incrostazioni, biocidi e regolatori del pH. La vera sfida non è memorizzare i nomi, ma determinare esattamente quale sostanza chimica si adatta alla tua specifica qualità dell'acqua e alle prestazioni del tuo processo-può variare drasticamente tra lo stesso tipo di sostanza chimica di diversi produttori. Quindi, non prendere scorciatoie: esegui test-su piccola scala, calcola i costi totali e valuta la compatibilità dei processi. Seguire diligentemente questi tre passaggi può salvarti da una grande quantità di rielaborazioni successive.
